天然气管道河流穿越方案3篇

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天然气管道河流穿越方案篇1

随着天然气资源不断开发和利用，我国已建成大量天然气长输管道。现阶段，我国为提升国际能源输入安全性，建成了许多大型跨国天然气输送工程。这些大型输气管道工程往往会穿越大小不一的河流，为保障天然气管道的运行可靠性与安全性，需要重点做好管道河流穿越方案设计，减少天然气管道河流穿越风险。本文对天然气管道河流穿越方案的设计进行分析，具备较强的现实性意义。

1天然气管道河流穿越方案设计原则

对于天然气管道穿越河流设计而言，存在较多的河流穿越方案，具体设计环节，应选择科学、合理的穿越方式，从而获得较好的穿越效果。选择穿越方式时，需要对以下内容进行重点考虑：第一，穿越方案设计过程中，应对河水流速、河流堤岸、宽度、流量等进行综合考虑，同时还需要与工程地质条件、水文条件与河流形状等情况结合，基于实际设计要求，可以选择非开挖方式；第二，对于定向穿越方式而言，具备较多的优点，如施工成本低、施工进度快，不会对河床产生较大的破坏，如果工程地质条件允许，可首选定向穿越方式；第三，若不满足定向穿越条件，应全面考虑大中型河流实际情况，对比分析施工成本等因素，可选择顶管穿越、盾构穿越以及隧道穿越等方式；第四，若河流较小，可选择小型定向钻、开挖等穿越方式。选择穿越方案时，需要考虑经济技术可行性。

2天然气管道穿越方式

2.1大开挖穿越

这种方式属于较为成熟的一种穿越方式，现阶段已经被广泛应用于天然气管道河流穿越设计及施工中，该穿越方式施工时，不会受地形及地质的影响，适用于水深较浅、水流较小的河流。同时，季节性河流也可使用大开挖穿越方案。小型河流穿越时，应在枯水季节开展施工操作，施工方案应报水利部门批准同意后，方可实施后续工作，如测量放线、管道预制、管沟开挖、土壤回填等。对于长年流水的河流，应做好围堰、导流渠设置工作，以达到较好的排水效果，两侧堤坝上，可将土装到编织袋中进行边坡修筑，将农用薄膜作为防渗层，保证河流充水后，不会发生渗漏情况；如果有护坡要求，需要根据施工规范开展护坡工作，按照现场实际情况确定护坡长度。对于大开挖穿越管段设计埋深而言，应使其处于冲刷线之下，避免出现浮管和位移情况；选择稳管措施时，要保证管道防腐涂层不会受到稳管配重物的损伤。大开挖穿越方式主要具备以下优点：第一，大开挖穿越方式施工较为简单，技术较为成熟，已经被广泛应用于设计施工中。第二，成本较低，能够在短时间内，利用较少的人力与施工机械即可完成河流穿越。第三，该穿越方式不会受到河流附近地形地貌的影响，即便在穿越难度较大的地段，也能够取得较好的应用效果。

2.2顶管穿越

该穿越方式属于短距离管道穿越技术，以往施工过程中，主要是以人工开挖的方式进行相应工作，随着施工技术不断进步，结合不同的土层环境，又出现了泥水平衡方法以及土压力平衡方法，利用顶管技术可使穿越距离能够超过一千米。顶管施工前期，需要与政府部门进行详细沟通，还应做好材料、人员、设备准备及施工放线等工作；完成准备工作后，需要在预定位置两侧，进行接收坑以及工作坑的设置，其中接收坑无需设置混凝土支护墙，但是在开挖环节应根据土质情况进行放坡。在工作坑的设置上，需要将其设置在地面高程较低的一侧，混凝土支护墙应边挖边浇筑；作业坑建成后，应将顶管所需设备设置在作业坑内，开始顶进时，水泥套管应尽量保持缓慢顶进，待各接触部位紧密结合后，顶进工作应保持正常顶进速度进行；完成顶管工作后，应对水泥套管内污物与残土进行清理，随后吊装管道下沟，并进行土壤回填。这种穿越方式的优点包括：第一，顶管施工不用进行明挖土方操作，不会对地面产生较大影响，不会破坏到当地环境，不会对周边交通及居民生活产生影响，也不会破坏周边建筑基础，且无噪音、无污染。第二，能够有效减少开挖施工地下作业工程量，不会涉及到地下水作业，涉及设备较少，工序较为简单，能够获得较快的施工进度，可有效缩短工期，同时施工成本较低，作业面较小。第三，对于开挖施工难度大的情况，这种方式能够有效提升管线施工质量，同时可以保证管线设计的合理性与经济性。

2.3定向钻穿越

定向钻穿越技术属于一项系统工程，会涉及到较多技术与学科，现阶段已经被广泛应用于国内管道穿越施工过程中。定向钻施工时需要经历以下施工步骤：第一步，在水平定向钻机的应用下[1]，根据人工磁场与穿越曲线钻导向孔，结合钻头反射回来的信息，对实际方向进行修正；第二步，钻出的导向孔通常应小于回拖管道的直径，为使获得的孔径满足工作实际需要，需要通过扩孔器进行回拉扩孔。若孔的直径较大，应实施多次扩孔钻进，逐渐扩大钻孔直径，直至达到尺寸要求；第三步，导向孔实施扩孔达到回拖要求后，依次接好各个管段，边扩孔边进行管线回拖，最终完成管道穿越。

2.4隧道穿越

隧道穿越河流，主要有两种穿越方式，一是钻爆法穿越，二是盾构法穿越，其中前者主要是通过人工钻眼爆破的方式，这种方式适合在地层厚度大、不易渗水的地区。不过这种施工方式存在一定不足，施工时会受到地层出水的影响，如果出水严重，很容易会导致施工失败，因此，施工时需要做好有效的防水措施。对于盾构法穿越而言，主要是通过盾构机实施隧道穿越，完成盾构机推进作业后，在尾部拼装一环衬砌，随后进行注水泥浆固定，该方法目前应用面较广。

3管道穿越河流方案的确定

天然气管道施工中，河流穿越属于一项难点内容，设计工作开展前，应对管道输气要求进行全面考虑，了解输送工艺参数及物质资料，若穿越工程中发生事故问题，会对周围环境产生严重影响，所以，天然气管道河流穿越设计环节，应合理确定管道材料、使用年限，科学设计管道安全系数等，最终形成适用性较强的设计方案。

3.1基础资料

穿越方案设计前，设计单位应获得准确、全面的工程地形、地质及水文资料，在此基础上，使穿越设计更加科学、合理。最大程度上降低这些因素对施工难度、施工安全及管道运行的不良影响。水文资料中需要包括各项重要指标，如枯水期流量及流速、设计洪水流量、多年平均水位、河道平面变迁等，还应对工程区域断面图及平面地形等进行详细了解。

3.2管材选择

相关规范中在管材设计系数及许用应力上提出了相关规定，主要根据以下公式进行许用应力计算。施工过程中，不同施工方法下，管道施工荷载也存在较大不同。河底管沟开挖施工方法下，不存在附加荷载，不贵定向钻机以及河底穿越上，管道会承受较大外壁摩擦力以及牵引力等。定向钻穿越环节，管道可以承受的抗拉力通常会大于摩擦力，摩擦力计算公式为：Fy=Wf，其中，W表示的是管道表面的总载荷，f表示的是摩擦系数乘积。

3.3合理的穿越位置

在管道穿越位置上，应选择坡岸稳定、河道较直以及水流平缓处，防止弯道处容易发生旁蚀，产生凹岸冲刷，会对管道安全产生较大影响。当埋设穿越段受到洪水或激流冲刷裸露，会出现断裂情况，因此不可在常水位范围内进行设施的架设，若条件不满足，需要进行相应计算，选择有效的手段进行防护。

4天然气管道河流穿越水工保护方式

按照不同的穿越方式及河流规模，主要可以选择以下水工保护措施：第一，护坡与护底。这种水工保护方式较为常见，存在多种形式，如石笼护坡以及浆砌使护坡等。石笼护坡方式存在较大的柔性，在不均匀沉降中适应性较强，可用于软土地基。浆砌石护坡在基础坚硬且常年经受水体冲刷位置较为适用。为有效强化防护强度，可进行河床底部增设护底，减缓河流冲刷，降低河流下切速度。在护底材料选择上，应选择与护坡相同的材料。按照施工作业带宽度，进行防护宽度的科学设置。第二，稳管措施。天然气管道在河流穿越时，为避免管道在浮力作用下出现漂浮情况，通常可以通过防浮计算，科学制定稳管措施。可以选择现浇混凝土配重块的方式，也可选择混凝土连续覆盖层方式。因为抗冲能力存在一定限制，若河道冲刷较为剧烈，稳管措施若未埋设于稳定层中，会被水流冲动，不仅无法发挥出稳管作用，还会使管道承受一个外荷载，会影响到管道安全。稳管措施是一种永久的保护方式，若在运行环节存在故障情况，应结合实际情况进行合理选择。第三，打桩加固。天然气管道长期使用或埋深不足时，可以选择打桩加固的方式，应用仙柳木桩或混凝土桩，用块石进行桩间填充，将管道固定在桩上，达到较好的稳管效果。第四，浆砌石过水面。若河流存在较大的流速，往往河床冲刷下切较大，天然气管道穿越河流时需要格外注意，选择有效的方式减缓下切，浆砌石过水面属于较好的一种方式，可以阻挡上游来水，使得河流挟沙在过水面处得到淤积，降低下切速度。也可在下游处增加消能措施，如消力齿等，从而起到减小水流对天然气管道冲刷的效果。

5结束语

综上所述，天然气管道穿越河流环节，需要结合工程实际、建设规模、河流大小等，对工程等级进行划分，同时按照水利部门有关规定，应结现有技术水平，统筹考虑施工难易程度等，科学选择穿越方案，使天然气管道河流穿越工程具备更高的经济性与安全性。实际穿越环节，需要将重点放在基础资料、管材选择、穿越位置的选择上，同时选择天然气管道河流穿越水工保护方式，提升天然气管道河流穿越施工质量。

作者：彭方超 王晨之 单位：中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院

天然气管道河流穿越方案篇2

1天然气管道穿越工程设计原则

（1）天然气管道穿越工程设计应遵循国家及行业、企业现行有关设计标准及规范；（2）对于大中型穿越工程，根据输气管道线路总体走向及自然条件确定和调整管道穿越位置，穿越工程与线路工程的应做好衔接，为确保输气管道和地方建设的协调发展，需协调好穿越工程与河流、铁路、公路、城市及水利规划的相互关系；（3）管道穿越位置的选定应符合城市、交通、河道、航道等相关部门的法规及规划；（4）应根据水文、地质、地形、水土保持、环境、气象、交通、施工及管理条件进行技术经济论证确定大中型穿越工程的位置与方案[1]；（5）优化设计方案，确定合理的穿越位置及最优穿越结构型式；（6）采用先进、成熟的技术，吸收国内外新的技术成果，做到技术先进，施工简便，经济合理，安全适用；（7）河流大中型穿越工程的各项措施应征得河道、航道管理部门的同意，不得影响排洪疏浚和航道通行，不得损坏大堤[2]；（8）河流大中型管道穿越设计方案必须取得河流主管部门同意；（9）穿越管段位于地震基本烈度7度及7度以上地区时，应进行抗震设计。

2天然气管道穿越位置选择原则

（1）穿越位置选择应与线路总走向相一致，因自然条件限制，穿越困难地段，可以根据穿越位置调整线路局部走向；（2）穿越位置应符合该水域的总体规划要求，穿越位置、穿越方式必须报经穿越水域主管部门同意，由建设单位与该部门签署的具有法律效能的协议；（3）穿越位置宜选在水流平缓、河面较窄、河水主流线摆动不大的顺直河段上；应避开冲沟沟头发育地段；（4）穿越位置应尽量避开灾害性地质地段（如活动地震断裂带、滑坡、岩溶等），选择在河段的变1天然气管道穿越工程设计原则（1）天然气管道穿越工程设计应遵循国家及行业、企业现行有关设计标准及规范；（2）对于大中型穿越工程，根据输气管道线路总体走向及自然条件确定和调整管道穿越位置，穿越工程与线路工程的应做好衔接，为确保输气管道和地方建设的协调发展，需协调好穿越工程与河流、铁路、公路、城市及水利规划的相互关系；（3）管道穿越位置的选定应符合城市、交通、河道、航道等相关部门的法规及规划；（4）应根据水文、地质、地形、水土保持、环境、气象、交通、施工及管理条件进行技术经济论证确定大中型穿越工程的位置与方案[1]；（5）优化设计方案，确定合理的穿越位置及最优穿越结构型式；（6）采用先进、成熟的技术，吸收国内外新的技术成果，做到技术先进，施工简便，经济合理，安全适用；（7）河流大中型穿越工程的各项措施应征得河道、航道管理部门的同意，不得影响排洪疏浚和航道通行，不得损坏大堤[2]；（8）河流大中型管道穿越设计方案必须取得河流主管部门同意；（9）穿越管段位于地震基本烈度7度及7度以上地区时，应进行抗震设计。

3结论

从总体上总结了天然气管道河流穿越方案设计步骤，穿越方案选择原则，穿越工程设计原则，穿越位置选择原则，穿越方式的选择原则，分析了大开挖穿越，定向钻，顶管穿越方案的适用条件，并结合工程实例，对穿越方案进行了比选，案例确定穿越方式为定向钻穿越，计算了穿越管段最大回拖力。

作者：杨欧修 于丽丽 单位：中石化天然气分公司广西液化天然气工程项目部

天然气管道河流穿越方案篇3

1引言

输气站场作为整个天然气管输系统的重要节点，是保障整个输气系统正常运行的关键部分[1-3]。滨海分输站接收上游来气后，一部分经干线紧急关断阀越站输往下游的寿光分输站，一部分经过滤分离、计量、调压后输往滨海门站、潍坊门站。滨海分输站兼具返输功能，接收寿光分输站来气，一部分输往下游站场，一部分经过滤分离、计量、调压后输送滨海门站、潍坊门站。设计压力8.0MPa，设计输量为10×108m3/a。场站自动化程度高，同时涉及高压、易燃、易爆气体，一旦输气站场发生事故，都将引发极其严重的后果[4-5]。为保障输气站场安全生产、降低生产过程风险，设计一套独立于控制系统的紧急停车系统(EmergencyShutdownDevice)是十分必要的[6-7]。当站场发生泄漏、火灾等事故时，该系统能迅速启动，切断气源，控制和避免事态发展[8]。

2ESD系统组成及供电方式

紧急停车系统一般简称ESD系统，其通常由检测元件、逻辑控制器、执行元件、软件及配套附件（包括电源、输入/输出接口、浪涌保护器等）组成[9]。输气场站内除了检测工艺管段内的压力、温度、液位信号，还包括可燃气体检测、火焰检测信号[10]。PLC软件系统选用的为Rockwell公司的logix500软件，硬件模块有电源模块、CPU模块、通讯模块、模拟信号I/O模块、数字信号I/O模块,PLC设备实现冗余配置,双套互为备份,保证系统的稳定可靠。ESD系统中执行元件主要有，常用的执行机构有气液联动执行机构、气动旋塞阀、电磁阀、风机等动力设备[11]。ESD机柜供电系统实施双回路冗余供电[12]，当其中一路发生故障时，可以确保系统可以正常运行，对于非直接进入ESD系统内的同级负载，例如机柜内照明和散热风扇回路实行单独供电，确保互不干扰[13-14]。

3ESD系统逻辑控制方案

ESD紧急关断系统根据实际工艺需求，分为三级关断，ESD-1、ESD-2、ESD-3。当关断启动后，只有手动复位后才可恢复生产。以滨海站为例，重点探讨该系统的逻辑控制过程，滨海站主要流程见图1。

3.1ESD-1(一级关断)

一级关断为全站泄压关断，当站内发生爆炸、火灾人工确认后等紧急情况发生时，为保证站内人员和设备安全，需要关闭天然气分输站生产流程及辅助流程，并对站内管存进行放空操作[15]。一级关断的触发条件为（以下条件为并行条件，满足其一即可）:1.调控中心一级关断命令,2.站场大门一级关断按钮,3.综合楼门口一级关断按钮,4.东逃生小门一级关断按钮,5.南逃生小门一级关断按钮,6.辅操台一级紧急关断按钮。当触发条件满足时，ESD控制系统执行一级关断程序段，关闭进站气液联动阀ESDV-102、关闭下游两用户出站气液联动阀ESDV-401ESDV-402、开紧急放空阀BDV-202、BDV-303、BDV-304，当以上各项阀门动作确认完成后，自动切除动力配电箱进线电源，仅保留应急电源，工艺区声光报警发出警报，实现泄压关断、站内放空。

3.2ESD-2(二级关断)

二级关断为站场次高级关断，当来气管段或下游管线爆管等紧急情况发生时，为配合干管相关工作，需要关闭天然气分输站生产流程及辅助流程，但所有放空阀保持关闭，站内不放空[16]。触发条件为：1.调控中心二级紧急关断命令，2.辅助台二级紧急关断按钮。当触发条件满足时，ESD控制系统执行二级关断程序段，关闭进站气液联动阀ESDV-102、关闭出站气液联动阀ESDV-401ESDV-402，工艺区声光报警发出警报，站内保压，不放空。

3.3ESD-3(三级关断)

三级关断为个别故障分输用户关断，既当下游用户故障经人工确认后，需要切断相应出站支路[17]，触发条件为：1.调控中心滨海门站方向三级关断命令，2.滨海门站三级紧急关断按钮。当触发条件满足时，ESD控制系统执行三级关断程序段，以出站一支路为例，关闭相应支路出站气液联动阀ESDV-401，工艺区声光报警发出警报，实现个别用户关闭。

3.4当出站支路压变三选二高于设定值时

触发分输支路关断（以去用户一出站支路为例），当某一去用户出站支路压变三选二高于4.4Mpa时，触发相应分输支路关断。触发条件：当去用户一出站支路压变三选二高于4.4Mpa。图2为三选二逻辑判断子程序。当触发条件满足时，ESD控制系统执行出站压变三选二高报程序段，关闭调压一、二支路安全切断阀，关闭滨海门站气液联动阀。

4火气检测进入ESD系统

在工艺装置区、发电机房、水处理间等可能引起天然气泄漏处设置可燃气体探头，检测气体泄漏情况并进行报警，可燃气体探测器信号直接进入ESD系统[18-20]，以保证设备、人身及生产过程的安全可靠；在发电机房设置可燃气体泄漏检测，当发电机房内可燃气体浓度达25%LEL时，启动轴流风机，50%LEL时关断进发电机房电磁阀，同时关闭发电机；在水处理间设置可燃气体泄漏检测，当水处理间内可燃气体浓度达到25%LEL时，启动轴流风机，关闭锅炉进口管线的电磁阀[21]。综合楼厨房设家用可燃气体报警器，当可燃气体泄漏达到一定浓度时，可燃气体报警器报警，并同时关断电磁阀，切断气源，确保用气的安全。当发生火灾报警时，系统会切除配电箱AP进线电源，停发电机，停进气管道上的电动关断阀，切断水处理间电动关断阀；工艺区可燃气体检测探头浓度多选二大于50%，可燃气体报警仪发出警报。

5结束语

本文以某省级管网典型场站为例，重点探讨了该系统的逻辑控制方案。根据实际工艺需求，分为三级关断，在工艺装置区、发电机房、水处理间等可能引起天然气泄漏处设置可燃气体探头，检测气体泄漏情况并进行报警，可燃气体探测器信号直接进入ESD系统，以保证设备、人身及生产过程的安全可靠。

作者：刘加滨 张保存 单位：山东省天然气管道有限责任公司 山东省国实管道天然气有限公司