天然气管道输送管线的工艺设计分析

王景丰

（国家管网集团北方管道有限责任公司长春输油气分公司，吉林长春 130000）

天然气的使用范畴十分广泛，既能够用作燃料，也能够制造化学药品、液化石油等，在生产生活、化工领域、医药卫生等方面都具有良好的应用效果。且天然气能源的使用基地建设成本较低、运输规模较大、土地使用面积消耗、建设速度较快、安全系数较高等优势显而易见。鉴于此，需要在天然气运输方面加大研究深度，促进天然气在我国使用广度不断推进。

1 天然气的管道输送概况

管道运输是天然气运输中最为常见的方式之一。天然气企业选择管道运输的主要原因有管道运输的成本较低、单次运输量较大，能量消耗的比重较小，且运输环境均为密闭环境，对天然气的品质影响较小，具有良好的经济效益。

1.1 输气量

计算天然气的输气量基本上依据两个标准，一是天然气的年输气量；二是天然气的日输气量。在以年输气量为标准计算时，通常情况下将368d作为运输的工作天数进行后续计算[1]。

1.2 输气距离

天然气的输气距离指的是天然气管道运输的长度。在运输管道设计的过程中，首要确定的因素是天然气源头、用户数量和需求，继而根据运输的距离、途径区域进行详细设计，对应用的天然气管道长度进行计算并确定。具体而言，天然气运输管道确定是由起点开始，直至用户使用位置截止的总长度。

1.3 输气压力

输气压力指的是天然气管道在运输过程中的最高压力。在运输的过程中未应用压缩机的管道运输中运输压力的判定是管道起点压力作为最高压力，而应用压缩机之后的运输管道压力则指的是压缩机出口处的压力为管道运输压力[2]。

1.4 供气压力

供气压力指的是供气合同中明确要求的，在输气管道末端向城市中用户供气的位置，或者输气管道的沿线位置上测量得出的交气压力。天然气运输阶段的不同位置需要满足不同的压力水平，这一指标也是天然气管道运输设计中不容忽视的一点。

1.5 输气温度

在天然气运输的过程中，一部分区域的自然情况、气候条件影响，受到土壤热传导、压力作用导致温度降低，管道沿线的温度水平也会出现一定的变化，影响天然气水、烃露点温度，进而影响天然气运输的质量。

2 天然气管道输送管线技术发展现状

2.1 天然气输送管材制造技术

天然气管道运输设计中对管道材质的定位具有极强的重要性和影响力，对这一问题的研究有助于引导设计人员在技术层面上建立正确的认知，明确现阶段天然气运输工作中的技术水平，在管道设计中强化技术意识，提升管道设计的合理性[3]。

在一部分农村地区，位于我国的东北、西北部，其自然环境具有自身特点，四季变化十分明显，在寒冷的冬季极易出现管道冰冻现象，进而造成管道阻塞问题。或者是在管道掩埋的过程中，掩埋深度不足，管道的集中性较强，出现了管道阻塞现象。在管道冰冻之后，基本上会影响一定区域内的天然气运输问题，更为严重地会直接造成管道冻裂，造成十分严重的经济损失。

根据实际设计与建设情况而言，当天然气运输管道直径在DN400 mm以上时，现阶段使用的无缝钢管极易出现质量问题，难以满足工程建设的需求。为了保证天然气运输质量、管道原材料选择的稳定性，在管道制作环节需要采取螺旋焊缝或者直缝焊接钢管的方式，进而保证管道的总体质量符合国家相关标准。目前我国对于天然气输送管材的制造与使用，基本上采取美国 API5L标准。基于此，我国相关的天然气企业正在不断研发和设计全新的管道建设方式，力求能够满足不同环境下的管道需求，为长距离天然气运输奠定稳健的技术基础。

2.2 天然气管线工艺制备技术

在天然气运输中，为了保证较长距离下的天然气运输具有稳定性和安全性，通常情况下使用增加压力、调整压力的计量设备进行控制。随着天然气运输距离的延长以及我国天然气运输经验的积累，原有的天然气运输管道逐渐落后于现阶段企业、居民的使用需求，这便需要天然气企业能够在管道规划、设计、建设的过程中优化设计内容，提升建设技巧，有效结合当地的实际问题，保证运输管道科学化、规范化使用的基础上，选择合理的管道工艺技术，提升天然气运输管道的整体质量。

例如，在天然气管道运输的过程中可以使用自力式调压阀作为压力调节装置，这一设备具有良好的技术优势，能够延长天然气运输管道的压力调整区域，实现管道内部压力的精准控制，保障天然气运输过程中的稳定性。在运输过程中可以使用孔板阀作为计量装置，进而能够准确计算出天然气运输的流量，给予天然气运输精准化、自动化、智能化的优势。利用孔板阀能够保证天然气计量误差最小化，奠定后续分配、使用阶段的良好基础和便利条件。

2.3 管线安装技术

基于天然气管道运输的整体成本规划而言，管道建设环节成本消耗约占据整体项目投入的50% 左右，为了有效调节设计阶段的成本消耗，相关天然气企业应当强化管道安装和维护阶段的工作质量。由于天然气管道运输铺设的距离较长，需要穿越不同地质状况的土壤、河流、铁路等区域，管线安装的难度较大，施工质量的不确定性十分鲜明。为了有效解决施工阶段的隐患问题，我国引进了定向钻技术，能够在单位时间内提升工作效率，实现快速挖掘，快速安装，既能够节约施工成本，还能够缩短施工时间。

3 天然气长输管线的工艺设计

3.1 长输管线的类型

长输管线分为四种类型分别是：

（1）坑口煤制气厂的集气站与城市、工业区相连的管线。

（2）油气田集（压）气站与城市相连的管线。

（3）与城市之间距离最短的天然气运输干线，与城市中配气站链接的管线。

（4）邻近城市的石油化工厂、制气厂、转输站等距离城市储配站所应用的管线。

3.2 天然气长输管线的功能

（1）天然气管道运输需要设计特殊的流量控制器进行流量把控。

（2）由于我国幅员辽阔，不同区域的海拔与气压会出现变化，在长距离管道运输中需要综合考虑管道布置的区域特点，对天然气管道进行压力调整。

（3）在天然气长距离运输的过程中需要经过多个不同的天然气田、多个城市和地区，在管道设计中需要设置接收和分输功能，保证各个城市天然气使用稳定均衡。

（4）管道设计需要具备截断功能。天然气管道延伸的距离较长，在使用的过程中会出现损坏、维修的管道，当某一部分的管道需要暂停使用的情况下，能够暂时切断这一区域，利用截断阀门关闭管道，切断运输源。

（5）天然气运输管道要具备调节压力的功能。长输管道连接的上下游管道在设计的过程中会适当降低管道的等级。在天然气出口位置需要设置一个气压调节装置，保证天然气的稳定性。

（6）在管道运输天然气的过程中经常会出现管道杂物堆积、长时间使用后残留固态物质、液体等。在长管道运输中需要定期、定时进行清理，保证管道的运输质量。

3.3 天热气长输管线具体设计要求

（1）需要确定科学合理的长管道运输设计工艺。在天然气管道运输中需要结合区域内、运输路径城市的天然气使用和发展情况，以及运输过程中天然气的质量水平、突发事件处理能力、维修能力等相关因素，对管道末端的储气能力进行详细计算，力求能够满足天然气管道运输各个环节的需求。运输方式的设定需要结合管道运输能力、用户使用量、天然气管道与压气站距离，以水力计算为基础设定运输管道的口径。其中需要注意的一点是，管道口径和运输天然气的压力之间是反比例关系，当管道口径增加时，运输天然气的平方差则会减小。鉴于此，需要选择合理的运输压力平方差，保证天然气运输安全性和使用稳定性的同时，获得最大化经济效益。与此同时，管道口径的调整对于制管能力也存在一定的影响，在设计过程中需要对以上二者进行详细计算后方可决定。根据我国天然气运输的常规化数据研究可知，加压输送的安全距离为500～600 km。

（2）需要对管道口径、压气站距离、压力进行协调。在确定了管道口径、管道厚度之后能够选择管道制作的原材料。当天然气需要进行加压运输的情况下，需要选择适宜的压气站距离、压力等级等。一般在长输管线上应用的是离心式的压缩机。

（3）需要设定站场布局和站内运输流程。在天然气输送的过程中有压气站、分输站、加气站、清管站等，其中分输站和进气站的设计需要与用户、气源距离缩小，降低支线的建设长度。清管站的设定需要建立在方便实施清洁工作的位置。保证以上各个站点的位置、结构能够符合天然气运输的需求，尽量提升资源的利用效率。各个站点的工艺流程也需要做到精细化、精简化，保证天然气运输的安全。

（4）需要设计合理的运输线路。在进行运输线路设计的过程中，需要综合研究线路经过的自然环境、地理位置、交通特点等。分析运输线路是否经过水利设施、农田、矿产开采、铁路、公路，防治天然气运输与城市建设、农业发展、矿产开采之间的矛盾问题。线路设定过程中也需要避开军事基地、文物保护区、飞机场、码头、港口位置，当线路设定必须要经过以上区域时，需要与相关部门及时沟通，双方协作研究选择最佳方式铺设。天然气运输线路设定阶段最为重要的一点是安全性，保证设计、勘察、施工、运输环节的安全，尽量避免在地质条件恶劣的区域进行铺设，例如山体滑坡、泥石流地区。在确定铺设线路之后，不同的地质条件需要选择不同的施工技术，例如，在平原地区需要选择直线管道，降低管道原材料的消耗，尽量降低管道运输的距离；山区施工则需要沿着山脚的走向进行铺设，降低施工过程中对人力资源、资金的消耗；在山川河谷地带施工需要尽量避免管道进入山村、农田、居民区、种植园等区域，降低居民搬迁、园地被毁的经济损失。

4 结束语

天然气是现阶段人们生产生活心中不可或缺的资源之一，在天然气运输的过程中实施管道运输需要保证工艺设计与天然气自身的特点、用户的需求相吻合，保证整体的运输距离、安全系数、运输质量符合国家的相关标准，以安全、质量为运输管道设计前提，保障人民群众天然气使用的稳定性、科学性。