天然氣管道河流穿越方案3篇

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天然氣管道河流穿越方案篇1

隨著天然氣資源不斷開發和利用，我國已建成大量天然氣長輸管道。現階段，我國為提升國際能源輸入安全性，建成了許多大型跨國天然氣輸送工程。這些大型輸氣管道工程往往會穿越大小不一的河流，為保障天然氣管道的運行可靠性與安全性，需要重點做好管道河流穿越方案設計，減少天然氣管道河流穿越風險。本文對天然氣管道河流穿越方案的設計進行分析，具備較強的現實性意義。

1天然氣管道河流穿越方案設計原則

對于天然氣管道穿越河流設計而言，存在較多的河流穿越方案，具體設計環節，應選擇科學、合理的穿越方式，從而獲得較好的穿越效果。選擇穿越方式時，需要對以下內容進行重點考慮：第一，穿越方案設計過程中，應對河水流速、河流堤岸、寬度、流量等進行綜合考慮，同時還需要與工程地質條件、水文條件與河流形狀等情況結合，基于實際設計要求，可以選擇非開挖方式；第二，對于定向穿越方式而言，具備較多的優點，如施工成本低、施工進度快，不會對河床產生較大的破壞，如果工程地質條件允許，可首選定向穿越方式；第三，若不滿足定向穿越條件，應全面考慮大中型河流實際情況，對比分析施工成本等因素，可選擇頂管穿越、盾構穿越以及隧道穿越等方式；第四，若河流較小，可選擇小型定向鉆、開挖等穿越方式。選擇穿越方案時，需要考慮經濟技術可行性。

2天然氣管道穿越方式

2.1大開挖穿越

這種方式屬于較為成熟的一種穿越方式，現階段已經被廣泛應用于天然氣管道河流穿越設計及施工中，該穿越方式施工時，不會受地形及地質的影響，適用于水深較淺、水流較小的河流。同時，季節性河流也可使用大開挖穿越方案。小型河流穿越時，應在枯水季節開展施工操作，施工方案應報水利部門批準同意后，方可實施后續工作，如測量放線、管道預制、管溝開挖、土壤回填等。對于長年流水的河流，應做好圍堰、導流渠設置工作，以達到較好的排水效果，兩側堤壩上，可將土裝到編織袋中進行邊坡修筑，將農用薄膜作為防滲層，保證河流充水后，不會發生滲漏情況；如果有護坡要求，需要根據施工規范開展護坡工作，按照現場實際情況確定護坡長度。對于大開挖穿越管段設計埋深而言，應使其處于沖刷線之下，避免出現浮管和位移情況；選擇穩管措施時，要保證管道防腐涂層不會受到穩管配重物的損傷。大開挖穿越方式主要具備以下優點：第一，大開挖穿越方式施工較為簡單，技術較為成熟，已經被廣泛應用于設計施工中。第二，成本較低，能夠在短時間內，利用較少的人力與施工機械即可完成河流穿越。第三，該穿越方式不會受到河流附近地形地貌的影響，即便在穿越難度較大的地段，也能夠取得較好的應用效果。

2.2頂管穿越

該穿越方式屬于短距離管道穿越技術，以往施工過程中，主要是以人工開挖的方式進行相應工作，隨著施工技術不斷進步，結合不同的土層環境，又出現了泥水平衡方法以及土壓力平衡方法，利用頂管技術可使穿越距離能夠超過一千米。頂管施工前期，需要與政府部門進行詳細溝通，還應做好材料、人員、設備準備及施工放線等工作；完成準備工作后，需要在預定位置兩側，進行接收坑以及工作坑的設置，其中接收坑無需設置混凝土支護墻，但是在開挖環節應根據土質情況進行放坡。在工作坑的設置上，需要將其設置在地面高程較低的一側，混凝土支護墻應邊挖邊澆筑；作業坑建成后，應將頂管所需設備設置在作業坑內，開始頂進時，水泥套管應盡量保持緩慢頂進，待各接觸部位緊密結合后，頂進工作應保持正常頂進速度進行；完成頂管工作后，應對水泥套管內污物與殘土進行清理，隨后吊裝管道下溝，并進行土壤回填。這種穿越方式的優點包括：第一，頂管施工不用進行明挖土方操作，不會對地面產生較大影響，不會破壞到當地環境，不會對周邊交通及居民生活產生影響，也不會破壞周邊建筑基礎，且無噪音、無污染。第二，能夠有效減少開挖施工地下作業工程量，不會涉及到地下水作業，涉及設備較少，工序較為簡單，能夠獲得較快的施工進度，可有效縮短工期，同時施工成本較低，作業面較小。第三，對于開挖施工難度大的情況，這種方式能夠有效提升管線施工質量，同時可以保證管線設計的合理性與經濟性。

2.3定向鉆穿越

定向鉆穿越技術屬于一項系統工程，會涉及到較多技術與學科，現階段已經被廣泛應用于國內管道穿越施工過程中。定向鉆施工時需要經歷以下施工步驟：第一步，在水平定向鉆機的應用下[1]，根據人工磁場與穿越曲線鉆導向孔，結合鉆頭反射回來的信息，對實際方向進行修正；第二步，鉆出的導向孔通常應小于回拖管道的直徑，為使獲得的孔徑滿足工作實際需要，需要通過擴孔器進行回拉擴孔。若孔的直徑較大，應實施多次擴孔鉆進，逐漸擴大鉆孔直徑，直至達到尺寸要求；第三步，導向孔實施擴孔達到回拖要求后，依次接好各個管段，邊擴孔邊進行管線回拖，最終完成管道穿越。

2.4隧道穿越

隧道穿越河流，主要有兩種穿越方式，一是鉆爆法穿越，二是盾構法穿越，其中前者主要是通過人工鉆眼爆破的方式，這種方式適合在地層厚度大、不易滲水的地區。不過這種施工方式存在一定不足，施工時會受到地層出水的影響，如果出水嚴重，很容易會導致施工失敗，因此，施工時需要做好有效的防水措施。對于盾構法穿越而言，主要是通過盾構機實施隧道穿越，完成盾構機推進作業后，在尾部拼裝一環襯砌，隨后進行注水泥漿固定，該方法目前應用面較廣。

3管道穿越河流方案的確定

天然氣管道施工中，河流穿越屬于一項難點內容，設計工作開展前，應對管道輸氣要求進行全面考慮，了解輸送工藝參數及物質資料，若穿越工程中發生事故問題，會對周圍環境產生嚴重影響，所以，天然氣管道河流穿越設計環節，應合理確定管道材料、使用年限，科學設計管道安全系數等，最終形成適用性較強的設計方案。

3.1基礎資料

穿越方案設計前，設計單位應獲得準確、全面的工程地形、地質及水文資料，在此基礎上，使穿越設計更加科學、合理。最大程度上降低這些因素對施工難度、施工安全及管道運行的不良影響。水文資料中需要包括各項重要指標，如枯水期流量及流速、設計洪水流量、多年平均水位、河道平面變遷等，還應對工程區域斷面圖及平面地形等進行詳細了解。

3.2管材選擇

相關規范中在管材設計系數及許用應力上提出了相關規定，主要根據以下公式進行許用應力計算。施工過程中，不同施工方法下，管道施工荷載也存在較大不同。河底管溝開挖施工方法下，不存在附加荷載，不貴定向鉆機以及河底穿越上，管道會承受較大外壁摩擦力以及牽引力等。定向鉆穿越環節，管道可以承受的抗拉力通常會大于摩擦力，摩擦力計算公式為：Fy=Wf，其中，W表示的是管道表面的總載荷，f表示的是摩擦系數乘積。

3.3合理的穿越位置

在管道穿越位置上，應選擇坡岸穩定、河道較直以及水流平緩處，防止彎道處容易發生旁蝕，產生凹岸沖刷，會對管道安全產生較大影響。當埋設穿越段受到洪水或激流沖刷裸露，會出現斷裂情況，因此不可在常水位范圍內進行設施的架設，若條件不滿足，需要進行相應計算，選擇有效的手段進行防護。

4天然氣管道河流穿越水工保護方式

按照不同的穿越方式及河流規模，主要可以選擇以下水工保護措施：第一，護坡與護底。這種水工保護方式較為常見，存在多種形式，如石籠護坡以及漿砌使護坡等。石籠護坡方式存在較大的柔性，在不均勻沉降中適應性較強，可用于軟土地基。漿砌石護坡在基礎堅硬且常年經受水體沖刷位置較為適用。為有效強化防護強度，可進行河床底部增設護底，減緩河流沖刷，降低河流下切速度。在護底材料選擇上，應選擇與護坡相同的材料。按照施工作業帶寬度，進行防護寬度的科學設置。第二，穩管措施。天然氣管道在河流穿越時，為避免管道在浮力作用下出現漂浮情況，通常可以通過防浮計算，科學制定穩管措施。可以選擇現澆混凝土配重塊的方式，也可選擇混凝土連續覆蓋層方式。因為抗沖能力存在一定限制，若河道沖刷較為劇烈，穩管措施若未埋設于穩定層中，會被水流沖動，不僅無法發揮出穩管作用，還會使管道承受一個外荷載，會影響到管道安全。穩管措施是一種永久的保護方式，若在運行環節存在故障情況，應結合實際情況進行合理選擇。第三，打樁加固。天然氣管道長期使用或埋深不足時，可以選擇打樁加固的方式，應用仙柳木樁或混凝土樁，用塊石進行樁間填充，將管道固定在樁上，達到較好的穩管效果。第四，漿砌石過水面。若河流存在較大的流速，往往河床沖刷下切較大，天然氣管道穿越河流時需要格外注意，選擇有效的方式減緩下切，漿砌石過水面屬于較好的一種方式，可以阻擋上游來水，使得河流挾沙在過水面處得到淤積，降低下切速度。也可在下游處增加消能措施，如消力齒等，從而起到減小水流對天然氣管道沖刷的效果。

5結束語

綜上所述，天然氣管道穿越河流環節，需要結合工程實際、建設規模、河流大小等，對工程等級進行劃分，同時按照水利部門有關規定，應結現有技術水平，統籌考慮施工難易程度等，科學選擇穿越方案，使天然氣管道河流穿越工程具備更高的經濟性與安全性。實際穿越環節，需要將重點放在基礎資料、管材選擇、穿越位置的選擇上，同時選擇天然氣管道河流穿越水工保護方式，提升天然氣管道河流穿越施工質量。

作者：彭方超 王晨之 單位：中機國際工程設計研究院有限責任公司華東分院

天然氣管道河流穿越方案篇2

1天然氣管道穿越工程設計原則

（1）天然氣管道穿越工程設計應遵循國家及行業、企業現行有關設計標準及規范；（2）對于大中型穿越工程，根據輸氣管道線路總體走向及自然條件確定和調整管道穿越位置，穿越工程與線路工程的應做好銜接，為確保輸氣管道和地方建設的協調發展，需協調好穿越工程與河流、鐵路、公路、城市及水利規劃的相互關系；（3）管道穿越位置的選定應符合城市、交通、河道、航道等相關部門的法規及規劃；（4）應根據水文、地質、地形、水土保持、環境、氣象、交通、施工及管理條件進行技術經濟論證確定大中型穿越工程的位置與方案[1]；（5）優化設計方案，確定合理的穿越位置及最優穿越結構型式；（6）采用先進、成熟的技術，吸收國內外新的技術成果，做到技術先進，施工簡便，經濟合理，安全適用；（7）河流大中型穿越工程的各項措施應征得河道、航道管理部門的同意，不得影響排洪疏浚和航道通行，不得損壞大堤[2]；（8）河流大中型管道穿越設計方案必須取得河流主管部門同意；（9）穿越管段位于地震基本烈度7度及7度以上地區時，應進行抗震設計。

2天然氣管道穿越位置選擇原則

（1）穿越位置選擇應與線路總走向相一致，因自然條件限制，穿越困難地段，可以根據穿越位置調整線路局部走向；（2）穿越位置應符合該水域的總體規劃要求，穿越位置、穿越方式必須報經穿越水域主管部門同意，由建設單位與該部門簽署的具有法律效能的協議；（3）穿越位置宜選在水流平緩、河面較窄、河水主流線擺動不大的順直河段上；應避開沖溝溝頭發育地段；（4）穿越位置應盡量避開災害性地質地段（如活動地震斷裂帶、滑坡、巖溶等），選擇在河段的變1天然氣管道穿越工程設計原則（1）天然氣管道穿越工程設計應遵循國家及行業、企業現行有關設計標準及規范；（2）對于大中型穿越工程，根據輸氣管道線路總體走向及自然條件確定和調整管道穿越位置，穿越工程與線路工程的應做好銜接，為確保輸氣管道和地方建設的協調發展，需協調好穿越工程與河流、鐵路、公路、城市及水利規劃的相互關系；（3）管道穿越位置的選定應符合城市、交通、河道、航道等相關部門的法規及規劃；（4）應根據水文、地質、地形、水土保持、環境、氣象、交通、施工及管理條件進行技術經濟論證確定大中型穿越工程的位置與方案[1]；（5）優化設計方案，確定合理的穿越位置及最優穿越結構型式；（6）采用先進、成熟的技術，吸收國內外新的技術成果，做到技術先進，施工簡便，經濟合理，安全適用；（7）河流大中型穿越工程的各項措施應征得河道、航道管理部門的同意，不得影響排洪疏浚和航道通行，不得損壞大堤[2]；（8）河流大中型管道穿越設計方案必須取得河流主管部門同意；（9）穿越管段位于地震基本烈度7度及7度以上地區時，應進行抗震設計。

3結論

從總體上總結了天然氣管道河流穿越方案設計步驟，穿越方案選擇原則，穿越工程設計原則，穿越位置選擇原則，穿越方式的選擇原則，分析了大開挖穿越，定向鉆，頂管穿越方案的適用條件，并結合工程實例，對穿越方案進行了比選，案例確定穿越方式為定向鉆穿越，計算了穿越管段最大回拖力。

作者：楊歐修 于麗麗 單位：中石化天然氣分公司廣西液化天然氣工程項目部

天然氣管道河流穿越方案篇3

1引言

輸氣站場作為整個天然氣管輸系統的重要節點，是保障整個輸氣系統正常運行的關鍵部分[1-3]。濱海分輸站接收上游來氣后，一部分經干線緊急關斷閥越站輸往下游的壽光分輸站，一部分經過濾分離、計量、調壓后輸往濱海門站、濰坊門站。濱海分輸站兼具返輸功能，接收壽光分輸站來氣，一部分輸往下游站場，一部分經過濾分離、計量、調壓后輸送濱海門站、濰坊門站。設計壓力8.0MPa，設計輸量為10×108m3/a。場站自動化程度高，同時涉及高壓、易燃、易爆氣體，一旦輸氣站場發生事故，都將引發極其嚴重的后果[4-5]。為保障輸氣站場安全生產、降低生產過程風險，設計一套獨立于控制系統的緊急停車系統(EmergencyShutdownDevice)是十分必要的[6-7]。當站場發生泄漏、火災等事故時，該系統能迅速啟動，切斷氣源，控制和避免事態發展[8]。

2ESD系統組成及供電方式

緊急停車系統一般簡稱ESD系統，其通常由檢測元件、邏輯控制器、執行元件、軟件及配套附件（包括電源、輸入/輸出接口、浪涌保護器等）組成[9]。輸氣場站內除了檢測工藝管段內的壓力、溫度、液位信號，還包括可燃氣體檢測、火焰檢測信號[10]。PLC軟件系統選用的為Rockwell公司的logix500軟件，硬件模塊有電源模塊、CPU模塊、通訊模塊、模擬信號I/O模塊、數字信號I/O模塊,PLC設備實現冗余配置,雙套互為備份,保證系統的穩定可靠。ESD系統中執行元件主要有，常用的執行機構有氣液聯動執行機構、氣動旋塞閥、電磁閥、風機等動力設備[11]。ESD機柜供電系統實施雙回路冗余供電[12]，當其中一路發生故障時，可以確保系統可以正常運行，對于非直接進入ESD系統內的同級負載，例如機柜內照明和散熱風扇回路實行單獨供電，確保互不干擾[13-14]。

3ESD系統邏輯控制方案

ESD緊急關斷系統根據實際工藝需求，分為三級關斷，ESD-1、ESD-2、ESD-3。當關斷啟動后，只有手動復位后才可恢復生產。以濱海站為例，重點探討該系統的邏輯控制過程，濱海站主要流程見圖1。

3.1ESD-1(一級關斷)

一級關斷為全站泄壓關斷，當站內發生爆炸、火災人工確認后等緊急情況發生時，為保證站內人員和設備安全，需要關閉天然氣分輸站生產流程及輔助流程，并對站內管存進行放空操作[15]。一級關斷的觸發條件為（以下條件為并行條件，滿足其一即可）:1.調控中心一級關斷命令,2.站場大門一級關斷按鈕,3.綜合樓門口一級關斷按鈕,4.東逃生小門一級關斷按鈕,5.南逃生小門一級關斷按鈕,6.輔操臺一級緊急關斷按鈕。當觸發條件滿足時，ESD控制系統執行一級關斷程序段，關閉進站氣液聯動閥ESDV-102、關閉下游兩用戶出站氣液聯動閥ESDV-401ESDV-402、開緊急放空閥BDV-202、BDV-303、BDV-304，當以上各項閥門動作確認完成后，自動切除動力配電箱進線電源，僅保留應急電源，工藝區聲光報警發出警報，實現泄壓關斷、站內放空。

3.2ESD-2(二級關斷)

二級關斷為站場次高級關斷，當來氣管段或下游管線爆管等緊急情況發生時，為配合干管相關工作，需要關閉天然氣分輸站生產流程及輔助流程，但所有放空閥保持關閉，站內不放空[16]。觸發條件為：1.調控中心二級緊急關斷命令，2.輔助臺二級緊急關斷按鈕。當觸發條件滿足時，ESD控制系統執行二級關斷程序段，關閉進站氣液聯動閥ESDV-102、關閉出站氣液聯動閥ESDV-401ESDV-402，工藝區聲光報警發出警報，站內保壓，不放空。

3.3ESD-3(三級關斷)

三級關斷為個別故障分輸用戶關斷，既當下游用戶故障經人工確認后，需要切斷相應出站支路[17]，觸發條件為：1.調控中心濱海門站方向三級關斷命令，2.濱海門站三級緊急關斷按鈕。當觸發條件滿足時，ESD控制系統執行三級關斷程序段，以出站一支路為例，關閉相應支路出站氣液聯動閥ESDV-401，工藝區聲光報警發出警報，實現個別用戶關閉。

3.4當出站支路壓變三選二高于設定值時

觸發分輸支路關斷（以去用戶一出站支路為例），當某一去用戶出站支路壓變三選二高于4.4Mpa時，觸發相應分輸支路關斷。觸發條件：當去用戶一出站支路壓變三選二高于4.4Mpa。圖2為三選二邏輯判斷子程序。當觸發條件滿足時，ESD控制系統執行出站壓變三選二高報程序段，關閉調壓一、二支路安全切斷閥，關閉濱海門站氣液聯動閥。

4火氣檢測進入ESD系統

在工藝裝置區、發電機房、水處理間等可能引起天然氣泄漏處設置可燃氣體探頭，檢測氣體泄漏情況并進行報警，可燃氣體探測器信號直接進入ESD系統[18-20]，以保證設備、人身及生產過程的安全可靠；在發電機房設置可燃氣體泄漏檢測，當發電機房內可燃氣體濃度達25%LEL時，啟動軸流風機，50%LEL時關斷進發電機房電磁閥，同時關閉發電機；在水處理間設置可燃氣體泄漏檢測，當水處理間內可燃氣體濃度達到25%LEL時，啟動軸流風機，關閉鍋爐進口管線的電磁閥[21]。綜合樓廚房設家用可燃氣體報警器，當可燃氣體泄漏達到一定濃度時，可燃氣體報警器報警，并同時關斷電磁閥，切斷氣源，確保用氣的安全。當發生火災報警時，系統會切除配電箱AP進線電源，停發電機，停進氣管道上的電動關斷閥，切斷水處理間電動關斷閥；工藝區可燃氣體檢測探頭濃度多選二大于50%，可燃氣體報警儀發出警報。

5結束語

本文以某省級管網典型場站為例，重點探討了該系統的邏輯控制方案。根據實際工藝需求，分為三級關斷，在工藝裝置區、發電機房、水處理間等可能引起天然氣泄漏處設置可燃氣體探頭，檢測氣體泄漏情況并進行報警，可燃氣體探測器信號直接進入ESD系統，以保證設備、人身及生產過程的安全可靠。

作者：劉加濱 張保存 單位：山東省天然氣管道有限責任公司 山東省國實管道天然氣有限公司