油氣長輸管道工程設計

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一、油氣管道新設計方法與傳統(tǒng)方法的對比

近年來，我國的油氣管道設計與使用取得了明顯的成就，尤其是管道的運輸工藝運用、管道的自動化水平、管道施工技術方面。我國現(xiàn)已投入使用的油氣管道都標志著管道技術水平的提高，尤其是管道設計方法方面。相較于傳統(tǒng)的管道設計方法，新的管道設計中有了一些新特點。首先相較于傳統(tǒng)的管道設計，新管道設計中更加注重管道的靈活性，管道設計中的技術元素不斷增加。油氣長輸管道具有路線長、跨度大的特點，管道的分布區(qū)域內不可避免的經過多樣的地質層，面臨多樣的環(huán)境變化，這就會增加尤其長輸管道的受損幾率。傳統(tǒng)的油氣管道設計不注重管道間的接口設計，而且管道調度靈活度低，就更加影響了管道的安全性。新的油氣管道設計中給予管道的缺陷與應變靈活性著重進行了改進，管道設計中最大程度上降低管道遭受的損害，保證管道的運輸及安全水平。新管道設計中加入了管道使用壽命的全面的評估技術。傳統(tǒng)的管道設計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)設計方法中也為對管道的技術診斷進行補充規(guī)定，以致在管道的壽命延長及評估方面并未有相應的方法演繹。新的管道工程設計中則側重包含了管道全壽命的改進設計。油氣長輸管道要具有經濟性、安全性、適應性等，要保證管道的經濟成本低，需要盡量延長管道的使用壽命，并進行全過程的壽命評估。新的管道設計方法中對管道壽命的適時關注改進了傳統(tǒng)管道設計的不足之處。

二、基于缺陷評估的設計方法分析

基于缺陷評估的管道設計方法主要就影響管道安全的腐蝕與裂縫進行了缺陷評估。因此，缺陷評估設計方法又根據(jù)缺陷的分類分為裂紋缺陷評估與腐蝕缺陷評估兩種。缺陷評估設計方法實際上就是基于延長管道壽命預防評估原理的設計方法。

2.1基于腐蝕缺陷評估的設計方法

腐蝕缺陷評估法首先要利用模型進行管道的厚度確定。油氣管道在使用中會隨著時間的轉移而發(fā)生腐蝕，在腐蝕缺陷評估設計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，油氣管道在運輸狀況下遭受腐蝕其管壁會變薄。腐蝕缺陷評估設計中要利用API或ASMEB31G確定最小厚度。該評估設計方法的操作具體步驟包括:第一步:采用傳統(tǒng)的實驗方法確定初始尺寸，并在模型中施加一定的管道負載，以便進行強度分析;第二步:進行管道的裂紋缺陷設計，制定管道的檢測周期及裂紋接受尺寸等;第三步進行腐蝕缺陷評估設計，確定管道的防腐措施制定;第四步:結構動力試驗數(shù)據(jù)進行管道初始設計的修改。

2.2基于裂紋缺陷評估的設計方法

相較于腐蝕缺陷設計，裂紋缺陷評估設計方法步驟較為復雜。管道的裂紋評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，其次是管道使用負載下的裂紋產生。裂紋缺陷評估設計先要確定管道的初始裂紋，所謂初始裂紋是指進行管道壽命計算前管道出現(xiàn)的原始裂紋的尺寸，并在裂紋之處進行取樣;裂紋缺陷評估法還要進行臨界裂紋的確定，臨界裂紋指模型施加強力負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度分析，所謂剩余強度是指裂紋樣品管道在強力施加下能承受的靜強度，剩余強度分析主要是為了在實驗中得到一定強度下管道裂紋的變化規(guī)律，進而確定裂紋壽命;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行裂紋使用中的變化速度，進而設計管道的壽命。

三、基于應變的設計方法分析

應變設計方法中要參照地質資料假設應變設計，后再預置管道材料的應力比及管道的塑性變形延伸等數(shù)值，數(shù)值假定與預置完畢之后進行模型試驗并分析管道的應變，在具體的分析中采用分條件假設的方式進而得出相關的數(shù)據(jù)進行管道的應變設計。該方法的關鍵因素是試驗管道在地震等地質災害中的應變及其承受的應變極限。基于應變的設計方法當前還未有設計相關規(guī)范，只是對長輸管道及其中的管道剛有一定的規(guī)格要求。例如管道標準多是CSAz及ASME系列的標準;而管道鋼還有相應的AS系列。基于應變的設計方法中還包括相應的應變預防措施規(guī)范，比如管道安裝盡量避開地質位移較頻繁的地質條件等。

四、全壽命設計方法

全壽命設計方法主要是借助實驗找出管道的最優(yōu)外界影響環(huán)境，設計方法圍繞管道壽命課題著重考慮管道的結構、材料、環(huán)保、管護等的綜合設計。全壽命設計法主要包括使用壽命設計、性能設計、環(huán)境生態(tài)設計、施工過程的控制設計、管道環(huán)境監(jiān)測及全壽命成本設計等。全壽命設計主要分為三個階段，即管道施工可行性研究、初步設計階段及施工圖設計階段，其中的每一階段都以實現(xiàn)工程全壽命周期質量為目標。其中的施工可行性研究主要是確定管道功能與設計壽命，并對管道環(huán)境的影響進行分析;初步設計階段主要確定管道工程方案，控制壽命成本;而施工圖設計階段是根據(jù)初步設計階段的設計圖進行管道的全壽命設計，全壽命設計先調查工程環(huán)境，后再行設計管道的性能及施工方案。

五、結語

油氣長輸管道工程的設計主要堅持經濟、科學、規(guī)范的原則，新的設計方法中更加著重油氣管道的缺陷方面、應變性及管道的壽命的探究，使管道設計更加科學合理。

作者：楊小龍 單位：勝利油田勝利勘察設計研究院有限公司新疆分院