李萌

（中國石油集團東北煉化工程有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110167）

長輸管道線路的規(guī)劃設(shè)計是管道建設(shè)工作的首要任務(wù)，其中，分輸站場的選址工作是構(gòu)成管道設(shè)計、建設(shè)、管理的基本條件。目前，采用的主流線路優(yōu)化理論為模糊集合理論，該理論是基于長輸管道線路選擇體系中的集對分析評價原理。長輸管道的線路選擇應(yīng)先考慮的因素，有技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性、規(guī)劃線路對周圍環(huán)境的影響等。基于上述因素與實踐的證明，還需聽取管道、地質(zhì)等專家的意見。

1 線路選擇的評價指標

1.1 線路長度

在管線的規(guī)劃設(shè)計階段，管線鋪設(shè)的長度取決于項目的建設(shè)資金，應(yīng)事先做好線路規(guī)劃選取最優(yōu)路線，避免管線多余的穿越，從而節(jié)省建設(shè)資金。

1.2 公路密度

該指標表示管道沿途走向的交通狀況，能夠反映出今后管道在建設(shè)、檢查、維修時的便利性，見式（1）。

1.3 鐵路密度

該指標是表示管道沿途交通狀況的另一個參考指標，在有大口徑管材運輸時，常規(guī)公路運輸困難，可考慮該指標。

理想的的管道線路應(yīng)包含在附近公路和鐵路的輻射范圍里，管線沿途的走向中，公路和鐵路密度越大，說明交通條件越好。

1.4 機械化鋪管率

現(xiàn)代化管線建設(shè)的標志就是作業(yè)裝備的機械化，管道和分輸站的建設(shè)盡可能采用機械化鋪設(shè)，提高效率的同時可達到節(jié)約投資的效果，見式（3）。

1.5 穿跨越障礙數(shù)

該指標表示線路橫穿公路、鐵路、山谷、河流、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)量。在規(guī)劃設(shè)計管線時，應(yīng)盡量選擇穿越數(shù)量最少、跨越難度最低的障礙。

1.6 坡度系數(shù)

該指標表示管道沿途的地勢起伏程度，是反映出管道建設(shè)難度和工程量大小的直接參數(shù)，它可以通過三維地理信息系統(tǒng)（結(jié)合GIS分析功能）得到線路縱向剖面圖，然后，利用圓滑曲線公式計算出坡度系數(shù)，見式（4）。

式中，ζ為坡度系數(shù)；n為曲線拐點數(shù)；i為曲線拐點序號；αi是第i點的坡度角；Li為第i點的管線長度。在管線設(shè)計中，如果不可避免必須跨越山川時，對應(yīng)此參數(shù)指標應(yīng)提前對該地區(qū)做好高難度施工準備。

1.7 連通度

該指標表示管線通過節(jié)點（產(chǎn)品用戶）的連通情況，可以反映出管線在宏觀布局下的穩(wěn)定性，連通度越好，代表管線網(wǎng)越穩(wěn)定。

連通度越高，越能體現(xiàn)出該區(qū)域用戶設(shè)施的完備性越好，有利于減少支管的施工。

1.8 活動水平

該指標表示人在規(guī)劃管線周圍的活躍狀況，活動水平越大，表示管線附近的人口密度越大，橫穿城鎮(zhèn)的數(shù)量越多，無人活動值取20，活動水平最高值是0，活動水平是個綜合考慮的指標，不宜過高或過低，其值適中最為理想。

完整的線路工程建設(shè)工藝流程，見圖1。

長輸管道作為連續(xù)性很強的工程，管道線路和分輸站場的設(shè)計與布局應(yīng)緊密結(jié)合上述因素，按照“以點為主、點線結(jié)合、全線反饋”的原則綜合考慮，將線路的設(shè)計工作與周邊環(huán)境緊密結(jié)合統(tǒng)籌考慮，避免因疏忽大意造成管道泄漏，引發(fā)火災與爆炸事故，造成不必要的損失。

圖1 線路工程建設(shè)工藝流程

2 分輸站場的設(shè)計

在長輸管道的布站中，應(yīng)考慮到天然氣需求量受季節(jié)性變化的影響因素，忽略下游市場對天然氣需求的變化會導致一定經(jīng)濟效益的損失，靈活性也較差。分輸站場主要功能為分輸氣量，天然氣在站場內(nèi)實現(xiàn)過濾分離、計量、調(diào)壓后供給終端用戶。目前，國內(nèi)外長輸管道分輸站場的設(shè)計采用等壓比布站方法，即每個分輸站的設(shè)計壓力相同。下面通過對平面的布置、流程優(yōu)化、設(shè)備選型方面著手，解決分輸站設(shè)計的難題。

2.1 平面布置

根據(jù)《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范（GB50183-2015）》的相關(guān)規(guī)定，天然氣分輸站場應(yīng)劃為五級，見表2。在滿足規(guī)范要求的情況下，將站場劃分成辦公區(qū)和生產(chǎn)區(qū)兩部分，并且分開布置；兩區(qū)域防火安全距離不得小于22.5m。站場的進出口布置辦公區(qū)，便于人員緊急疏散撤離。辦公區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)置發(fā)電機室、配電室、值班休息室。中間生產(chǎn)區(qū)內(nèi)主要布置工藝設(shè)備，劃分該區(qū)域為防爆區(qū)。根據(jù)進出管線的方向，生產(chǎn)區(qū)設(shè)備的布置應(yīng)方便天然氣管道的進出，盡量呈直線布置工藝設(shè)備，減少彎頭。

表2 油品、液化石油氣、天然氣站場分級

生產(chǎn)區(qū)內(nèi)部包括進出站閥組區(qū)和過濾分離、計量調(diào)壓區(qū)。進出站閥組區(qū)應(yīng)布置在進口管線后，設(shè)備布置順序方便人員操作與維修，過濾分離器和計量調(diào)壓裝置布置在出口管線前，設(shè)備的布置應(yīng)能滿足安裝與檢修空間的需求。

布置辦公區(qū)域時，發(fā)電機室和配電室應(yīng)布置在辦公區(qū)的一側(cè)，不與其他辦公區(qū)相鄰。分輸站的辦公室、通信室、陰極保護室應(yīng)集中布置在同一辦公樓內(nèi)，并與水源井泵房、污水處理裝置之間保持安全距離。

2.2 流程設(shè)計

分輸站場可分為四種功能的流程，包括正常流程、清管流程、越站流程、返輸流程。越站流程比較特殊，該流程中，天然氣直接輸至下個站場，不進行進站加壓和供氣。這種流程主要用于兩種情況，第一種，分輸站停運，此時，切斷閥關(guān)閉，天然氣直接輸往下個站場；第二種，下游用戶出現(xiàn)狀況，不能接收天然氣，天然氣需輸往下個站場。反輸流程表示天然氣流向調(diào)轉(zhuǎn)，原上游改下游，天然氣反向輸送。

2.3 設(shè)備選型

2.3.1 過濾

由于天然氣的純凈度不同，在長距離的輸送中，還會摻雜管道雜質(zhì)和水分，所以在天然氣進站后應(yīng)先凈化天然氣，過濾分離雜質(zhì)和水。天然氣中雜質(zhì)較多時，可設(shè)置聯(lián)合過濾器，首先，用旋風分離器過濾較大顆粒，再用過濾分離器去除較小顆粒和水分。如果天然氣較潔凈，可只設(shè)置過濾分離器，節(jié)省場地占用和投資費用。

2.3.2 計量

分輸站的計量精度至關(guān)重要，在計量精度上要滿足來往交易對接的需求，量程范圍要適宜，應(yīng)考慮投產(chǎn)初期小流量和后期滿負荷運行的大量程需求。常用的天然氣計量方式主要有：孔板式、渦輪式、超聲波式流量計等?？装辶髁坑嫅?yīng)用廣泛價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單便于維護，但劑量范圍較窄，在30%～80%損失較大，不能很好地滿足各種流量范圍；渦輪流量計量程較大，在10%～80%損失小，但當天然氣流量較小時存在計量盲區(qū)；超聲波流量計精度高，量程范圍廣，幾乎沒有壓力損失。考慮投產(chǎn)初期小流量和后期滿負荷運行的大量程需求。常用的天然氣計量方式主要有：孔板式、渦輪式、超聲波式流量計等?？装辶髁坑嫅?yīng)用廣泛價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單便于維護，但劑量范圍較窄，在30%～80%損失較大，不能很好地滿足各種流量范圍；渦輪流量計量程較大，在10%～80%損失小，但當天然氣流量較小時存在計量盲區(qū)；超聲波流量計精度高，量程范圍廣，幾乎沒有壓力損失。

2.3.3 調(diào)壓

分輸站調(diào)壓方案種類較多，可分為單臺調(diào)節(jié)閥；單臺調(diào)壓閥+監(jiān)控調(diào)壓閥；單臺調(diào)壓閥+安全切斷閥；監(jiān)控調(diào)壓閥+安全切斷閥；三閥結(jié)合式。

單臺調(diào)壓閥方案流程簡單，操作維護簡單，但氣量易波動。單臺調(diào)壓閥與監(jiān)控調(diào)壓閥組合可以實現(xiàn)監(jiān)控與調(diào)節(jié)，安全性較好，但調(diào)壓器壓力需合理設(shè)定。安全切斷閥與監(jiān)控調(diào)節(jié)閥結(jié)合和三閥結(jié)合這兩種方案安全性較高，能保證下游用戶不超壓，但當切斷輸氣時，需要調(diào)整和復位切斷閥。三閥結(jié)合式方案把上下游串聯(lián)，實現(xiàn)同時監(jiān)控與調(diào)壓的功能，當遇到特殊情況時，也可以切斷輸氣，以確保管道和設(shè)備安全。

3 結(jié)語

綜上所述，天然氣長輸管道的線路和分輸站設(shè)計既應(yīng)從全局整體考慮又應(yīng)該考慮到地形情況、季節(jié)變化、環(huán)境保護等細節(jié)問題。

在設(shè)計的過程中，滿足標準、規(guī)范的同時，應(yīng)選擇合理的管道線路，根據(jù)實際工況選擇設(shè)備，減少占地與投資，才能達到最好的運營效果。