长输油气管道融雪性漂管治理与监测

2015-01-12中国石油西部管道公司

油气田地面工程 2015年8期

中国石油西部管道公司

长输油气管道融雪性漂管治理与监测

徐震中国石油西部管道公司

每年春季天山北麓山前冲洪积平原上会因大量天山积雪融化后出现突发性洪流，以固定或不固定的河道形式直接冲刷敷设于山前的长输油气管道。因洪峰大，冲刷力强，容易造成管道覆土流失，管体裸露，甚至发生漂管，严重影响着管道安全运行。漂管是水毁的主要危害形式之一，通过改善管道敷设环境或增加管道外保护，可有效防止管周土体流失，同时开展管道应变监测能够有效监控管道的受力状态，便于及时发现隐患，防患于未然。

长输油气管道；融雪；漂管；管道应变监测

长输油气管道作为典型的线状工程，沿途所经地貌单元多样、复杂。滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷、河流冲沟等不良地质现象对管道安全运营构成了极大威胁。漂管是河沟管道水毁的主要危害形式之一，是指采用大开挖直埋方式穿越河流或湖塘的输油气管道，由于水位暴涨、冲刷、侵蚀或人工活动等作用导致管道上覆土厚度不足，形成裸露段而产生的漂浮现象。输油气管道为薄壁钢管，当裸露长度达到某临界值时，在浮力作用下管道容易漂浮，并发生弯曲变形。若变形超过管材的屈服极限，将引起管道损坏酿成事故[1]。

西部管道辖内有一些管道敷设于天山北麓的山前冲洪积扇上，每年春季气温回暖，大量天山积雪融化后产生季节性洪流，洪峰大，冲刷力强，以不固定的河道形式，直接冲刷山前平原，水土流失严重，当管顶覆土厚度减薄或丧失，极易造成管道裸露，引发漂管，严重影响管道安全运行[2]。

1漂管的治理

漂管治理需从主客体角度双管齐下，做到防治结合。防护的主体始终是管道实体，通过采用外保护的方法，避免管道受到直接冲刷与撞击。治理的客体针对管道所处的环境展开，如河沟道、河漫滩，通过改善管道所处环境，间接提高管道的安全性。

目前常用的主体防护方法包括采用箱涵、U形槽、硬覆盖和石笼。箱涵适用于山区河流沟谷，易发山洪、水（泥）石流的河沟道[3]。U形槽和硬覆盖适用于平原及山区小河沟，不适用于山洪频发、水流量和流速较大的河沟。石笼适用于易发一般性洪水，山洪、水（泥）石流规模较小的河沟道。上述方法的作用都是使管道免受水流直接冲刷。

客体的治理方法是通过人工修建砌筑物，抑制河流下切和侧蚀作用。修建拦砂坝、淤积坝、漫水坝，河底硬化、桩板墙是抑制河流下切作用的主要方式。砌筑护岸挡墙，修建导流坝、丁字坝、护坡是防止河流侧蚀作用的主要方式。根据不同的河沟道类型和水流作用特点可以选用不同的工程治理手段，必要时可以采用多手段相结合的方法进行综合治理，效果更佳。

管道水毁的治理是一种自我牺牲型的治理方式，通过损失治理工程，保障管道安全，无法做到一劳永逸。因此除了采用被动的防御手段外，还应施以主动监控，掌握管道主体的力学状态为根本出发点。

2管道应变监测

管道应变监测能实时获取地埋工况条件下管体的状态数据，通过分析计算直观反映一定时期内管道的应力变化量，及时侦测到管道异常应力变化。由此可以初步判断管道的工作状态，对管道异常及时发布变形预警，从而采取积极、有效的防治措施[4]。目前管道应变监测已实现了远程自动化遥测，可以最大限度降低人为测量对数据准确性的干扰，提高监测的时效性[5]。数据采集仪与应变计之间通过双绞线实施通讯连接，采用GPRS移动通信技术将数据采集仪获取的数据用TCP/IP协议打包后发送，实现监控中心与监测点之间点对多点的远程网络化数据传输，并由解算软件计算得出某时刻管道的受力状态。

3实例分析

某管道输送天然气介质，管径1 219 mm，壁厚18.5 mm，钢级X80，设计压力12 MPa，敷设于山前冲洪积平原上，地形平坦，沿线绝大部分为农田，局部穿越水渠及排洪沟。2010年12月至2011年2月，当地气温普遍偏低，3月15日至17日出现中到大雪，降雪量达到历史极值，积雪总面积与历年同期相比偏多，积雪厚度大于20 cm。自2011年3月27日起，该地区气温突然快速上升，受山区积雪偏厚和气温回升影响，山区积雪大量融化。3月30日，管道敷设长度约470 m管段受融雪型洪水冲刷，造成该段冲沟底部严重下切，排洪沟内约140 m管道被冲出，发生严重漂管事件。

由于该段冲沟经多年冲刷已成为雪融水的固定河道，每年都有季节性洪流通过。经多方论证，于同年10月对河流进行改道和加固。在管道位置不变的前提下改变河道位置，将漂浮管道埋入一侧河岸，管道上方先铺沙袋后盖铅石笼，压覆管道。同时加大河道宽度，对管道穿越的河道两岸及河床均进行了混凝土抹面处理，混凝土抹面河道末端修筑有石笼挡墙和护袒，防止河流下切不断侵蚀硬化河床。

由于漂管段管道在大量融水冲刷作用下已发生大变形，且管道局部出现屈服现象，考虑到管道在长期运营过程中受清管、内压、温差等多因素作用可能产生疲劳并出现应力集中，在原漂管段开展管体应力应变监测，便于掌握管道的应力应变状态。经分析，洪水冲击管道时，管道的最大应力发生在跨越段管道两端，这两个区域承受了较大的轴向拉应力。在焊口存在缺陷的情况下，拉伸应力可能导致焊口崩开，发生爆燃事故。一旦拉伸应力超过许用值，管道有可能发生塑性变形，出现拉裂破坏。为此，选取包括原150 m漂管管段和二次穿越河道的外侧、总计约500 m管段开展管道应力应变监测，共布设6个应变监测单元，每个监测单元安装3组管道轴向应变计，共计18组，如图1所示。借助GPRS将监测数据实时发送至服务器，根据管材、管径、壁厚及设计内部输送压力，及时计算出管道受力状态。若轴向附加应力值达到或超过容许附加应力值的一定比例时即发出预警。