应县—张家口长输天然气管道设计

摘 要：黄土丘陵地区，地表呈黄土梁峁状，地形波状起伏，水流切割强烈，沟壑纵横，水土流失严重，针对其特有的地形地貌，对输气管道的线路选择、工艺计算、管道敷设、水土保护、环境保护进行研究。

关键词：线路选择；工艺计算；管道敷设；水土流失；环境保护

应县-张家口天然气管道北段为华北平原与内蒙古高原中部的过渡带，海拔500～1200米，该区域地形复杂，既有黄土覆盖的丘陵塬梁、又有群峦众峡起伏不平的山地，还有土肥水丰的河谷盆地。植被稀疏、环境非常脆弱、土地承载力差。复杂的地层特性决定了这一地区对路由的选择、管道的设计、敷设和环境保护有其特殊性。

1 概述

应县-张家口天然气输气管道起自山西省朔州市应县北曹山北部应县首站（陕京一线应县压气站东北），止于河北省张家口市东山产业集聚区内张家口末站。

全线设4座站场：应县首站、阳原清管站、宣化分输站、张家口末站。远传线路截断阀室10座，管道全线埋地敷设，管顶埋深应大于管线经过地区的标准冻土层深度。

管线所经过的地区地貌主要为：冲洪积平原、山地、丘陵和河流阶地。

管道采用外防腐层结合阴极保护的方式进行防腐。管道全线采用三层PE结构外防腐，补口补伤采用热收缩套；采用强制电流阴极保护。

2 线路选择

由于沿线地质为黄土丘陵地区，地表呈黄土梁峁状，地形波状起伏，切割强烈，沟壑纵横，水土流失严重针对其特有的地形地貌。选线时要参考以下内容：①合理选择管道走向，力求线路顺直，缩短线路，以节投资；②管线应尽量避免通过人口稠密、人类活动频繁区域，在确保管线安全的同时也确保周边地区的安全；③管线应避绕城市规划区及村镇，尽量减少拆迁工程量；④管线应尽量避开、减少盐碱地段长度，减少穿越沟壑次数，确保输气管道长期、可靠、安全地运行；⑤管线应尽量利用原有道路，为施工、巡检、维护创造条件；⑥管线应尽量避开林地、耕地等多年生经济作物区。

3 输气管道的工艺计算

3.1 设计参数

①夏季分子量为17.75，工况下密度为19.567kg/m3，粘度为0.0116cp；冬季分子量为17.722，工况下密度为21.079kg/m3，粘度为0.011055cp；②管道全长267km；③应县首站最高外输压力5.0MPa；张家口末站进站压力1.1 MPa（最低值）；输气线路管道设计压力为6.3MPa；④管道沿线埋深处平均地温为8℃，最低地温3℃；⑤输气管道工艺计算年工作天数为350天；⑥管线最大年输送能力9.265×108m3；

3.2 输气管道水力计算

根据《输气管道工程设计规范》（GB50251-2003），考虑管道沿线高差：

Δh<200m，

计算工具采用从美国LICENERGY公司引进的Pipeline Studio 的 TGNET 7.2天然气长输管道专用工艺计算软件进行工艺计算，计算结果经圆整后，得出应县-张家口天然气输气管道管径为Φ508mm；

3.3 输气管道及弯头（弯管）的使用和壁厚计算

壁厚计算：

强度计算采用《输气管道工程设计规范》（GB50251-2003）中推荐的强度计算见表1、表2：

3.4 输气管道强度及稳定性校核计算

3.4.1 管道直管段强度校核

因此，通过校核输气管道L415-508×6.4钢管的强度是足够的，同理，壁厚大于6.4mm的输气钢管，强度更應符合要求。

3.4.2 管道稳定性校核

应县-张家口天然气输气管道外径与壁厚之比为79.36、71.55、58.39、49.32，均满足规范小于140的要求，因此，输气管道钢管是稳定的。

4 管道的敷设

管道在黄土丘陵敷设过程中，交通运输条件差，要修筑较大工程量的施工道路，平原地区道路多以填筑为主，在丘陵、土石山区多以削坡开挖、填筑相结合的方法修筑，因此施工道路的占地面积和施工作业带的影响范围较大。在管道沿线地区生态环境比较脆弱，地表植被恢复起来难度较大，应注意对地表的保护，减少或防止产生水土流失，应严格控制施工作业带与施工道路的宽度，尽量依托附近现有的公路，充分利用施工作业带，以缩短施工便道的工程量，节省平整道路所需的花费。在安全距离许可的情况下，减少对管线经过区域地表植被的重复破坏，最大限度的保护施工作业带影响区域内的生态环境。

5 环境保护

5.1 水工保护

为了确保管道通过各种地区的安全，根据管道工程建设的特点，管道沿线将采取合理的水工保护设施。

5.1.1河流（山洪沟）穿越水工保护

合理确定管道的稳管型式。由于管道穿越河流的河床底层结构不同，设计中根据具体穿越段河床工程地质条件，采用压重块（对土、砾石管沟）、混凝土连续覆盖（对基岩管沟）等多种稳管型式。

5.1.2管道经过丘陵地貌的水工保护

坡度小于15°的斜坡，管沟回填时必须用原土分层夯实，压实系数不小于0.90。沿坡管沟回填后，管沟顶播撒草籽，恢复植被。

坡度15°～20°，长度大于15m的斜坡，需要采取地表排水措施，每隔15m设置石砌截水墙；坡度为20°～30°的斜坡，每隔10m设石砌截水墙。每个截水墙上方将场地垫高，使水流分散以避免向管线方向汇水。沿坡管沟回填之后，管沟顶播撒草籽，恢复植被。

5.1.3冲沟地段管道的敷设

由于管线经过山西地区的冲沟多为小型水流冲沟，宽度较小，但水流冲刷非常严重，管线穿越易被淘空。当冲沟浅且基岩埋深小时，管线自沟底穿过，外加套管，管顶部需采用混凝土浇注封顶；冲沟较深时可跨越通过或修过水涵，管线嵌入涵体；冲沟较浅且正在发育且基岩埋深大时，从冲沟中心向两侧5m范围内做护底，管道穿越冲沟处设引水槽。

5.2 生态恢复

①加强对车辆管理、控制人员的活动范围，减少施工作业占地面积。施工中采取有效的措施以减少对周边地表的破坏；②管道施工时采取分层开挖、分层堆放、分层回填的方式。施工后对沿线进行平整、恢复地貌。保存取弃土场表层土壤及植被，并及时回填，采取生物措施或工程措施对其进行恢复。尽量利用已有道路，少建施工便道；③在作业带范围内分散径流，结合草灌混交护坡，恢复地表植被。管道敷设结束后，抢播抢种，先行种草实施地面覆盖，当年完成造林整地，翌年春季实现草灌混交，完成植物护坡和植被恢复工作。

6 结束语

本文通过对《应县-张家口天然气输气管道工程》的设计和施工，在严格执行国家相关规范和标准的基础上，根据当地自然条件，因地制宜采取合理的设计和施工方案，对在黄土丘陵地区，沟壑纵横，水土流失的环境下敷设埋地管道，取得了初步的效果，优化了管道的线路走向，并获得了一定的经济效益。在黄土丘陵地区，如何采用合理的设计理念在获得最大的经济效益的同时也最大限度的去保护环境，还需要我们进一步去探索和研究。

参考文献：

[1] GB50251-2003.输气管道工程设计规范[S].北京：油气田及管道建设设计专业标准化委员会，2003.

[2] GB50369-2006.油气长输管道工程施工及验收规范[S].北京：中国石油天然气管道局，2006.

[3] GB50183-2004.石油天然气工程设计防火规[S].北京：中华人民共和国建设部.中华人民共和国质量监督检验检疫总局，2004.

作者简介：

佘邵华（1981- ），男，工程师，本科，主要从事化工工艺设计工作。