中美俄长输管道设计标准关键问题探讨

为提高管道设计的科学性,维护中方利益,研究了中国标准、美国标准和俄罗斯标准在包括管材、地区等级划分、设计系数、壁厚计算和压力试验方面的重要技术差异。研究结论是:管材质量等级选型中国标准严于美国标准,俄罗斯标准管材抗拉强度性能最高;中国标准和美国标准按照管道沿线户数划分地区等级,俄罗斯标准按照管段位置风险等级和输送介质类型划分地区等级;中国标准和美国标准一级地区采用强度设计系数为0.8,其物理意义不完全等同俄罗斯标准的工作条件系数;俄罗斯标准的壁厚计算值高于中国标准和美国标准;俄罗斯标准禁止气体试压且稳压时间达到12 h。中国标准在高强度水压试验方面,与美国标准和俄罗斯标准存在差距。研究成果可为国内海外新建管道工程设计和降低投资成本提供依据。     

中国和俄罗斯管道壁厚计算方法差异研究

随着我国长输管道跨越式发展,中亚和俄罗斯成为海外油气战略重点地区。由于中俄标准技术水平差异,可能造成管道投资增加的问题。应通过中国和俄罗斯管道设计标准的差异性研究加以解决,特别是管道壁厚计算方法的差异性。中俄管道设计标准分别基于管道屈服强度和抗拉强度计算壁厚,俄罗斯标准能够反映X65钢及以上高钢级钢管材料特性的变化规律,考虑因素更全面,但壁厚计算值略大,二者差值在1.67~3.8 mm之间。中俄管道设计标准的应用建议是:钢管等级高于X65时,宜按照俄罗斯标准计算管道壁厚,以保证管道安全性,按照中国标准应考虑安全裕量;钢管等级低于X65时,宜按照中国标准计算管道壁厚,以节省管道投资成本。     

中加长输管道工艺设计标准对标分析

近年来中国长输管道实现跨越式发展，与此同时管道标准系统性、先进性以及对安全运行的支撑作用成为研究热点。加拿大是油气管道行业发达国家，在长输管道设计建设、安全运营以及法规标准方面有借鉴价值。分别从地区等级、设计压力/温度、应力载荷、壁厚计算和截断阀室等方面，开展中国与加拿大管道标准对标分析。加拿大管道标准先进性表现在规划发展区按照较高地区等级设计维护、附加载荷应力示例因素、输气管道温度设计原则、较高管道设计系数和阀室间距调整等。加拿大长输管道设计标准的先进理念有助于提高中国长输管道设计建设和运行管理水平。     

基于可靠性的油气管道设计系数研究

以往的油气管道强度设计中,设计系数的确定常常以经验为依据,比较保守。国内外大多数研究均是从理论上论证了提高油气管道设计系数的可行性,并没有给出基于可靠性的设计系数的计算方法。将应力-强度干涉理论引入油气管道设计系数的研究中,以西气东输一线及二线为例,定量计算了0.72和0.8两种设计系数下无缺陷管道和含体积型缺陷管道的可靠度,并提出了切实可行的措施,为油气管道降低壁厚,提高输送压力,节约管道成本提供了理论支持。     

国标和美标中油气管道壁厚计算的对比研究

介绍了中国油气管道设计标准(简称国标)和美国标准(简称美标)中对油气集输和长输管道壁厚的计算规定,国标和美标在管道类别的划分上差别较大:国标分为集输和长输两类管道,而美标分为站内和站外两类管道。探讨了两种标准体系之间在计算方法、地区等级划分原则、负偏差规定和腐蚀裕量选取方面的差别,两者在计算方法上基本接近,但是,由于负偏差原则,导致集输管道美标计算结果偏大。同时,两者在输气管道地区等级的划分原则上也有一些差异,而且国标专门规定了高含硫气体集输管道设计系数的选取方法,并以集输管道为例,对计算结果的影响进行了说明。阐述了管道壁厚值常用的3种表达方式,对如何选取壁厚及公称壁厚的使用原则进行了说明,并辅以计算实例。     

前苏联大型管道标准在南约洛坦天然气外输工程中的应用

土库曼斯坦国家输气管道的管径为1 420 mm且油气工程建设标准大部分依然沿用前苏联的标准。为此,从管道强度计算、阀室设置、公路和铁路穿越3方面讨论了前苏联标准СНиП 2.05.06-85《大型管道》在中国石油天然气集团公司南约洛坦天然气外输工程的应用,并比较了该标准与中国标准GB 50251-2003《输气管道工程设计规范》在壁厚选择、阀室设置方面的主要差异,得出以下工程建议：①管道壁厚计算取用两个标准强度计算值中的保守值,使管道壁厚既能满足中外规范的要求,又能保证管道安全;②阀室设置按照СНиП 2.05.06-85《大型管道》来进行,符合管道沿线的实际情况;③管道穿越铁路和公路按照СНиП 2.05.06-85《大型管道》执行,符合土库曼斯坦国家习惯性的穿越做法,有利于本工程的设计审查通过与建设;④在使用СНиП 2.05.06-85《大型管道》进行管道强度计算时,内压超载系数的选取很重要,对于计算结果有较大影响;⑤若工程采用俄罗斯标准制造的钢管,其屈服强度可能与API 5L标准有区别,可根据实际钢材的屈服强度进行计算并校核;⑥管型选择与焊缝工艺均对壁厚产生影响;⑦《大型管道》中管段等级与中国相关标准规定的地区等级正好相反,应予以注意。     

国内天然气管道强度设计系数的评估研究

采用管道单一强度设计系数方法无法科学地反映管材性能、管道施工和管道运行维护水平。为了克服上述方法的不足并评估和改进现行《输气管道工程设计规范》(GB 50251—2015)中规定的天然气管道强度设计系数,采用基于可靠性的天然气管道设计方法,针对国内近4×10~4 km已建天然气管道,根据管道压力、管径、管材钢级等划分了258种计算工况;在满足天然气管道目标可靠度的前提下,应用国内的管材、焊接情况、腐蚀情况和运行维护情况等统计数据,经过大量迭代计算得到了天然气管道的临界壁厚,并反推得到了不同工况下的天然气管道等效设计系数。研究结果表明:①从一级地区到四级地区,由可靠性方法反推得到的天然气管道强度设计系数均随管道管径的增大而逐渐增大;②小管径工况的天然气管道强度设计系数一般小于国家标准规定值;③大管径工况的天然气管道强度设计系数则大于国家标准规定值。进而分别对不同地区等级的小管径管道(管径不大于508 mm)、中等管径管道(管径介于508~711 mm)和大管径管道(管径介于711~1 219 mm)的强度设计系数进行了细化和调整,增强了其合理性。     

管道开孔补强计算在中石化阿尔及利亚沙漠水管线项目上的应用

长输水管道项目在设计过程中，根据地势起伏的特点，必须设置一定数量的排气、排水井，在管道上设置三通是不可避免的。结合中石化阿尔及利亚沙漠水管道项目按照ASME标准对不同管径壁厚、不同压力等级的管段进行开孔强度校核计算，研究如何利用ASME标准对管道开口补强进行计算。     

中美俄输气管道工艺设计标准差异研究

中亚地区是我国海外管道投资合作重点地区。为提高管道输送工艺设计的科学性和经济性,应研究国标、美标和俄标在管道输送工艺设计方面的技术差异,包括地区等级划分、壁厚计算和压力试验等内容。研究表明:国标和美标按照管道沿线户数划分地区等级,俄标按照管段类型和设备功能划分地区等级;国标和美标按照管材屈服强度计算壁厚,俄标按照管材抗拉强度计算壁厚;国标、美标和俄标分别按照设计压力、最大操作压力和工作压力确定强度试验压力。由此得出结论,应酌情提高国标地区等级的户数,俄标的壁厚计算值高于美标和国标,俄标在试压介质和稳压时间上更严格,国标在高强度水压试验方面,与美标和俄标存在差距。     

地下水封石洞油库竖井内管道设计

地下水封石洞油库竖井内安装了多根几十米至上百米不等的竖直管道,竖井内管道安装环境的特殊性和管道将来的不可拆卸性决定了管道设计的复杂程度。提出了竖井内竖直管道的强度、刚度及稳定性的设计思路和计算方法;通过工程实例检查和验证了管道设计的合理性。指出:强度设计确定管道壁厚,刚度和稳定性设计可作为管道壁厚的校核手段;管道承受内外压力均对确定管道壁厚产生影响,外压往往成为管道壁厚的决定性因素。     

输油管道站场管线壁厚设计的探讨

采用三个不同的国内外设计规范计算输油管道站场管线壁厚,对不同的计算结果进行了对比、分析,表明合理地确定管线的壁厚,不仅能节省站场管线投资,还能确保管道系统可靠安全地运行。     

中国和欧洲管道交流干扰腐蚀标准差异分析

随着我国长输管道迅猛发展,管道与输电线路并行、交叉的问题日益突出。交流干扰腐蚀对管体、防腐层、阴极保护设备和人员安全造成威胁;而特高压输电线路普及应用,对管道设计和运行安全提出更高的要求。为提升我国管道腐蚀防护标准的技术水平,跟踪研究了国外管道腐蚀标准的制修订信息。以新版的欧洲标准EN 15280-2013为例,研究与我国标准的重要差异,该标准新修订的主要内容包括制定交流腐蚀从业人员资质评估标准,管道设计阶段评估交流腐蚀干扰影响程度,综合电压、电流、电流比值和土壤电阻率确定交流腐蚀判定准则,考虑高风险区域、管道运行历史和内检测数据确定交流腐蚀测试点等。最后,针对我国管道交流干扰腐蚀技术水平,提出了国家标准GB/T 50698-2011的改进建议。     

国内外长输管道线路阀室设计标准差异研究

线路截断阀是保证长输管道安全运行的重要设施,可减少油品泄漏损失和环境污染。我国管道阀室设计存在若干问题,应在标准层面进行统一和规范,例如阀室选址和间距缺乏灵活性、河流穿跨越阀室做法不一致、单向阀设计导致清管困难、偏远地区阀室供电可靠性差。选取了美国、俄罗斯、加拿大等国家的管道阀室设计标准,研究了国内外阀室设计标准的重要技术差异,介绍了国外管道阀室设计运行管理方面的实践经验,包括基于减少油品泄漏风险和经济损失的选址原则,特殊地区油气管道阀室进行10%和25%距离调整,RTU阀室设置原则,河流穿跨域阀室推荐做法,根据阀室供电功率需求确定供电方式,优先采用阀室地上敷设方式等。最后,针对提高完善我国管道阀室设计标准,提出了改进建议。     

基于应变设计管道局部屈曲应变极限值的计算

已有的管道设计主要采用基于应力的设计准则,但对于诸如地震、滑坡、海底管道敷设等位移控制情况下的管道,基于应力的设计准则偏于保守,采用基于应变的设计方法将更为科学合理。为了探究管道基于应变设计方法的应用情况,对相关规范中基于应变设计的内容进行了总结和比较,对以应变为基础的设计准则适用情况也进行了说明。比较发现挪威、加拿大等规范中管道局部屈曲压应变限值公式存在差异,在不同径厚比和设计压力下分别采用上述公式对管道压应变限值进行了计算,结果表明：加拿大规范公式和日本SUZUKI公式较为保守。为适应实际工程应用需求,建议在不考虑设计压力时取0.3 t/D（D为管道外径;t为管道壁厚）作为对管道压应变极限的保守估计,需要考虑设计压力时采用加拿大规范中的公式。我国目前还没有建立与失效模式相对应的基于应变的管道设计准则,相关研究成果可为我国在相关领域的探索提供参考。