油气长输管道工程设计新方法

【摘要】几年来，国家不断推进东西部地区的资源调配，建立了西气东输等工程。西部地区的油气输送工程需要大量的油气管道基础设施，其中的长输管道需求量最大。而且油气长输管道需要高质量、低成本，既要满足经济效益又要具有一定的生态效益，多元需求推进油气管道的设计方法不断更新升级，出现了近年来应用十分广泛的几种方法。本文就油气长输管道的设计的几种新方法进行了分析。

【关键词】油气管道 设计方法

近年来，油气长输管道出现的一些设计新方法着重对油气管道的缺陷避免进行了调整。油气长输管道的材料、制作工艺、设计原理等方面的新尝试都是为了延长管道的使用寿命。油气管道在施工阶段会不可避免的遭受各种损伤，最常见的便是环境损伤、超负荷损伤及偶然损伤等。现在长用的管道设计方法包括基于缺陷评估的设计方法、基于应变的设计方法及全寿命设计方法三种。笔者在本文中对这三种设计方法及其各自的内容、分析步骤进行了介绍。

1 油气管道新设计方法与传统方法的对比

近年来，我国的油气管道设计与使用取得了明显的成就，尤其是管道的运输工艺运用、管道的自动化水平、管道施工技术方面。我国现已投入使用的油气管道都标志着管道技术水平的提高，尤其是管道设计方法方面。相较于传统的管道设计方法，新的管道设计中有了一些新特点。

首先相较于传统的管道设计，新管道设计中更加注重管道的灵活性，管道设计中的技术元素不断增加。油气长输管道具有路线长、跨度大的特点，管道的分布区域内不可避免的经过多样的地质层，面临多样的环境变化，这就会增加尤其长输管道的受损几率。传统的油气管道设计不注重管道间的接口设计，而且管道调度灵活度低，就更加影响了管道的安全性。新的油气管道设计中给予管道的缺陷与应变灵活性着重进行了改进，管道设计中最大程度上降低管道遭受的损害，保证管道的运输及安全水平。

新管道设计中加入了管道使用寿命的全面的评估技术。传统的管道设计中并未将管道的使用寿命作为重要的考虑因素，而且传统设计方法中也为对管道的技术诊断进行补充规定，以致在管道的寿命延长及评估方面并未有相应的方法演绎。新的管道工程设计中则侧重包含了管道全寿命的改进设计。油气长输管道要具有经济性、安全性、适应性等，要保证管道的经济成本低，需要尽量延长管道的使用寿命，并进行全过程的寿命评估。新的管道设计方法中对管道寿命的适时关注改进了传统管道设计的不足之处。

2 基于缺陷评估的设计方法分析

基于缺陷评估的管道设计方法主要就影响管道安全的腐蚀与裂缝进行了缺陷评估。因此，缺陷评估设计方法又根据缺陷的分类分为裂纹缺陷评估与腐蚀缺陷评估两种。缺陷评估设计方法实际上就是基于延长管道寿命预防评估原理的设计方法。

2.1 基于腐蚀缺陷评估的设计方法

腐蚀缺陷评估法首先要利用模型进行管道的厚度确定。油气管道在使用中会随着时间的转移而发生腐蚀，在腐蚀缺陷评估设计中要先建立符合条件的管道模型，并创造一定的腐蚀环境。一般而言，油气管道在运输状况下遭受腐蚀其管壁会变薄。腐蚀缺陷评估设计中要利用API或ASMEB31G确定最小厚度。该评估设计方法的操作具体步骤包括：第一步：采用传统的实验方法确定初始尺寸，并在模型中施加一定的管道负载，以便进行强度分析；第二步：进行管道的裂纹缺陷设计，制定管道的检测周期及裂纹接受尺寸等；第三步进行腐蚀缺陷评估设计，确定管道的防腐措施制定；第四步：结构动力试验数据进行管道初始设计的修改。

2.2 基于裂纹缺陷评估的设计方法

相较于腐蚀缺陷设计，裂纹缺陷评估设计方法步骤较为复杂。管道的裂纹评估首先要了解管道材料的裂纹情况，还要考虑到管道在安装环节的裂纹情况，其次是管道使用负载下的裂纹产生。裂纹缺陷评估设计先要确定管道的初始裂纹，所谓初始裂纹是指进行管道寿命计算前管道出现的原始裂纹的尺寸，并在裂纹之处进行取样；裂纹缺陷评估法还要进行临界裂纹的确定，临界裂纹指模型施加强力负载的情况下管道上出现的未形成泄漏的最大裂纹；第三部是模型的剩余强度分析，所谓剩余强度是指裂纹样品管道在强力施加下能承受的静强度，剩余强度分析主要是为了在实验中得到一定强度下管道裂纹的变化规律，进而确定裂纹寿命；最后是寿命分析环节，参照裂纹的初始尺寸与临界尺寸进行裂纹使用中的变化速度，进而设计管道的寿命。

3 基于应变的设计方法分析

应变设计方法中要参照地质资料假设应变设计，后再预置管道材料的应力比及管道的塑性变形延伸等数值，数值假定与预置完毕之后进行模型试验并分析管道的应变，在具体的分析中采用分条件假设的方式进而得出相关的数据进行管道的应变设计。该方法的关键因素是试验管道在地震等地质灾害中的应变及其承受的应变极限。

基于应变的设计方法当前还未有设计相关规范，只是对长输管道及其中的管道刚有一定的规格要求。例如管道标准多是CSAZ及ASME系列的标准；而管道钢还有相应的AS系列。基于应变的设计方法中还包括相应的应变预防措施规范，比如管道安装尽量避开地质位移较频繁的地质条件等。

4 全寿命设计方法

全寿命设计方法主要是借助实验找出管道的最优外界影响环境，设计方法围绕管道寿命课题着重考虑管道的结构、材料、环保、管护等的综合设计。全寿命设计法主要包括使用寿命设计、性能设计、环境生态设计、施工过程的控制设计、管道环境监测及全寿命成本设计等。

全寿命设计主要分为三个阶段，即管道施工可行性研究、初步设计阶段及施工图设计阶段，其中的每一阶段都以实现工程全寿命周期质量为目标。其中的施工可行性研究主要是确定管道功能与设计寿命，并对管道环境的影响进行分析；初步设计阶段主要确定管道工程方案，控制寿命成本；而施工图设计阶段是根据初步设计阶段的设计图进行管道的全寿命设计，全寿命设计先调查工程环境，后再行设计管道的性能及施工方案。

5 结语

油气长输管道工程的设计主要坚持经济、科学、规范的原则，新的设计方法中更加着重油气管道的缺陷方面、应变性及管道的寿命的探究，使管道设计更加科学合理。

参考文献

[1] 魏东吼，郑贤斌.油气长输管道工程设计新方法述评[J].石油工程建设，2011（13）