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并行油气管道保护措施研究

文档作者：马学海，许研新，董浩文档来源：中国石油天然气管道工程有限公司		点击数：	更新时间： 2024年07月03日
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上一篇：对穿越黄河管道悬空段治理措施的分析

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第36卷第6期 石油工程建设 33
一潦j
马学海，许研新，董 浩
(中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊o65ooo)
摘 要： 多条管道共用管廊带可以节约用地，便于统一规划及管理，但必须处理好安全问题，尤
其是山区段，地形复杂、地质灾害多发、维抢修困难。文章简要地分析了并行管道失效的原因，
并以中卫一贵阳天然气管道与兰州一成都原油管道并行段为例，从线路用管、施工要求、地质灾
害治理、预防第三方破坏等方面提出了安全措施，为其他并行管道设计提供参考。
关键词：油气管道；并行敷设；管道失效；保护措施
中图分类号：TE973．1 文献标识码：A 文章编号：1001—2206(2010)06-．-0033—03
0 引言
当油气管道并行敷设时，因一条管道失效而影
响相邻管道正常输送或造成失效的可能性增加。虽
然加大间距可避免此类事件发生，但在很多地区受
各种因素制约是难以实现的．如地形原因、城镇规
划、环境敏感点、压矿、文物等，都可能迫使管道
近距离并行，甚至同沟敷设。
由于并行敷设管道的最小安全间距没有标准规
范可以采用，1999年美国国际管道研究委员会
(PRCI)委托Battelle Memorial Institute进行研究，
建立了计算模型，确定了油气并行管道的合理间
距，在一条管道破裂时，另一条管道可以正常运
行。2002年PRCI发布了《管道断裂和并行管道间
距》报告。为了解决以西气东输二线为代表的并行
管道问题，管道建设项目经理部组织开展了专题研
究，并编制了《油气管道并行敷设设计规定》。该
标准对并行管道的间距做了要求，并规定了各种间
距下的施工方式。
当油气管道并行间距大于安全距离时，无需采
取保护措施：当间距不能满足要求时，应结合工程
具体情况，有针对性地采取保护措施。
1 并行管道的失效形式
根据《西气东输二线并行敷设管道关键技术研
究》，当油气管道并行敷设时，由于液体的不可压缩
性，液体管道事故形成的破坏力远小于气体管道，
故应以气体管道失效作为研究重点。研究表明，输
气管道P1(以下同)发生事故对临近管道P2(以下
同)造成的影响主要表现为以下两种方式：
(1)输气管道P1破裂，通过周边土壤传递的
地面压力可能导致临近管道P2径向屈曲失稳。
(2)输气管道Pl破裂并燃烧，在泄漏的高压
气流作用下使临近管道P2失去覆盖物。P2受热辐
射作用而失效。
1．1 地面压力导致临近管道失效
20世纪70年代美国PRC1开展了“爆炸物的
爆破作业对临近管道影响”试验，积累了大量的试
验数据，并在此基础上确定了计算方法。输气管道
P1破裂所产生的地面压力与输送压力、管沟回填
土类型有关， 回填土越密实，所传递的地面压力越
大，当地面压力大于管道的压溃压力时，P2将屈
曲失稳。当管道并行间距大于安全间距时，P2不
会发生失稳。
1．2 热辐射造成临近管道失效
当输气管道P1破裂时，喷射出的气流吹掉临
近的土壤形成弹坑，使相邻管道P2的覆盖物被揭
开。假设P1喷出的气体被点燃，并形成羽流，相
邻管道将受热辐射影响，热能通过管壁沿轴向和环
向传导，当P2温度升高到一定程度时，则会因材
料的强度降低而发生破裂，见图1。
2 并行管道保护措施
当油气管道并行间距大于安全距离时．无需采
取特殊保护措施。下面重点讨论当并行间距小于安
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石油工程建设 2010年12月
图1 热辐射造成临近管道失效示意
全距离时，应如何防护。
降低输气管道Pl的事故概率，应首先明确管
道失效的原因，欧洲天然气管道事故数据组织
(European Gas pipeline Incident data Group，EGIG)
发布的第四版欧洲天然气管道事故数据报告涵盖了
1970—1998年长距离输气管道的意外泄漏事故。
EGIG将失效原因分为：第三方破坏、腐蚀、施工
及材料缺陷、地质灾害和其他，其中第三方破坏占
35％，腐蚀原因占25％ ，施工及材料缺陷占20％ ，
地质灾害占5％ ，其他占15％。以上数据虽来源于
欧洲，但对于国内管道仍有参考意义，只是各国情
况不同、比例不同而已。下面以中卫一贵阳天然气
管道与兰州一成都原油管道并行段为例，详细讨论
近距离并行段的保护措施。
中卫一贵阳天然气管道全长约1 636 km，管
径1 016 mm，设计压力10 MPa。兰州一成都原油
管道全长878 km，管径610 mm，设计压力8～
l3．4 MPa，采用加热密闭输送。两管道在秦岭山区
段并行敷设，并行段长度229 km，其中并行间距
大于最小安全距离(5．3 m)的l17 km，共用隧道
43 km，其余69 km需同沟敷设，间距保持1．5 m。
根据两条管道具体情况，结合沿线地形、地质特
点，制订了相应保护措施。
2．1 同沟敷设段设置
每段同沟敷设段落不宜过长，即在大段同沟的
中间特意设置一些不同沟的段落，以减小施工安装
的难度，增加维护检修的空间。
2．2 并行段用管
对于并行的油气管道来说，风险主要来自气管
道，因此应从设计系数、钢管质量、焊接质量等多
方面提高管道自身的安全性。
并行段地处秦巴山区，除一些沟谷地段村庄稍
微密集外，其他地段均村落较少，人VI稀疏。根据
目前的设计规范，严格来讲尚达不到二级地区的划
分标准，考虑到该地区地形复杂，不可预见的地质
灾害较多，从便于施工和保障管道安全上考虑，并
行段统一划分为二级地区，设计系数选用0．6。另
外，中贵天然气管道在并行段采用X70钢管(非
并行段为X80材质)，这样钢管壁厚由15．3 mm增
加至l7．5 mm，从预防第三方破坏、防腐、止裂等
方面有效地提高了管道安全性。
对兰成原油管道来讲，根据《西气东输二线并
行敷设管道关键技术研究》可知，增加原油管道壁
厚可以提高抵抗地面压力引起管道屈曲失稳的能
力，但不能完全避免天然气管道热辐射造成的失
效。即在天然气管道发生破裂并着火时，仅靠增加
原油管道壁厚是无法确保安全的。应重点加强气管
道的安全性，从源头抓起。但考虑到沿线地形复
杂、地质灾害多发，在一些敏感地段、人口密集地
段，管道壁厚需提高一个等级。
2．3 钢管质量要求
为保证并行段的钢管质量，避免钢管本身存在
缺陷，应对以下方面提出严格要求：中贵管道和兰
成管道的制管用板卷均采用TMCP工艺轧制；严格
控制板材中的碳含量，降低硫磷含量；严格控制钢
管晶净粒度及金属夹杂物等级：严格控制管材屈服
强度；保证两条管道的韧性指标，要求原油管道不
起裂，天然气管道能在2根钢管长度内进行止裂；
制管用板材采用超声波进行全面探伤，以防止存在
夹层和缺陷；钢管全焊缝进行X射线检查，同时
要求在水压试验前后分别进行焊缝全长全焊缝区域
纵横向缺陷超声波检查；工厂内水压压力要求达到
0．95 ors(or 为屈服强度)，试压时间不小于15 s；
对中贵管道的钢管提出抗SCC (硫化物应力开裂)
和HIC(氢致开裂)要求。
2．4 现场施工要求
(1)对于同沟敷设段，为避免沟上焊接完成
后，下沟过程中难以控制下沟质量，导致下沟后两
管间距不足1．5 m，要求管道采用沟下焊接．确保
两管间距。
(2)为防止管道投产后由于温差引起热位移，
导致间距不足，要求在回填过程中，两管之间采用
土工袋装土进行柔性隔离；同时每隔20 m设一道
浆砌石隔离墙，将两管道刚性隔离。
第36卷第6期 马学海等：并行油气管道保护措施研究 35
(3)在坡降≥1％ 的河道内同沟敷设管段，每
隔20 m设一道浆砌石做截水墙，管沟上面采用石
笼压护，防止河水淘刷未密实的管沟土。
(4)管道焊口除采用100％ 的射线探伤外，还
需进行100％ 的超声波探伤，以免超标的焊接缺陷
漏检。
(5)管道分段试压，结合本段复杂山区的大落
差情况，要求试压段高点压力不低于设计试验压
力，低点处管道的环向应力不超过钢管屈服强度的
95％．同时强度试压要求稳压4 h，严密性试压要
求稳压24 h。
(6)对于并行段，管道投产前应进行智能测
径，提前发现施工过程中由于落石冲击等原因造成
的管道超标变形，对超标处应进行换管处理。
2．5 预防第三方破坏
并行段有70％ 沿沟谷敷设，沟谷内有村庄间
续分布，同时在六巷河谷地和康县境内，管道经过
了大量矿区(主要为探矿区，管道通过的廊带未开
采)，该区段内建设施工较多，对管道的危害主要
来自机械动土，误伤管道，因此设计时需要高度关
注这些地段并采取相应措施。
(1)加密地面标识、警示设置，铺设警示带。
所有标识能清晰分辨出对应的管道。
(2)并行段埋设预警光缆。当管道附近发生异
常振动或动土时，报警信息上传至就近的站场及运
营单位，管理人员通过对波形分辨．判断振动原
因，并派人到现场巡视。
(3)运营单位应加强巡线管理，严格按照管道
保护条例对采矿单位、施工单位进行监管。
2．6 地质灾害预防及处理
通过对兰成渝、兰成、中贵输气管道三线并行
段(礼县一广元)沿线地质灾害的调查和统计，调
查区内共发育地质灾害点474处．其中滑坡92处．
崩塌(危岩)260处，泥石流10处，潜在不稳定
斜坡45处，沟河道水毁57处，坡面水毁1O处。
其中兰成与中贵管道并行段发育地质灾害83处．
主要包括崩塌、滑坡和不稳定斜坡。
2．6．1 崩塌(危岩)
崩塌对管道的危害主要是在施工或运营过程
中，当崩塌体高空坠落时，可能冲击到管道，造成
管道变形或破损。山区管道在劈山修路过程中．有
可能诱发潜在的崩塌或危岩。崩塌体包括3种情
况：一是施工前已经自然存在的；二是劈山修路过
程中产生的：三是管道投产后暴雨或地震诱发的。针
对上述3种情况应分阶段治理，施工前对于自然形成
的崩塌体应提前清除，当崩塌体规模较大时，如地形
条件允许首先考虑避绕，无法避绕时应对其分解清
除。对于劈山造成的潜在崩塌体，应彻底清除，当坡
面破碎，稳定性较差时，应考虑护坡或护面进行加
固。对于管道投产后形成的潜在崩塌，应提前发现，
即时清除。为了确保管道安全，还应在危岩密集区管
道上方设置垫层。减小危岩对管道的冲击。
2．6．2 滑坡及不稳定斜坡
滑坡对管道的危害是：当管道埋设在滑坡体
时，如发生滑动，管道会同步变形，当滑坡体规模
较大且滑移严重时有可能剪断管道。处在滑坡边界
的管道，在滑坡发生时，将会受到挤压，增加不安
全因素。对于稳定性差、危害性高的滑坡体必须避
绕。对于危害性一般的滑坡，应首先考虑避绕，在
避绕有困难时，应进行详细的地质勘察，判断滑坡
成因及类型，有针对性地进行治理。常用的处理措
施包括卸载、抗滑桩、支挡等。
2．6．3 水害影响
并行段管道的水害主要是中小型河流穿越地段
和沿河道敷设地段容易遭受河水冲刷，造成管道露
管、悬空。在中小型河流穿越中，对于中型河流，
设计按50年一遇洪水频率计算的冲刷深度控制埋
深，埋在冲刷线以下不小于1 m。若河床为石方，
管道采用混凝土连续覆盖进行防护。对于小型河
流，最小埋深不小于2 m，如果河床为基岩，应嵌
入基岩深度不小于0．5 m，并用现浇混凝土进行浇
注，避免管道遭受河水冲刷。
对于受地形限制，迫不得已顺河道敷设的地
段，因河道形态、地质条件复杂多样，有宽浅式河
道，也有“V”型河谷，对于河床地层为砂土和砂
卵砾石的河道，管道必须埋设在设计最大冲刷线以
下1．0 m，并采用混凝土压块作为配重。当河道纵
坡降大于1％ 时，应每隔20 m设一道管沟截水墙。
当河床为基岩时，则应在基岩上开挖管沟，并将管
道采用现浇混凝土的方式嵌固在基岩里
作者简介： 马学海(1975-)， 男， 天津宝坻人， 工程师，
t998年毕业于西南石油学院油气储运专业．现从事管道线
路工程设计工作。
收稿日期：2010—04—27

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