油氣長(zhǎng)輸管道工程設(shè)計(jì)

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一、油氣管道新設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法的對(duì)比

近年來(lái)，我國(guó)的油氣管道設(shè)計(jì)與使用取得了明顯的成就，尤其是管道的運(yùn)輸工藝運(yùn)用、管道的自動(dòng)化水平、管道施工技術(shù)方面。我國(guó)現(xiàn)已投入使用的油氣管道都標(biāo)志著管道技術(shù)水平的提高，尤其是管道設(shè)計(jì)方法方面。相較于傳統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)方法，新的管道設(shè)計(jì)中有了一些新特點(diǎn)。首先相較于傳統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)，新管道設(shè)計(jì)中更加注重管道的靈活性，管道設(shè)計(jì)中的技術(shù)元素不斷增加。油氣長(zhǎng)輸管道具有路線長(zhǎng)、跨度大的特點(diǎn)，管道的分布區(qū)域內(nèi)不可避免的經(jīng)過(guò)多樣的地質(zhì)層，面臨多樣的環(huán)境變化，這就會(huì)增加尤其長(zhǎng)輸管道的受損幾率。傳統(tǒng)的油氣管道設(shè)計(jì)不注重管道間的接口設(shè)計(jì)，而且管道調(diào)度靈活度低，就更加影響了管道的安全性。新的油氣管道設(shè)計(jì)中給予管道的缺陷與應(yīng)變靈活性著重進(jìn)行了改進(jìn)，管道設(shè)計(jì)中最大程度上降低管道遭受的損害，保證管道的運(yùn)輸及安全水平。新管道設(shè)計(jì)中加入了管道使用壽命的全面的評(píng)估技術(shù)。傳統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)中并未將管道的使用壽命作為重要的考慮因素，而且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中也為對(duì)管道的技術(shù)診斷進(jìn)行補(bǔ)充規(guī)定，以致在管道的壽命延長(zhǎng)及評(píng)估方面并未有相應(yīng)的方法演繹。新的管道工程設(shè)計(jì)中則側(cè)重包含了管道全壽命的改進(jìn)設(shè)計(jì)。油氣長(zhǎng)輸管道要具有經(jīng)濟(jì)性、安全性、適應(yīng)性等，要保證管道的經(jīng)濟(jì)成本低，需要盡量延長(zhǎng)管道的使用壽命，并進(jìn)行全過(guò)程的壽命評(píng)估。新的管道設(shè)計(jì)方法中對(duì)管道壽命的適時(shí)關(guān)注改進(jìn)了傳統(tǒng)管道設(shè)計(jì)的不足之處。

二、基于缺陷評(píng)估的設(shè)計(jì)方法分析

基于缺陷評(píng)估的管道設(shè)計(jì)方法主要就影響管道安全的腐蝕與裂縫進(jìn)行了缺陷評(píng)估。因此，缺陷評(píng)估設(shè)計(jì)方法又根據(jù)缺陷的分類(lèi)分為裂紋缺陷評(píng)估與腐蝕缺陷評(píng)估兩種。缺陷評(píng)估設(shè)計(jì)方法實(shí)際上就是基于延長(zhǎng)管道壽命預(yù)防評(píng)估原理的設(shè)計(jì)方法。

2.1基于腐蝕缺陷評(píng)估的設(shè)計(jì)方法

腐蝕缺陷評(píng)估法首先要利用模型進(jìn)行管道的厚度確定。油氣管道在使用中會(huì)隨著時(shí)間的轉(zhuǎn)移而發(fā)生腐蝕，在腐蝕缺陷評(píng)估設(shè)計(jì)中要先建立符合條件的管道模型，并創(chuàng)造一定的腐蝕環(huán)境。一般而言，油氣管道在運(yùn)輸狀況下遭受腐蝕其管壁會(huì)變薄。腐蝕缺陷評(píng)估設(shè)計(jì)中要利用API或ASMEB31G確定最小厚度。該評(píng)估設(shè)計(jì)方法的操作具體步驟包括:第一步:采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法確定初始尺寸，并在模型中施加一定的管道負(fù)載，以便進(jìn)行強(qiáng)度分析;第二步:進(jìn)行管道的裂紋缺陷設(shè)計(jì)，制定管道的檢測(cè)周期及裂紋接受尺寸等;第三步進(jìn)行腐蝕缺陷評(píng)估設(shè)計(jì)，確定管道的防腐措施制定;第四步:結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管道初始設(shè)計(jì)的修改。

2.2基于裂紋缺陷評(píng)估的設(shè)計(jì)方法

相較于腐蝕缺陷設(shè)計(jì)，裂紋缺陷評(píng)估設(shè)計(jì)方法步驟較為復(fù)雜。管道的裂紋評(píng)估首先要了解管道材料的裂紋情況，還要考慮到管道在安裝環(huán)節(jié)的裂紋情況，其次是管道使用負(fù)載下的裂紋產(chǎn)生。裂紋缺陷評(píng)估設(shè)計(jì)先要確定管道的初始裂紋，所謂初始裂紋是指進(jìn)行管道壽命計(jì)算前管道出現(xiàn)的原始裂紋的尺寸，并在裂紋之處進(jìn)行取樣;裂紋缺陷評(píng)估法還要進(jìn)行臨界裂紋的確定，臨界裂紋指模型施加強(qiáng)力負(fù)載的情況下管道上出現(xiàn)的未形成泄漏的最大裂紋;第三部是模型的剩余強(qiáng)度分析，所謂剩余強(qiáng)度是指裂紋樣品管道在強(qiáng)力施加下能承受的靜強(qiáng)度，剩余強(qiáng)度分析主要是為了在實(shí)驗(yàn)中得到一定強(qiáng)度下管道裂紋的變化規(guī)律，進(jìn)而確定裂紋壽命;最后是壽命分析環(huán)節(jié)，參照裂紋的初始尺寸與臨界尺寸進(jìn)行裂紋使用中的變化速度，進(jìn)而設(shè)計(jì)管道的壽命。

三、基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)方法分析

應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)方法中要參照地質(zhì)資料假設(shè)應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)，后再預(yù)置管道材料的應(yīng)力比及管道的塑性變形延伸等數(shù)值，數(shù)值假定與預(yù)置完畢之后進(jìn)行模型試驗(yàn)并分析管道的應(yīng)變，在具體的分析中采用分條件假設(shè)的方式進(jìn)而得出相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管道的應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)。該方法的關(guān)鍵因素是試驗(yàn)管道在地震等地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)變及其承受的應(yīng)變極限?；趹?yīng)變的設(shè)計(jì)方法當(dāng)前還未有設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，只是對(duì)長(zhǎng)輸管道及其中的管道剛有一定的規(guī)格要求。例如管道標(biāo)準(zhǔn)多是CSAz及ASME系列的標(biāo)準(zhǔn);而管道鋼還有相應(yīng)的AS系列?；趹?yīng)變的設(shè)計(jì)方法中還包括相應(yīng)的應(yīng)變預(yù)防措施規(guī)范，比如管道安裝盡量避開(kāi)地質(zhì)位移較頻繁的地質(zhì)條件等。

四、全壽命設(shè)計(jì)方法

全壽命設(shè)計(jì)方法主要是借助實(shí)驗(yàn)找出管道的最優(yōu)外界影響環(huán)境，設(shè)計(jì)方法圍繞管道壽命課題著重考慮管道的結(jié)構(gòu)、材料、環(huán)保、管護(hù)等的綜合設(shè)計(jì)。全壽命設(shè)計(jì)法主要包括使用壽命設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)、環(huán)境生態(tài)設(shè)計(jì)、施工過(guò)程的控制設(shè)計(jì)、管道環(huán)境監(jiān)測(cè)及全壽命成本設(shè)計(jì)等。全壽命設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)階段，即管道施工可行性研究、初步設(shè)計(jì)階段及施工圖設(shè)計(jì)階段，其中的每一階段都以實(shí)現(xiàn)工程全壽命周期質(zhì)量為目標(biāo)。其中的施工可行性研究主要是確定管道功能與設(shè)計(jì)壽命，并對(duì)管道環(huán)境的影響進(jìn)行分析;初步設(shè)計(jì)階段主要確定管道工程方案，控制壽命成本;而施工圖設(shè)計(jì)階段是根據(jù)初步設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行管道的全壽命設(shè)計(jì)，全壽命設(shè)計(jì)先調(diào)查工程環(huán)境，后再行設(shè)計(jì)管道的性能及施工方案。

五、結(jié)語(yǔ)

油氣長(zhǎng)輸管道工程的設(shè)計(jì)主要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、規(guī)范的原則，新的設(shè)計(jì)方法中更加著重油氣管道的缺陷方面、應(yīng)變性及管道的壽命的探究，使管道設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

作者：楊小龍 單位：勝利油田勝利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司新疆分院