长输油气集输管道的设计分析

摘 要：石油是工业的血液，作为工业大国，我国对石油的依赖性越来越强，消耗量越来越大，石油运输工程量随之增加，油田设备的安全和集输管道建设作为石油供应的安全保障也逐渐被重视起来。随着经济的持续快速发展和能源市场需求的显著增长，我国油气管道建设增速迅猛。如何对管道进行合理、优化的设计施工，是保障长输油气管道能够平稳运行的关键。本文就如何优化长输油气管道的设计进行了深入的探讨。

关键词：油气长输管道；优化设计；经济运行

集输管道包括从单个油（气）井到油（气）处理厂（或处理装置）的出油（气）管道，以及从处理厂到油（气）库或长输管道首站的集油（气）管道，在我国油气集输管道均由油田管理。集输管道的特点是口径小，压力低，管材多采用钢管，近年来在国外各种规格的塑料管已有一定的应用。

1 管道设计线路选择的原则

选线是管道设计中的一项重要的工作，对整个管道工程的施工都有很大的影响。应遵守以下的原则：①线路选择应满足输油管道施工、安全、维护和管理的要求，进行多方案的调查、分析比选，确定最优线路；②通过山谷、公路、铁路、江河、湖泊、居民区的大型穿越工程要尽可能少，如果一定需要，则选那些工程量小，技术上又安全，施工方便的地点；③尽可能避开不良地质条件地段、强地震区和影响其它矿藏开采的地区；④综合考虑通过地区的规划和开发需要，考虑与相关工程和后续工程的关系；⑤尽量不经过低洼易积水地带、盐碱地及其他对管道有腐蚀的地区；⑥注意生态平衡、三废治理和环境保护。

2 管道设计的技术分析

油气集输管道由于受温度、压力、介质性质的影响，运行中火灾、爆炸的危险性比较大，因此，在管道设计过程中必须注意以下几个问题：①确定外输能力：输油、输气能力的设定，应根据输油、输气量及已掌握的其他相关条件、信息、资料等，合理选配管径，使管道投产以后能够具有最大安全、经济、合理的外输能力；②输送工艺：在确定外输能力的同时，必须一同确定管道的输送工艺、输送方式、输送压力、输送温度等参数以及加压、加热站的布置与设备的选用；③设计中确定输送工艺参数，必须在满足管道输送工艺要求及经济的前提下，保证能够安全运行的原则。比如在输送原油过程中的加热问题，如果输送原油的平均温度过高，会加大管道热量的散失，增加燃料的消耗。温度过低，则过分增加了设备的动力消耗，并对设备的安全运行也容易造成一定的影响。在设计原油输送管道时，安全输油的温度控制范围一般选择在：最高温度不宜超过原油初馏点以下10℃，最低温度不低于原油凝固点以上3℃。压力也不应过低或过高，过低达不到工艺要求，影响正常输油，而且因为压力过低降低了原油的流动速度，增加了热量损耗。压力过高则有可能引起管道超压，影响安全生产。

3 管道的敷设

管道的敷设方式有三种：埋地敷设、架空敷设和沿地表面敷设。一般情况下，集输管道采用埋地敷设。但是在人迹稀少，土石方量大、途经不易开沟的石山或因工程地质条件及其它特殊原因的地方时，就要采用架空或沿地表面敷设。

3.1 埋地敷设

优点：由于管线埋于地下，人为破坏的因素少；管道一旦发生泄漏，对周围的环境印象较小；由于埋于地下，环境的温度变化小，管道不会受热应力的影响而破坏。

敷设要求：敷设是考虑气温、低温以及工程地质条件等因素，保证管道及防护层不受损害，一般管顶至地面的最小距离应为：水田0.8m，旱地0.7m，岩石荒坡为0.5m。管沟的宽度可由下面的公式确定：B=D+K（式1）；其中B-沟底宽度，m；D-管道外径，m；K-沟底加宽裕量。

3.2 架空敷设

架空敷设按照架设的高度分为高架和低架两类，按照管架结构的特点，管架有刚性、柔性和半绞接之分。在架设管线时，根据管线的具体情况，确定管架的间距、固定点的布置及管架的型式。对于管线允许的跨度，取决于管材的强度、截面刚度、载荷大小以及管线敷设的坡度和允许的最大挠度。在估算管架数量和不需要精确计算管线跨度的场合，可用L=D+4进行跨度估计，式中L为管线跨度，m；D为管子公称直径，in（25.4mm）。

3.3 沿地表敷设

沿地表敷设可分为裸管敷设和土堤敷设。裸管敷设容易遭到人为因素的破坏，因此并不常用。土堤敷设需根据所在地段的地形地貌、自然环境、气候条件及工程地质和水文地质，确定其覆土厚度、土堤边坡坡度，采用防止土堤滑动及可能损坏的措施，土堤埋设管道的覆土厚度一般不宜小于0.6m，土堤顶部宽度应大于2D，且不宜小于0.5m。

3.4 敷设管线的热补偿

架空敷设、地表敷设和埋地管线都会受热应力的影响，在设计时应考虑人工或自然的补偿，避免热应力对管线带来的危害。热应力的计算：当管线受温度变化发生热胀冷缩且受到外界的约束时，管线内便产生热应力。热应力的大小与管线的截面积和长度无关，仅与管材的性质、温度及约束条件有关。热应力可用下式计算F热=α·△t·E （式2）；式中：α-钢材的线膨胀系数；△t-管线工作温度与安装温度之差；E-管材弹性模数。

4 结束语

经济快速发展，我国对石油的依赖性越來越强，石油能源的稳定供应成为了国家安全的重要工作内容，油田设备的安装和集输管道施工是石油工业的基础性工程，保证油田设备以及集输管道的安装质量，是减少石油泄漏，减少开采浪费，降低石油成本的有效措施。

参考文献：

[1]刘焕宇.油气集输管线三维路径规划研究[D].青岛：中国石油大学（华东），2015.