完整高压天然气管道方案设计.docx

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完整高压天然气管道方案设计

XXXXXXXX有限公司

XXCNG加气母站专供管线

方案设计

设计单位：

XXXXXXXX有限公司

日期：

2014年09月15日

1总论1

1.1工程背景和方案1

2工程设计指导思想、编制原则及自然条件2

2.1指导思想2

2.2编制原则2

2.3编制依据3

2.4沿线自然条件4

3工艺技术方案描述4

3.1方案内容4

3.2管道计算5

3.3线路工程8

3.4阀室部分.13

4建议14

4.1线路走向建议1.4

4.2线路沿途安全保护措施14

5附图15

1总论

1.1工程背景和方案

1.1.1工程背景

天然气是国家大力提倡的清洁燃料，这将对优化我国的能源结构，有效解决工业生产能源供应安全、生态环境保护的双重问题，实现经济和社会的可持续发展发挥着重要作用。

对荷泽而言，充分把握国家西气东输战略和能源结构调整战略实施的机遇，利用资源优势发展天然气工业，通过发展天然气压缩工业，能够使XX市的天然气资源得到充分利用，从而变资源优势为经济优势。

随着工业的快速发展和国家评估标准的逐步提高，大气污染治理压力大、形式严峻。

天然气在燃烧过程中基本不排放二氧化硫，因此，积极推进城市气化，天然气汽车，扩大天然气的利用范围和领域，对于改善城市大气环境，创建绿色中国具有积极意义。

目前XX县燃气应用方式以液化石油气及CNG减压供气为主；只依托济宁华润加气母站CNG气源供气；本项目可通过陈集分输站引入平泰线管道气源，保证XX县近远期实现管道天然气供应。

近期供应XX县天然气气量0.6亿Nm3/年，远期供应XX县天然气气量1.2亿Nm3/年。

根据压缩天然气的运输半径，XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站依托该管道气源建成投产之后可以辐射XX市一区八县，该站日压缩能力达20万Nm3,可满足该区域压缩天然气的需求。

XXCNG加气母站的建设不仅能更好的满足本地区及周边地区对天然气能源的需求，也是解决山东地区天然气扩大利用的理想途径。

天然气加气站经济效益可观，在促进XX县经济增长的同时，对拉动本地区运输业、制造业等相关产业的发展，促进城市水平的提高，都将发挥重要的作用。

本项目作为连接陈集分输站与XXCNG加气母站的天然气专供管线，

为XXCNG加气母站的顺利投产所必不可少的组成部分。

1.1.2项目简介

本工程为XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站专供管线，管线气源为平泰线陈集分输站，终点为荷泽胜利XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站，管道设计压力10.0MPa,管彳全为DN200,全长约为2km,年输送天然气0.73¥08Nm3,管线走向详见附图1、附图2。

1.1.3气源概况

平顶山一泰安天然气高压管线（平泰线）

平泰线是由西气东输二线干线的鲁山分输压气站分输，经河南省平顶

山、许昌、关B州、开封、商丘和山东省荷泽、济宁、泰安等8市，与位于山东省泰安市境内冀宁联络线泰安分输站相联络，管道设计压力10.0MPa,管径1016mm,全长约为556km,年输送天然气30.8X08Nm3。

平泰线于XX县北部陈集镇区域穿过，在XX县高速连接线西侧建有陈集分输站。

2工程设计指导思想、编制原则、编制依据及自然条件

2.1指导思想

按照国家的长远计划和地方政府对该地区的近期和长远规划及有关的政策法规，综合考虑管线道路走向布局。

2.2编制原则

1）严格遵守国家、行业及当地的有关法规政策，严格执行国家及本行业的有关设计规范、标准及规定，同时参照国外先进适用的标准和技术。

2）工程建设项目在设计上做到投资合理，充分发挥工程的经济效益和社会效益。

3）优化工艺输送方案，确保管道系统均衡、安全、平稳的供气。

4）工程设计符合实际情况，既确保本工程技术先进，又做到经济合理、

安全可靠。

5）工程设计中对设备、材料等的选型要做到设备性能可靠、技术先进、方便运行及便于维修。

优先选用国内的先进设备，降低运行费用，对于国内尚无法满足而工艺上又必需的部分设备、材料拟从国外引进。

6）线路走向力求线路顺直，尽量靠近或沿线有道路敷设，尽量减少穿越道路、冲沟，避开沿线不良工程地质段和居民住宅、果林等地区，以减少工程量和确保管道长期安全运行。

7）相关辅助生产设施尽可能依托地方以减少投资，降低运行成本。

8）充分考虑节省占地和节约能耗。

9）简化管理体制，在满足一线生产需要的前提下，尽可能减少操作人员，降低运行管理费用，提高管理水平。

2.3编制依据

《中华人民共和国石油天然气管道保护法》

《公路安全保护条例》（国务院令第593号）

《山东省石油天然气管道保护办法》（政府令第214号）

《关于处理石油管道和天然气管道与公路相互关系的若干规定（试

行）»

《输气管道工程设计规范》GB50251-2003

《石油天然气工业管线输送系统用钢管》GB/T9711-2011

《工业金属管道工程施工规范》GB50235-2010

《工业金属管道工程施工质量验收规范》GB50184-2011

《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236-2011

《现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》GB50683-2011

《石油天然气钢质管道无损检测》SY/T4109-2013

《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T21448-2008

2.4沿线自然条件

本段管线全线在XX市XX县境内，XX县地质构造属于鲁西中台隆的荷泽地垒的东南边缘，与东部的成武地堑相联。

西部有兰考一一聊城张性大断裂经过，东部又有曹县一一定陶大断裂，故县内新构造活动强烈。

XX县地处黄泛平原，属黄河冲积扇类型。

由于黄河多次决口泛滥，受地形、流速等诸因素的影响。

形成了高低起伏复杂的微地貌。

根据《建筑抗震设计规范》附录A,项目所在地区地震烈度为7度，工程按7度地震基本破坏烈度设防。

XX县属温带季风型大陆性气候，冬冷夏热，四季变化分明。

春季，多西南风，气温回升快，蒸发量大，降水量少，空气干燥，同时，由于受寒潮的侵袭，常出现霜冻和倒春寒天气。

夏季炎热多雨，常有潮湿闷热天气出现，有时因暴雨成灾，有时也可能因降水稀少而出现夏旱。

秋季，天高气爽，日照充足，常发生秋旱现象。

冬季，气候干冷，多偏北风，降水（雪）稀少，个别年份出现冻害。

3工艺技术方案描述

3.1方案内容

3.1.1线路走向

管线由陈集分输站接出后，沿朱集村东侧高速路连接线（路西布管）向北敷设，途径朱集村、晨露农业高新产业园，穿越长江东路至XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站，然后沿母站南墙向西转至母站西墙向北穿墙进入站区敷设至母站工艺装置区后，具体详见管道线路走向图（附图1、附图2）。

XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站设在XX县陈集镇日兰高速与长江东路交叉口东北角处，计量交接点在陈集分输站内，气源点除集分输站出站压力为8.2〜8.3MPa,输气干线管径为DN200,根据近远期供气量计算母站进站压力，计算结果见表3.1-1、3.1-2。

起点压力计算供气量：

10X104Nm3/d（近期）表3.1-1

序号

日供气量（104m3/d）

高峰系数

।max।max।max

k1k2ka

高峰小时供气量（104m3/h）

管径

（mm）

分输站压

力（MPa）

母站进站压力（MPa）

1

10

1.65

0.83

DN200

8.2

8.191

2

10

1.65

0.83

DN200

8.3

8.29

起点压力计算供气量：

20X104Nm3/d（远期）表3.1-2

序号

日供气量（104m3/d）

高峰系数

1maxImax।max

k〔k2k3

高峰小时供气量（104m3/h）

管径

（mm）

分输站压力

（MPa）

母站进站压力（MPa）

1

20

1.65

1.67

PDN2001

8.2

8.171

2

20

1.65

1.67

DN200

8.3

8.27

3.2管道计算

3.2.1管材及壁厚

（1）钢种等级选择

输气管道所使用的材质应具有较高的强度，良好的焊接性能，其化学成分和机械性能应符合有关规定要求，以确保输送安全。

针对目前国内制板能力，输气管道材质要求和目前国内输气管道要求和目前国内输气管道钢材选用情况，选用L290、L360、L415三种钢材进行比较，设计系数按三级地区考虑，结果见表3.1-5。

材质比较表（D219.1）表3.1-5

材质

（mnj）地区等级

L290

L360

L415

计算值

选定值

计算值

选定值

计算值

选定值

三级地区

7.5

12

6.1

12

5.3

12

管材总重（t）（壁厚按选定值）

169.4

169.4

169.4

管材投资（万元）

81.3

84.7

89.8

表中管壁厚度根据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003,按下式

计算:

S=PD/2（TsF^t

式中:

-钢管计算壁厚（mm）

P——设计压力（MPa）

D钢管外径（mm）

（7s——钢管最低屈服强度（MPa）

———焊缝系数

t温度折减系数

F——设计系数

一级地区F=0.72

二级地区F=0.6

三级地区F=0.5

三种管材相比，L290管材投资最少，比L360少投了3.4万元，比L415少投了8.5万元，L415管材投资最高，不符合节省投资原则；L290管材与L360相比，虽然投资较少，但其可焊性、韧性、延伸性不如L360,为保证管道运行安全，推荐采用L360管材。

根据水力计算，该输气干线公称直径为DN200，推荐使用直缝高频电

阻焊接钢管，钢级为L360,制管标准按现行国家标准《石油天然气工业管线输送系统用钢管》（GB/T9711-2011）执行，由于管线与其西侧建筑物及东侧高速连接线水平距离较小，本设计考虑全程管线规格采用D219.1X12,并采取其他相应的有效保护措施。

3.2.2管道强度和稳定性校核

（1）管线的刚性

管子需要有一定的刚性，否则在装卸、运输、堆放、下沟、回填等过程中会使管子严重变形，一旦发生这种情形，管段即报废。

管子的刚度与材料强度无关，而与材料的弹性模量、直径与壁厚比（D/5）有关。

因各种等级钢号的弹性模量都是一样的，故只考虑直径与壁厚

比（D/S）即可。

同直径的管子壁厚越厚，D/S就越小，管子刚性越好。

按照《输气管道工程设计规范》GB50251-2003第5.1.3节要求，DN200的管子需满足的最小公称壁厚为3.5mm,故此次设计管线的刚度均是足够的。

（2）径向稳定性验算

据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003第5.1.4节，管道径向稳定性较核应符合下列表达式的要求。

当管线埋设较深或外载荷较大时，应按无内压状态较核其稳定性。

下面以管线最不利情形（壁厚最薄，埋深最大考虑极限温差）进行应力计算和当量应力较核。

汉00.03D

aZKWDm

Ax=

8EI+0.061EsDm

W训+W2

I=S/12

式中：

△x—钢管水平方向最大变形量（m）;

Dm—钢管平均直径（m）;

W一作用在单位管长上的总竖向载荷（N/m）;

W1一单位管长上的竖向永久载荷（N/m）;

W2—地面可变载荷传递到管道上的载荷（N/m）;

Z一钢管变形滞后系数，取1.5;

K一基床包角，按规范取0.103;

E—钢材弹性模量（N/m2）,2.06X1011N/m2;

I一单位管长截面惯性矩（m3/m）;

Sn一钢管公称壁厚（m）;

El土壤变形模量（N/m2）,取2.8。

计算得出：

对D219.1:

W1=TV==9914N/m（考虑为管线埋深处土壤载荷），Ax<0.03D。

故管线不会失稳。

3.3线路工程

（1）设计原则

根据管道线路走向，在满足有关规范要求的情况下，线路特殊地段全部采用定向钻穿越方式，在小型穿越段首选开挖沟埋方式。

将穿越工程的安全可靠性放在首位。

力求节省投资，方便施工和维护管理。

穿越三级以上公路时，一律采用定向钻穿越；对于一般低于三级道路，采用挖沟埋设方式穿越。

穿越位置不宜选在地震活动断层上。

（2）管道敷设

管道以埋地敷设为主，根据地形地貌，管道分别采取自然弹性弯曲、现场冷弯弯管和预制弯头，以适应管道在平面和竖向上的走向变化。

穿越长江东路时采用定向钻穿越，穿越时尚应满足管道与公路相互关系的有关规定的要求。

（3）敷设方式

管道采用直埋与定向钻穿越的方式。

管道通过一般地段时，考虑到地面荷载对管道强度及稳定性的要求，管顶覆土深度为2.5m。

特殊穿越地段，允许覆土深度有变化，但不得小于2m。

管道与公路交叉时，按《关于处理石油管道和天然气管道与公路相互关系的若干规定》、《中华人民共和国石油天然气管道保护法》、《公路安全保护条例（国务院令593号）》、《山东省石油天然气管道保护办法》中的有关

条款执行。

管道水平转角或竖向变坡处，当条件允许时应优先采用弹性敷设，以保证较好的工艺条件。

弹性敷设困难时，优先采用曲率半径R=40D的冷弯

管，在其次采用热煨弯管。

（4）公路穿越

根据原石油与交通部制定的《关于处理石油管道和天然气管道与公路相互关系的若干规定》，管道穿越公路时尽量在路基下穿过，以尽可能不破坏路面为原则。

若因地质条件必须破坏路面时，应同公路管理部门协商，按其要求恢复地貌。

对于干线公路、沥青公路、车流量较大、大开挖困难的公路，优先采用定向钻穿越。

一般碎石公路则大开挖穿越。

本管道需穿越长江东路1处，穿越无名小路3处。

（5）管道焊接

焊接方式及材料

管道的焊接接口采用手工下向焊接或半自动焊接工艺，手工焊焊条采用AWSA5.1-91E6010纤维素焊条，焊接执行《钢质管道焊接及验收》（SY/T4103-2006）。

焊接检验方法及要求

结合本工程高压管道经过的地区特点以及当地有关部门的要求，对管道全线环焊缝进行100%超声波探伤和100%射线照相检查。

焊缝质量标准

本工程对管线环焊缝进行100%超声波探伤和100%寸线照相检查，超声波探伤应符合《石油天然气钢质管道无损检测》SY/T4109-2013中的H级质量标准，射线照相应符合《石油天然气钢质管道无损检测》SY/T

4109-2013中的H级质量标准。

（6）管道试压

根据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003中第10.2条：

清管与试压条款有关内容要求，输气管道必须进行强度试验和整体严密性试验，同时经试验合格的管段间相互连接的焊缝经射线照相检验合格，全线接通后可不再进行强度试压。

穿（跨）越道路的管段，应进行单独试压。

本工程根据沿线的实际情况，结合地区等级的划分，本项目位于三级地区的管道试压介质采用水。

根据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003要求，本项目位于三级地区的管段不应低于设计压力的1.5倍。

（7）清管

根据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003和《工业金属管道工程施工规范》GB50235-2010有关要求，管道在压力试验合格后，应进行管道吹扫或清洗工作。

管道吹洗前，不应安装孔板、法兰连接的重要阀门、仪表等，对于焊接的上述阀门和仪表，应采取流经旁路或卸掉阀头及阀座加保护套管措施。

当采用空气进行吹扫清管时应满足下列要求：

吹扫压力不得超过容器和管道的设计压力，流速不易小于20m/s;

空气吹扫过程中，当目测排气无烟尘时，应在排气口设置贴白布涂白漆的木制靶板检验，5min内靶板上无铁锈、尘土、水分及其他杂物为合格。

当采用清管器进行清管时应满足下列要求：

清管次数不应小于两次；

应设置临时清管器收发设施和放空口，不应使用站内设施；

输气管道在投入使用前应进行干燥清管，必要时可注入吸湿剂。

（8）管线附属设施

水工保护工程

穿越现有的带扩砌的沟渠，施工完毕后恢复原貌。

对于破坏的公路路肩要分层夯实并用砌石护砌。

管道标志

为了掌握阴极保护的情况，随时测定沿线阴极保护有关数据，从管道起点每隔1km距离，设置一个阴极保护测试桩兼做里程桩。

固定墩

管道出入土端、重点穿跨越点均应设置固定墩。

（9）管道防腐

天然气高压管道的涂层防腐包括管道内防腐和管道外防腐，内防腐既可以延长管道的使用寿命，又可以减少管道内阻，提高输气能力、节约能源。

因为本工程高压管道所输气体为经过净化的天然气，几乎不含水，含H2s极微，介质的腐蚀性很弱，同时本设计不要求减少管道阻力，故管道内壁不作内防腐，只作管道外防腐。

1）管道外防腐涂层的确定

管道外覆盖层的作用是将腐蚀介质与被保护金属表面隔开，在埋地管道防腐工程中，覆盖层占有重要的位置，对延长管道的使用寿命、维持正常使用及增加运行安全性都有十分重要的意义。

因此，合理选择管线外防腐材料，是保证工程设计经济合理至关重要的技术关键。

作为埋地管道外覆盖层应具备下列性能：

良好的防潮、防水性；

较强的机械强度（包括抗冲击强度、耐弯曲性、耐磨性、针入度等指标）；

良好的耐阴极剥离性能；

防腐层对钢材表面有良好的粘结性；

良好的电绝缘性能；

较好的耐化学性能和抗老化性能;

易于施工，易于补口、补伤；经济合理。

目前，常用防腐材料有：

聚乙烯三层复合结构防腐层（简称三层PE）、熔结环氧粉末（FBE）、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧煤沥青等。

各种防腐层的主要优缺点见表3.2-1。

表3.2-1常用涂层对比表

涂层

优点

缺点

熔结环氧

与钢管粘结力高、耐化学介质浸泡绝缘性能好、使用温度范围宽，磨擦系数小，与阴极保护配合好。

涂层太溥，装卸、运输、施工极易受伤，补口、补伤工艺复杂

三层结构PE

与钢管粘结力高，机械物理性能好，耐化学介质浸泡、绝缘电阻高、修补方便。

预制工艺复杂、造价较局，补口质量达/、到三层结构PE的质量要求

煤焦油瓷漆

防腐性能好、耐化学介质浸泡，不怕植物根扎，修补方便

绝缘电阻不高、机械性能差，低温发脆、易污染环境、维修工作量大

聚乙烯胶带

［易于机械化施工、绝缘电阻较图

:

机械性能较差、不耐机械损伤一

石油沥青

造价低，施工技术成熟，修补方便

绝缘电阻不图，机械性能差，不耐细菌侵蚀、植物根系易穿入、使用寿命不长、维护工作量大、易污染环境。

环氧煤沥青

具后环氧树脂优良的物理、化学性能和煤焦油沥青优良的耐水、抗生物性能。

双组分，施工质量不易保证。

二层挤塑聚乙烯

机械性能好，化学稳定性高、绝缘电阻高，抗人为损坏和运输损伤能力强，易于修补，价格较便宜。

一旦粘结剂与钢管表面脱落，脱落处又破损，电介质从破损处浸入，易造成夹缝腐蚀。

双层熔结环氧

与钢管粘结力高，机械物理能性好，耐化学介质浸泡，绝缘电阻高，现场补口、补伤，可保证与管线涂层的一致

弯曲性较差，价格高

考虑XX县夏季雨量比较充沛，土壤湿度较大，土壤电阻率较低，腐蚀性较强，管道必须选择性能好、寿命长的外防腐层。

根据以上防腐层的性能比较，并结合实际应用经验，钢制燃气管道防腐采用三层结构聚乙烯防腐层，防腐等级采用特加强级。

穿路套管等进行密封绝缘处理。

管道弯

头及补口采用无溶剂环氧涂料加热收缩套防腐

防腐主要工程量见表3.2-2

防腐主要工程量表表3.2-2

厅P

名称

单位

数量

备注

11

3PE特加强级防腐

Km

2

2

热收缩套补口

个

167

按12m管计

2）阴极保护

采用涂层保护埋地敷设的钢质燃气干管同时采用阴极保护，以确保埋地钢质管道的使用寿命。

市区外埋地敷设的燃气干管，当采用阴极保护时，宜采用强制电流方式，由于本项目管道长度较短，本工程采用牺牲阳极保护，其设计应符合国家现行标准《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T

21448的规定，管道每250m设置牺牲阳极一组，每组2支22Km镁阳极。

管线每公里设置一个电位测试桩，与里程桩相结合。

3.4阀室部分

根据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003,输气管道应设置线路截断阀。

位置应选择在交通方便、地形开阔、地质较高的地方。

截断阀最大间距应符合下列规定：

以一级地区为主的管段不易大于32km;

以二级地区为主的管段不易大于24km;

以三级地区为主的管段不易大于16km;

以四级地区为主的管段不易大于8km;

根据工程描述，本段线路沿线为三级地区，建截断阀室1座，阀室分

布见附图2。

截断阀可采用手动或自动阀门，并应能通过清管器或检测仪器，本方案推荐采用自动截断阀。

4建议

4.1线路走向建议

此次设计管线起点为平泰线陈集分输站，终点为荷泽胜利XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站，管道设计压力10.0MPa,管径为DN200,全长约为2km,管线出分输站后沿朱集村东侧高速路连接线（路西布管）向北敷设，途径朱集村、晨露农业高新产业园，穿越长江东路至XXXXXXXX有限公司XXCNG加气母站，然后沿母站南墙向西转至母站西墙向北敷设至母站工艺装置区后，穿墙进入站区。

4.2线路沿途安全保护措施

管道途经朱集村时，管道与村内居民建筑的实际距离局部尚不足10米,且管道沿高速路连接线敷设时，管道距离道路路沿石的实际距离仅为6米,出于安全考虑，现建议采取以下安全保护方案：

（1）选取壁厚12mm的L360直缝高频电阻焊接钢管；

（2）采用3PE特加强级防腐；

（3）施工时尽量减少管道接口数量；

（4）全线焊缝进行100%超声波探伤和100%射线照相检查；

（5）管线沿途每隔400米设置1警示桩；

（6）施工作业时需组织具有施工资质的队伍进行施工；

（7）施工作业前，施工单位需组织严密的施工作业计划书，经建设单位及监理单位签字确认后方可开工；

（8）严格按照施工图纸及现行国家规范、管道保护法、保护条例的相关规定进行施工。

5附图