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关键词:国际项目;供货状态;技术经济
中图分类号:F4
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)13-0128-02
1 概述
国际项目的复杂性、合同承包方式的差异性,以及国外当地施工单位能力的不确定性,导致了对总承包方的设备和材料的供货状态、运输方式、运输成本及现场安装费、工期等产生了很大的影响。
本文以我公司承接的某电站EPC合同来论述,由于项目现场的人工成本和机械成本等要远高于中国国内价格水平,为了减少整个工程的总造价,就需要最大限度的在中国国内完成设备和材料的预组装,同时又要考虑设备和材料的国际运输费用、现场施工费用等,这就决定了总承包方必须对设备和材料的设计方案、供货状态、运输方案、现场施工方案等进行综合的技术经济分析和比选,选择技术上可行,经济上最优化的方案。
现以外径尺寸为2420mm的电站循环水管道为例,从设计方案、供货状态、运输状态等方面进行方案比较和技术经济分析,而最终确定经济最优化方案。
2 设计方案、供货状态和运输方案的比选
2.1 拟采用的设计方案
(1)方案1:根据国内电力设计院普遍采用的设计方案,电站循环水管道通常采用管道加强的设计方案,主要优点主要是在满足工况设计要求的前提下,能最大限度的节约钢材材料,减少工程造价。
(2)方案2:由于考虑到项目所在国的施工水平、人力成本和工期等因素,在满足工况设计要求的前提下,项目拟采用增加壁厚、取消加强肋的设计方案,其主要优点是减少现场焊接工作量和安装工作量、减少安装费用。
2.2 供货状态和运输方案的选择
基于每种设计方案,考虑到国内运输条件的限制,为避免大件运输带来的风险,包装框架的尺寸按以下数据执行:宽度≤350m、高度≤300mm、长度≤1500mm、重量≤35000kg,现以设计方案1为例,存在以下三种供货状态和运输方案:
(1)方案a:成品供货、框架包装运输方案。
①供货状态:循环水管道在国内进行工厂化加工成成品,每2米一节的圆型管道,加强肋卷制成半圆型,弯头部分轴向分3至5部分,卷制成圆型,现场组对成弯头管件。接口部位进行坡口,焊口涂刷可焊漆,其他部位涂刷防腐底漆,分开包装,最后在项目现场进行管段对接,然后焊接加强肋。
②运输状态:管道不进行包装,为防止变形,内部焊接支撑。加强肋每100片为一组框架,尺寸为:7000mm×2700mm×1800mm(长×宽×高)。
存在的主要优点:(a)节约原材料;(b)出口退税率最高;(c)包装费低;d)减少项目现场的制作和焊接工程量;(e)工厂化制作。
存在的主要缺点:(a)国际运输成本高。
(2)方案b:半圆供货、框架包装运输方案。
①供货状态:循环水管道在国内进行工厂化加工,分别将直管段钢板(每节2米)和加强肋卷制成半圆型,弯头部分轴向分3至5部分,卷制成圆型,现场组对成弯头管件。所有部件均进行坡口,焊口涂刷可焊漆,其他部位涂刷防腐底漆,分开包装,最后在项目现场进行组对焊接和管段对接。
②运输状态:采用框架裸装。半圆循环水管直管段16片为一组,每组的尺寸为5000mm×2800mm×2250mm(长×宽×高)。加强肋每100片为一组框架,尺寸为:7000mm×2700mm×1800mm(长×宽×高)。
存在的主要优点:(a)节约原材料;(b)出口退税率较高;(c)减少项目现场的制作和焊接工程量;(d)工厂化制作。
存在的主要缺点:(a)包装费用高;(b)国际运输成本高。
(3)方案c:平板供货、框架包装运输方案。
①供货状态:在国内工厂内分完成钢材下料、坡口,片状供货、加强肋直段供货,钢材表面完成除锈、防腐漆,国外项目现场进行卷制、组对焊接,然后进行管段对接。
②运输状态:采用框架裸装,20片钢板为一组,每组尺寸为7900mm×2200mm×500mm(长×宽×高)。加强肋共600片,100片为一组框架,尺寸为:8000mm×2000mm×1000mm(长×宽×高)。
存在的主要优点:(a)节约原材料;(b)包装费用低;(c)国际运输成本低。
存在的主要缺点:(a)出口退税率低;(b)现场制作和焊接工作量大;(c)现场制作安装费费用高。
3 案例分析
3.1 技术方案的选择
根据本项目的循环水管道的参数及工程量,主要有直管段部分为1088m,设计方案1的管道参数为φ2420mm*12mm,加强肋采用16#的槽钢,设计间距为1800mm。设计方案2的管道参数分别为φ2420mm*16mm。供货状态和运输方案分别有半圆供货状态、钢结构框架包装运输方案和平板供货状态、钢结构框架包装运输方案两种。
根据以上设计方案、供货状态和运输方案排列组合为以下六种综合方案,具体描述见下表:
3.2 经济性比选
根据以上描述的技术方案,以中国国内市场的材料价格、制作费、国内运输费、国际海运费、现场施工费用、及退税税率等信息,各项费用测算汇总于下表。
基于以上的经济性测算,方案E的总成本造价最低,经济性最好,故循环水管道的技术方案选择E方案:壁厚-无加强肋、半圆供货、框架包装运输方案。
1.前言
1.1在山区地区,随着公路建设等级不断的提高,大跨度、高墩桥梁也随之增多。由于山区地形的特殊性,桥梁施工条件较差,有些桥梁基础及下构施工由于受地形限制,无法修建施工便道及临时的施工场地,不能按照常规方法施工,需要采取其他的辅助施工方法,造成成本大幅增加。
1.2 贵州省公路工程集团有限公司施工的思南县岩头河大桥,桥位地形成“V”,桥位较高,2号墩处在谷底河边上,如图1.2所示。
图1.2 桥型布置图
由于地面横坡较大,无法修建施工便道进场也没有适宜的施工临时场地,因此2号桥墩施工材料的运输及混凝土拌合成为一大难题。如果将拌和机安装在3号桥台处,2号墩桩顶与拌和机的落差有105米,用输送泵向下高落差输送混凝土容易造成离析、堵管,输送泵厂家也没有这方面的相关数据支撑,不能确保施工的质量及安全。
1.3 贵州省公路工程集团总公司综合分析了3种方案。方案一采用既有的缆索吊加吊斗运送混凝土浇筑,缆索吊是该桥各种材料及设备的唯一运输工具,如果兼作混凝土运,运输速度慢不能保证桩基混凝土的连续浇筑;方案二、在搅拌站与2号墩之间的坡面上安装四条轨道,用两个1m3的料斗运输混凝土,运输速度慢,同样满足不了混凝土的浇筑要求,且成本高安全性较差;方案三、将搅拌机安装在3号台台尾路基上,在坡面上安装内径30cm、壁厚6mm的钢管作为砼运输管道,在适当的位置弯道,并采取有效的操作方式,防止混凝土产生离析。满足施工质量及施工方案的要求,且成本低,最终选用方案三。同时以思南岩头河大桥作为依托工程,将该工艺作为施工工法研究开发,并将研发成果成功用于思南岩头河大桥2号墩的施工。经使用后混凝土施工质量较好,满足有关标准、规范的要求。
2.工法特点
2.1 输送管道结构简单,不需要专用设备。输送管道采用内径300mm、壁厚6mm的普通钢管,为了便于安拆,每节管道取6m长,并在两端焊接法兰盘用螺栓连接,保证管道连接的可靠性,管道长198m。在管道的进出口分别设置集料斗。
2.2 工艺流程操作简单,输送混凝土不离析、不堵管,操作安全、质量可靠。
2.3 设备造价及使用成本低,输送管道使用的钢管及法兰盘容易购买,现场自己焊接加工,安装灵活、成本低。
2.4 施工噪音小,无污染物排放,对环境没有污染。技术及工艺先进适用。
2.5 混凝土输送后质量得到保证,满足施工要求,输送后的塌落度最大损失为3cm(夏季实测数据)。如图2.5。
图2.5
3.适用范围
该工法适用于落差105米以内向下自流输送混凝土,输送管坡度在1:0.5~1:2之间,特别是山区落差较大,不能使用其他方法输送混凝土或使用其他方法输送混凝土成本较高的桥梁及结构物施工。
4.工艺原理
4.1 以φ300mm的钢管作为混凝土输送管,利用混凝土的自重在管道中自流输送。在进口设置集料斗,集料斗设置阀门,拌和机每盘混凝土全部流入集料斗后开启阀门集中输送,以免混凝土离析。
4.2 在输送管道三分之一高度的位置上设置120度的水平弯道,干预混凝土在钢管中的流动,防止混凝土产生离析,减小混凝土对出口集料斗的冲击。
4.3 在出口设置集料斗,每次保持集料斗中有三分之一的混凝土,在下一盘混凝土输送流出时起到自然二次拌合的作用,使混凝土不产生离析,确保拌合质量。
5.施工工艺及操作要点
5.1 施工工艺流程图(见图5.1)
5.2 工艺流程及操作要点
5.2.1管节加工制作
图5.2.1 钢管管节结构图
钢管在市场上可以直接购买,法兰盘采用厚15mm的钢板制作,内径300mm,外径412mm, 14个φ6的螺栓连接孔。由于市面上φ300mm的钢管每根一般长度为6m,为了便于安装及节约材料,将钢管管节按6m长进行加工。在钢管两端,将法兰盘和钢管焊接进行可靠焊接,在钢管上焊接钢筋吊钩,便于调运安装。结构如图5.2.1所示。
5.2.2管节安装固定
首先在坡面上按照方案设计进行放样,将管道的安装线路实地放出,采用卷扬机将管节在坡面上由上往下滑,直到管节安装位置,采用人工校正,如图5.2.2-1所示。在连接的两个法兰盘之间垫一层橡胶垫,以保证钢管的密闭性。对准上下两节法兰盘的链接螺栓孔,采用φ16的普通螺栓连接,如图5.2.2-2。在管节的两边采用φ25的钢筋锚杆固定,锚杆的深度视地质情况而定,一般锚固1.5m深。安装后的实物图如图5.2.2-3。
图5.2.2-1 钢管管节安装示意图
图5.2.2-2 钢管管节安装大样图图5.2.2-3 管道安装后实物图
5.2.3进、出口集料斗制作安装
进口集料斗如图5.2.3-1所示。斗容量根据拌和机每盘混凝土体积来定,上口采用1.2m×2.0m,下口采用0.3m×0.5m斗容量为1.05m3 ,在斗上设有手动阀门。斗采用1.5mm的钢板加工制作,用型钢作为骨架。将斗焊接安装在输送钢管的进口,并进行加固。
图5.2.3-1 进口集料斗结构图
出口集料斗如图5.2.3-2所示。出口集料斗在混凝土的输送中,在下一盘混凝土到来时,应保证斗内有三分之一的混凝土,以便进行再次自然拌合,使混凝土不产生离析。因此出口集料斗要比进口集料斗的容量大。加工材料同进口集料斗,采用1.5mm的钢板加工制作,用型钢作为骨架。尺寸如图所示,容积为1.98m3。在输送管出口的迎面加设一层橡胶垫(厚1cm),以减小混凝土的回弹,同时减小混凝土输送时的噪音。
图5.2.3-2 出口集料斗示意图
5.2.4 保湿喷水管的安装及包缠土工布
为了降低管道的温度,减小混凝土输送过程中的水分损失,确保混凝土和易性,在管道上安装保湿喷水管,包缠1层土工布,喷水确保管道表面湿润。喷水管采用φ50mm的PVC管制作,在管上间隔20cm设置一个直径2~3mm的喷水孔。将制作好的喷水管安装固定在输送管上面,有孔的一面向下。如图5.2.4-1、5.2.4-2所示。
图5.2.4-1 保湿喷水管加工及安装示意图 图5.2.4-2 管道安装后实物图
5.2.5 喷水保湿及使用准备
如果气温过高,应喷水湿润土工布,降低输送管道的温度。首次使用前,先在管道中灌水冲洗管道内壁,同时湿润管道,减小混凝土输送时的水分损失。在输送混凝土前先输送一盘水泥砂浆管道,同时防止混凝土输送时水泥浆损失,确保混凝土的质量。
5.2.6 进口集料斗集料
拌合机拌合混凝土,由溜槽短距离输送到集料斗,待拌和机一盘混凝土全部进入集料斗后开启集料斗的阀门,混凝土经输送管道进入出口集料斗。
5.2.7 开启出口集料斗阀门卸料
待输送管中的混凝土全部流出后,开启出口集料斗的阀门,混凝土经溜槽短距离输送进入输送泵或浇筑点。每次必须保持出口集料斗中留存三分之一的混凝土,以便下次混凝土进入集料斗时,起到自然拌合的作用,确保混凝土的质量。
5.2.8 管道清洗
一次浇筑事件完成后,暂时不使用输送管道时,应用水清洗管道,将管道内壁上的水泥浆清洗干净,确保后续使用效果。
6.材料及设备
6.1 材料
该工法主要材料有φ300mm的钢管、φ25钢筋、1.5mm钢板、型钢、φ48mm钢管。详见表6.1。
主要材料表表6.1
6.2 主要设备
主要设备包括拌合系统、管道加工安装系统、混凝土输送泵。详见表6.2。
主要设备表表6.2
7.质量控制
7.1 管道加工及安装
7.1.1钢管的管口要保证与管轴线垂直,法兰盘与钢管的焊接要牢固,以保证管道的可靠连接。
7.1.2管节之间的橡胶垫要厚度均匀、平整,要有足够的耐久性,以确保管道的密闭性和使用要求;
7.1.3 管节连接螺栓要有足够的强度,保证管道连接的安全性和使用的耐久性;
7.1.4 要保证固定钢筋锚杆的质量,确保管道的稳定。进、出口集料斗稳妥加固,确保使用安全。管道外包缠的土工布要均匀。
7.2 混凝土输送
7.2.1拌和机出口混凝土塌落度要比施工所需的塌落度大约3cm(夏季数据),以补偿输送过程中的塌落度损失。使用过程中应保证包缠土工布喷水湿润,以减少混凝土输送过程中的塌落度损失。
7.2.2 进口集料斗,集料一盘混凝土后才开启闸门卸料;出口集料斗每次卸料必须保证存有三分之一混凝土。
7.2.3 使用完毕后应采用清水清洗管道。
8.安全措施
8.1 成立安全领导小组,由项目经理担任组长,全面负责施工安全;
8.2 管道管节加工及安装过程中,卷扬机及电焊作业应严格遵守施工现场用电安全技术规范;
8.3 派专人在混凝土输送之前和使用过程中进行安全巡视,重点监视管道接头的链接螺栓是否有松动,管道的固定点是否发生异常,对出现异常的应及时进行处理;
8.4 所有操作人员均戴安全帽,高空及架子作业人员必须系安全带;
8.5、在混凝土输送过程中,应严禁非操作人员在旁边观看,以免发生意外安全事故;
9.环保措施
9.1 在出口集料斗附近设置积水井,对清洗管道的废水进行净化,重复利用,防止对环境的污染。
9.2 产生的施工废料,集中堆放,并进行防护处理,以免雨水冲刷污染环境。
9.3 在出口集料斗设有橡胶垫,减小混凝土冲击集料斗的噪音,防止了噪音污染。
9.4 混凝土在输送过程中是密闭的,而且混凝土输送不会产生尘埃和污染气体,对空气没有污染。不需要采取特殊措施保护。
10.效益分析
本工法是对比其它几种方案作效益分析的。
方案一采用既有的缆索吊加吊斗运送混凝土浇筑,缆索吊是该桥各种材料及设备的唯一运输工具,如果兼作混凝土运,运输速度慢不能保证混凝土的连续浇筑,从方案上不可行。
方案二、在搅拌站与2号墩之间的坡面上安装四条轨道,用两个1m3的料斗运输混凝土,但运输速度慢,同样满足不了混凝土的浇筑要求,同时安全性较差。建设仅轨道一项需要钢轨30.5t,需要投资约16万元,在加上其它建设及维护、运行费用,预计需要25万元。
方案三、采用本工法,混凝土输送能保证质量,满足施工要求,其建设费用计算如下表:
注:拌合设备及输送泵,采用哪个方案均需要,故不列入进行比较。
综合比较分析:方案2与方案3比较,方案2建设及运行费用,估计25万元。方案3建设成本8.84万元,运行费用很低,可以不计。综合比较采用本工法,可以节约成本25-8.84=16.16万元。且采用本工法对自然环境的影响比较小,相比之下对环境具有一定的保护作用。
11、应用实例
贵州思南县岩头河大桥桥型为53m+128m+92m的不对称连续刚构,2#墩墩位落在凤岗县岸河床上,墩身由3个段组成,第一段高20米,为矩形空心构造,第二段高34米,为实心双矩形构造,第三段高32.5米,为空心双矩形构造,整个墩高86.5米,基础为φ2.0米的为挖孔灌注桩,共计9根,桩长分别27m、24m、21m的各三根;承台为13.3×12.3×4.5=736m3的大体积砼, 2号墩“T”型上构箱梁0号块高9.5米,全桥2/3的工程量集中在2号墩及其“T”型构造上。2#墩基础、下构混凝土输送采用本工法配合输送泵施工,质量进度均满足设计及工期要求,降低了施工成本,取得了很好的经济效益。
应用实例的思南岩头河大桥
使用使用本工法施工的2号主墩
溜管整体布置图
溜管安装图
溜管管节原件
溜管管节连接
溜管管节固定
溜管土工布包缠
保湿喷水管
进口集料斗
进口集料斗集料
关键词:管道;施工;管理;质量问题;措施
中图分类号:TB文献标识码:A文章编号:16723198(2012)13018302
1石油管道施工规划存在的问题及其原因
1.1石油管道选线中的工程地质问题
石油运输的最初步骤也是最重要的步骤之一就是石油运输的路线设计问题,基于石油管道的安全性,运输的便捷性考虑,只有设计了科学合理的路线图,才能顺利的开展石油运输管道的施工工作,确定路线图的宏观走向必须根据国家政治、经济、能源战略的需要,同时结合线路途经地区的自然条件、资源分布、工业发展等情况注意考量途经地区的地质地貌特点,以及注意该地区的水文特征等等地理环境因素的考察,综合全面的分析该地区是否适宜铺设石油管道,避开地质灾害发育地段,同时,在充分认识管道沿工程地质条件的基础上,认真做好多种方案的比选,以免在施工中造成严重的地质问题带来的安全隐患。
1.2管件质量没有得到有效的控制
另外,构成整个石油运输管道的最重要的材料问题,也就是管道的材质问题,必须同样引起我们的重视,因为管道材质的选择将会直接影响石油运输的质量和管道的寿命,所以,我们一定要经过详细的对比,选择最合适铺设管道的管材和零部件的配合使用,并在管道的运输,防腐施工,焊接等方面严格控制,只有这样,才能得到一个质量合格,运行流畅的石油运输管道,使管道本身作业时期与投运时期等质量指标得以保障。目前的管道施工中涉及管材的问题一般有这样几种:
(1)管件的壁厚不均,这样会导致管材的受力不均,特别是受到气压水压陆压等的压力影响,将会直接使管材的脆弱地区和地带遭受损害,严重的可能导致管材破裂;
(2)硬度超标,管材的质量的评估要从硬度和韧度两方面入手,硬度和韧度都要达标但也要综合考量,韧度过强的管材会比较不好控制,硬度过强的管材的抗压力就比较弱,所以会导致管道的易裂;
(3)其他质量问题。另外,管材的加工过程和运输过程中还经常遇到各种各样的其他需要注意的质量问题,例如在装车前,应核对管道的防腐等级、材质、壁厚,不宜将不同防腐等级、材质、壁厚的管子混装。这些都会给管道的铺设和施工带来非常大的不便,最重要的是直接导致了安全事故的隐患。
1.3工程施工、作业质量不容乐观
石油管道铺设的施工中除了管材的质量和材料上的问题外,在施工工艺和技术上也存在着很多不尽人意的地方,很多施工中的技术操作并没有达到国家的相关标准,施工人员的施工流程也并不是十分规范。在实际的生产过程中,由于设备的更新、输油管道的防腐穿孔以及输油管道的调整或者其他的一些因素,都会造成石油输油管道施工工程的质量不合格。造成这种情况的原因可能是我国在施工工艺上的落后,我国石油管道的施工技术还是比较原始的,主要靠人工,自动化程度较低,即我国的石油管道的铺设技术和其他发达国家相比还是有很大差距的。
1.4操作过程质量控制不严
石油管道铺设工程的整体工程中的监管体系和质量检测不到位,是石油管道施工中的另一个重要的问题,这对于资源的配置,管道施工的潜在不安全因素造成了较大影响,也是导致了很多其他问题没有及时解决的原因。造成这种情况的最主要的原因就是管理部门的督导不力,建筑商和施工队对于施工过程的监管的忽视,这样不仅会导致管道的施工质量受到影响,还会导致施工中的其他问题的发生。所以,必须建立一个科学的施工管理体系。
2对石油管道施工规划中存在问题的解决措施
2.1设计阶段的质量控制
针对设计阶段的石油管道铺设可能存在的问题以及产生的原因,我们做出了以下的调整措施,希望能解决石油管道铺设在设计环节的问题:
(1)聘用或者任命专业的石油管道的设计人员和施工人员来进行工程的施工路线的制定,必须要强调的是设计人员和施工人员对于专业知识的掌握要有相应的掌握程度,不能随意任用工程设计师,设计人员和施工人员一定要具备相关的从业资格,最好还有相关的实践经验,引入资格准入制度。
(2)审核设计图纸。在施工设计图完成之后,不能马上投入施工,要将各个部门的负责人集合起来,一起针对设计图的方案交换自己的意见和看法,并结合相关资料对设计图的可行性进行分析,从多方位多角度考虑,注意输油管道防腐处理,气压水压路压承载力等等,最终确定一个科学可行的方案,如果发现图纸中存在设计上的不合理问题,要及时予以改正,改正后要再次审核,最终得到一个各方面协调通过的方案。
(3)注重图纸会审及现场的技术交底。在正式施工之前,综合前期考察的相关资料,对于图纸进行多部门、多层次的审核探讨,特别是要注意对于当前施工队伍的技术能力能否顺利的完成施工,实施过程中可能遇到哪些困难,能否解决等等,确保施工的顺利完成。技术人员应当根据工程具体施工内容,编制作业指导书,拟定技术措施,制定方案。
2.2施工阶段的质量控制
(1)在石油管道的铺设施工中要选用具有相关资格的承包队,通过承包竞聘资格上岗,目的是要选择更为优秀的,拥有专业知识和经验丰富的施工人员,只有专业的施工人员才能保证对工程的施工中的各种资源和设备合理的调配,才能保证施工的质量。
(2)另外,除了施工人员和队伍的选择,施工中还存在诸多影响质量的其他因素,针对这些因素,我们也要做好相关的管理:
Abstract: As the industrial construction scale extends, pipeline engineering technical requirements become more and more complex, and quality requirements become higher. When there are pipeline construction conditions, the time left for pipe installation is very short, but the task is heavy. Pipeline factory prefabrication will effectively improve the efficacy and the engineering quality, so it is the development direction of pipeline installation. The pipeline construction in this project adopts the factory prefabrication techniques.
关键词: 工厂;预制化;管道;技术
Key words: factory;prefabricated;pipeline;technology
中图分类号:TF748.2 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)16-0133-02
1 概述
管道预制分为预制场预制和现场预制二部分。无论在何处预制,其加工场地的要求是一致的。总体要求如下:①施工现场的环境应符合施工方案或技术交底的要求。需要保证的主要施工条件为:安全条件(操作保护、防火、防毒等)、气象条件(温度、湿度、风速、防雨雪措施)等。②材料、半成品、产品堆放场地应分区、标识清楚,材料、半成品、产品的质量状况也应标识清楚。③施工设备应符合施工方案或技术交底的要求,设备的质量状况、安全状况也应符合要求,设备附属的计量仪表齐全有效。④配置的工具应符合施工方案或技术交底的要求。
2 管道工厂化预制
2.1 管道运输应采用汽车、用板车轮胎改制的运输车、液压运输车、铲车、人工抬扛等方式运输,不能采用在地面拖拉等运输方式,特别是经过表面探伤的管道,禁止在地面上拖拉运输。经过加工的高压丝扣,在运输时应用丝扣法兰等管件保护。管道壁厚较厚,经过车制的U型等坡口,应采用硬质材料套上,以保护坡口不受破坏。
2.2 高压(压力不大于10MPa)管道应对管道表面进行磁粉探伤检查,要求管道表面无损伤。若发现管道有表面划伤,可以对管道进行修磨,但修磨以后的管道壁厚不得低于90%的公称壁厚。
2.3 应根据现场条件,合理的选择自由和封闭管道。封闭管道应由现场的工艺责任员绘制管道加工单线图,预制时应严格按加工图加工封闭管道。自由管段和封闭管段加工尺寸允许偏差应符合表1规定。
2.4 切管方式及要求。管道切割应根据管道的口径、壁厚、材质确定管道的切割方式,管道切割应首选机械切割方式:砂轮切割机、管锯(机)床、大口径(磁性或链轨)管道切坡口机、空气等离子切割机、氧-炔焰气割、套丝机切管、便携式电动锯管机、手工锯管、管子轧刀切管、錾斧切管等方式。
2.5 焊接坡口加工。管道坡口加工应根据焊接工艺卡和管道的口径、壁厚、材质确定管道的坡口加工方式:大口径(磁性或链轨)管道切坡口机、空气等离子切割机、氧-炔焰气割、车床车制坡口。焊接坡口的预制要求按焊接工艺要求进行。加工坡口应尽量采取机械加工方式。
2.6 管道端面密封面加工只能采用机械方式加工。
2.7 卷板管加工。①卷板管同一筒节上的纵向焊缝不宜多于两道,两纵向焊缝的间距不宜小于200mm。②卷板管组对时,两纵向焊缝的间距应大于100mm。支管焊缝离卷板管的纵向焊缝不宜小于50mm。③卷板管对接焊缝的内错边量不宜超过管道壁厚的10%,且不得大于2mm。④卷板管的校圆样板的弧长应为管道周长的1/6~1/4;样板与管道内壁的不贴合间隙应符合下列规定:对接纵缝处不得大于管道壁厚的10%加2mm,且不得大于3mm。离管端200mm的对接焊缝处不得大于2mm。⑤其他部位不得大于1mm。⑥管道端面与管道中心线的垂直偏差不得大于管道外径的1%,且不得大于3mm;管道的平直度偏差不得大于1mm/m。⑦焊缝不能双面成型的卷板管,当公称直径不小于600mm时,宜在管内进行封底焊接。⑧卷板管加工过程应采取防止管道表面损伤的措施,如果发生损伤,应对受损部位进行修磨,是其圆滑过度,且修磨处的壁厚不得小于设计壁厚。加工不锈钢卷板管时,应对碳钢的滚筒等接触不锈钢板面的设备采取隔离措施,防止发生渗碳。并应对加工完成的管道进行酸洗钝化处理。⑨卷板管应按设计文件的规定进行无损探伤或其他类的检查。
2.8 工具、量具使用原则。①不锈钢或钛管道加工不能使用碳钢工具,所有的碳钢工具均要采取与不锈钢隔离措施。用不锈钢材料或橡胶等不含铁离子、氯离子的材料隔离碳钢与不锈钢或钛材料的接触。②有色金属管道原则上不能用铁榔头敲击,应采用木榔头等工具敲击或加工管道。③下料使用的各类计量器具(直尺、角尺、卷尺、卡尺、压力表等)均应经过计量纠正,且在有效期内。
关键词:成品油管道 工艺设计 优化
一、引言
成品油是经过原油进行加工生产而成的混合油,可分为石油燃料或者是石蜡以及汽油和煤油等,在成品油的运输中,由于成品油的运输管道具有距离长、输送的品种多、输送量较大以及输送工艺等特点,而成品油管道输送的建设直接涉及到国家政治经济、生态环境以及社会技术等方面的系统工程建设,所以在对成品油的管道建设的方案的设计,直接影响到在建设期间的管道使用寿命以及其带来的经济效果。因此,合理的设计和定制成品油的管道建设工艺方案,对这类管道的运营有着非常重要的意义。我国在管道的优化设计中注重于对热油管道的优化运行,而对成品油管道的运行工艺设计这方面的研究比较少。对成品油的管道工艺方案进行优化设计的主要目标就是在管道建设后的使用期内发挥出在保证成品油输出量的前提下,使经济效益达到最大化。又因,在成品油管道输出的建设中需要进行大量的投资,在管道工艺设计中又涉及到许许多多外在因素,因此就需要根据相关的工艺结构特点采用合适的优化设计方法来进行成品油管道工艺方案的优化设计。
二、成品油工艺系统的特点
成品油的输出管道中的工艺系统主要根据首站、管道、中间的接收站、中间泵站以及分输站和末尾站构建而成,在一些落差比较大的地段,还要建设相关的减压站。其中建设管道系统的外部环境包含着管道的其他子系统以及掩埋管道的土壤等。成品油的输管道的工艺是一个即连续又统一的输出系统。对与单根成品油的输出管道,在它的输出方向已经确定的情况中,对其的优化方案主要是对泵站管道的设置以及钢管规格的选择上。在建设成品油的管道中,其中的工艺系统是管道建设中的主要投资部分,而成品油泵站和管道的建设投资在总的投资量中也占据了比较大的比例,因此应将两种相结合来进行成品油管道工艺方案的优化设计。
三、管道工艺设计方案优化的决策变量
描述成品油管道工艺设计方案中的变量就是优化管道工艺方案中的设计变量。选择相应的决策变量的基本前提就是,一旦将决策变量的值确定之后,成品油管道工艺设计的优化方案方向就确定下来了。在成品油管道工艺设计中的工艺方案涉及到泵站和管道这两个方面。其中泵站分为泵站中的机组配置以及连接方式,还有泵站位置等进行设计。而管道可分为管径、管道材料以及管道壁厚来进行设计。在对成品油的管道进行设计时,一旦成品油的输出种类、输出走向以及输出的流量等因素确定的情况下, 那么成品油的管道工艺的优化设计方案就确定下来了。又因这些因素不是独立的,而是相互制约的。从数学方面来将,这些因素都可以成为数学模型中的优化决策变量,但是为了使所建立的数学模式的物理意义明确以及结构相对简单化,便于求出管道的变量,根据相关的设计准则可以选择一组关联程度相对较低的决策变量来对成品油的管道工艺进行优化设计。
还有在成品油输出管道的设计中,还需要对输出管道的建设附近设置几个泵站来给成品油的输出提供相应的压力能,因每个泵站所提供的压力能都决定着成品油的输出量,因此应充分的利用管道路线的强度来设置压力值。也以将泵站的压力能作为决策变量,主要是因为在管道输出中所设立的泵站要尽可能的相同,设置的相关配置也相同,这样的话使成品油的输出管道中的承担的压力就会相差无几,从而有力与设备的维修保养,进而减少投资成本以及管道运行使用的相关维护费用。
四、目标函数和约束条件
对成品油的管道工艺方案进行优化设计的前提是在满足多种约束条件下,从而寻找质量最好的管径、管材、设计压力、管道壁的厚度、泵站的数量以及位置、操作的压力、成品油的输送顺序以及管道的首站和末尾站,还有各种成品油的储罐设置等等因素进行组合,使设计的管道工艺方案能在规定是时期中获得最大化的经济效益。在对管道设计中,对成品油的工艺方案进行优化设计的基本前提以及相关原则是:①将成品油的输出管道按照分输站点来进行划分为几个管段,其管段之间的管径要相同;②按照相同的温度对管道工艺进行设计;③管段之间的压力设计要相同;④不考虑对成品油的建设进行分期投资和分时间断进行建设;⑤各种成品油输出时的体积和流量要相等。还有在管径以及其他的相关参数作为基础对成品油的输送顺序进行研究,因考虑到对成品油的输送量跟管道中的内径相关,因此可以将成品油的输送顺序优化放在这个管道工艺设计方案中进行统一探究。
1.目标函数
根据我国现今的管道建设情况,可以选择在管道系统中的建设和运行中的总费用值用最小F作为目标函数,在进行管道建设以及运行中的费用进行计算时,为了简化计算,可以只探究跟管道工艺设计方案相关的一些费用项。在对成品油管道的总费用进行计算时可以根据管道的线路、泵站以及储油罐和相关的混油处理这四个部分来进行计算,从而得出目标函数表达式,如下图所示:
在以上的目标函数表达式中,其中(P/A,i′,y)表示的是总体系数;i′表示的是基准收益率即(基准贴现率)y为计算的年限;χi 表示第一个i的管径;li
表示的是管道中管段的长度;m表示是的分输站的总数目;Cp表示的是购买钢管的费用;Ca表示的是安装管道的费用;Ct表示喷涂管道防腐剂的费用;χb表示的管道建设中站泵的数目;Wχ表示的是在线路运行期间的维护费用;a表示给泵站的设置投资中跟机组的功率五关的部分;b则表示的是在泵站的投资建设中跟机组功率相关的部分;χc则表示的是成品油运输顺序的周期;Cd则表示的是建设存储油罐的相关费用;其中m3表示元;ωg表示的是存储油罐的维护费用;Ch表示的处理混油的相关费用;T表示的是管道全线使用储罐的总容量;f 1则表示的是线路初期的投资费用;f2则表示的是计算管道使用期限内每年管理维护费用的叠加值;f3表示的就是管道泵站初始投资;F4表示的是计算管道泵站使用期限内每年管理维护费用的叠加值;f6表示的是每年新增加的储蓄油罐的相关投资费用;f7则表示的是在计算使用管道期间对混合油的处理费用的叠加值;其中管道中各个管段之间的管径χi 为设计变量,管道的输送顺序周期为χc管道泵站数目为χb。还有目标函数所表示的是有离散变量(χj)、整型变量(χb)和连续变量(χpj、χc)的非线性函数。
在对成品油管道工艺方案进行优化设计中的约束条件包括强度的约束、水利的约束、工艺操作的相关条件约束以及钢管的相关规格约束和流态约束等等。①钢管强度的约束条件,根据相关的规定(即GB50253-2003),管道泵站的出站压力要满足管道的强度相关要求。如下图所示:
在上述函数公式中σs 表示的是钢管的强度,i表示的是j和j+1中管道泵站之间的包含的管段;j=1,……,χb②钢管运行稳定的约束条件。在管道建设中为了防止钢管在施工建设期间以及运行期间因外部的一些压力过大导致钢管产生弯曲现象,因此GB50253-2003中对钢管的壁厚和钢管的外径的比对进行了相关规定,如下图所示:
③管道钢管中的规格约束,因为成品油的输送管道所用的钢管的按照相关的标准规则进行制造的,因此在对成品油中管道工艺设计中要根据相关的标准来进行设计管径和管道的壁厚。④管道中水压的约束条件,就是任何的动力水压必须要大于最小的动力水压。⑤水力约束条件,成品油在管道中的流动速度必须很水压维持供需平衡的关系。
五、优化管道工艺的方法
对成品油管道工艺方案的优化程序可以分别分为内外两个层次,所谓的外层就是输送顺序的周期优化,而内层就是管道中管道的壁厚以及管径等参数的优化。由于相关的总费用值跟输送顺序的周期之间的关系是单峰函数,因此在优化成品油输送顺序周期时可以采用一维搜寻法来进行优化。由于内层的优化相关的数学模型是属于非线性混合整数,因此不能使用相关的通用优化方法来进行求解。现今在求这种类似的方法有离散复合型法等其他的方法,但是这些方法对函数的优化有着一定的要求,并且所求出的优化结果跟确定的初值的影响比较大。而差分进化算法跟离散复合型法不一样,它可以作为一种全局搜寻方法,因其具体不需要其他的辅助信息以及鲁棒性等特点,可以应用于其他领域当中。为了使函数的求解变得简单些,可以将压力离散设计为离散值,还要采用相关的实数编码制,来对相应的函数值进行处理,可以用以下方法进行处理:①对违法约束条件的进行惩罚,违法约束程度越大所受到的惩罚也将越大;②将可行点数相适应的函数值作为管道建设的总费用现值(即总利润值),而对非可行点要进行相关的惩罚项,相关的算法完结条件就是需要其中一代的最差和最好的个体中的适应值之差要小于0.1%。如下图所示:
因为在建设成品油管道之前,就已经对各个分输站的建设位置已经确定下来了,又因,在通常的建设情况下,对管道优化设计的人员都希望将管道中建设的分输站和泵站进行合并,这样不仅可以节约一部分投资建设费用,还可以给运行后的管理和维护带来许多的便利。在进行成品油管道系统总体工艺方案的优化设计时可以运用赋权有向图来表示,在设计成品油管道泵站的位置时,所选择的建设点必须要对应图的顶点,根据对管道中管径和压力所允许的设计取值范围,从而可以确定两个顶点之间有没有弧。当这两个顶点之间没有弧时,设计弧的权值可以为无穷大。我们所说的最短路径就是指两个顶点之间的权值为最小的路径。因此, 从起点算起到终点之间所有的路径集合起来的最小权值路径就是成品油管道工艺方案中的最优化方案。在实际的设计应用过程中,需要对管道工艺的设计方案进行综合对比,因此就需要对最短路径进行扩展,形成多条最短路径。如下图所示:
根据上图所示,对最短路径的求解步骤:①先计算出每个成品油管道的最大流量和最小流量;②然后确定管道中每个管段间的管径;③确定一个成品油输送顺序周期;④随意选择管道中的两个泵站位置在满足约束条件下计算出管道的总费用值;⑤改变管道输送顺序周期,运用一维搜索法进行搜寻,从而确定管道的最佳壁厚、管径、以及输送顺序周期和设计压力;⑥运用差进化算法计算出多条最短路径;最后对设计的管道工艺方案进行校核。通过以上的对最短路径的计算,可以在管道泵站选择位置确定的前提下,将对管道优化设计方案转化成最短路径,然后进求解,不仅有利于对管道建设中的问题进行分析,还有利于求出最佳的管道工艺方案的优化。
六、结束语
综上所述,优化成品油管道工艺方案设计到诸多方面的因素,其优化程度直接影响到经济效益的高低。所以在对成品油管道工艺方案进行优化的时,首先,可以在管道泵站设置确定的情况下,可以将管道工艺的优化为题转成最短路径问题进行相关求解,不仅有利于对优化问题进行合理的分析,还有利于对成品油管道工艺方案的进一步优化。其次,还可以根据传统的函数算法来进行求解,同时对设计算法进行相应的改进和创新,再进过实际的比例从而得出更优的管道工艺方案。再次,还可以编辑一些成品油的管道工艺方案优化设计的相应软件,可以给成品油管道工艺方案进行优化设计提供相应的辅助和参考,从而设计出更好的成品油管道工艺设计方案。随着我国社会经济的不断发展,对成品油的需求量也在不断的增加,因此对成品油管道工艺的合理设计优化,不仅可以有效的减少成品油在管道输送中成品油的损耗,更有利于在运行中对管道的维护,从而减少成本的投资,进而还可以最大化的提高经济效益。
参考文献
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关键词:原油;长输管道;施工;安全管理;策略分析
大庆油田自1960年以来,开发的油田资源用于我国经济的建设,对我国的工业发展起到了积极的作用,其原油产量连续几十年高产稳产,创造了全球油田资源开发的辉煌。对于大庆来说,原油运输经过了多次变更,最终选择原油长输管道运输这种高效低成本的运输方式为主,其它如公路、铁路等运输方式为辅,成就了大庆油田的辉煌。为了有效的防止管道运输过程中,由于长时间的连续作业,管道接口腐蚀出漏洞、管道壁耐压能力下降,产生管道裂缝等原因造成原油泄漏故事,必须在长输管道施工中进行科学有效的安全管理,提高施工人员的社会责任感和集体荣誉感,才能继续保持大庆油田的工作作风,为国家发展提供支持。
一、原油长输管道施工安全管理的意义
原油长输管道施工安全管理主要有两方面,一方面是对施工管道的使用安全进行管理,监督施工工艺、控制施工质量,保证施工严格按照方案进行。另一方面的施工安全管理,是指施工人员个人及其施工对他它的人身安全的管理。原油长输管道施工安全管理意义重大。通过安全管理,能够校正施工工艺的错漏,保证施工人员的人身安全,保证油田原油长输的安全无泄漏,对于提高油田的经济效益,降低油田维护成本,具有直接的作用。
二、原油长输管道容易发生的问题
由于大庆油田的原油为蜡基原油,长距离管道输送时,需要加热输送、原油热处理、高压输送[1]以及添加剂处理等,而且这些处理措施是伴随着管道连续输送进行的,经过几年的时间,管道壁和管道接头等腐蚀越来越重,就会减弱耐压、耐腐蚀能力,从而发生原油泄漏事故,危害十分严重。分析其原因,主要是施工工艺失误,施工材料不合格、施工管理不到位造成的。因此,在原油长输管道施工中,加强安全管理,加强对施工方案、施工工艺、施工材料等的管理监督和控制是十分重要的。
三、原油长输管道施工安全管理策略
原油长输管道施工安全管理的重点是施工人员,首先需要对施工人员的人身安全进行反复强调,提高施工人员的安全意识;其次需要针对施工环节进行安全管理监督。
3.1施工作业安全管理策略
长输管道施工作业包括管道铺设施工、泄漏管道修护施工。前者是在无原油、无压力等条件下施工,安全管理较容易,只要做好施工监控,把好质量关即可。对于后者,需要施工人员在对漏洞进行修补的同时,既要保证施工的整体性安全,又要保证施工工艺的安全性。因此,施工作业安全管理需要首先制定科学合理的管理计划,有针对性的分阶段、分层次[2]、分步骤地实施对管道的管理。其次,要采取先进的管理手段,如现场监控技术、信息管理系统、自动化控制技术等,对现场施工进行动态监督、时时控制和管理,从而提高施工质量。最后,要从施工材料和施工方案入手,加强安全管理。需要建立材料管理制度、施工责任制度和检验制度,通过制度约束施工方案,通过管理约束施工人员,通过检验控制施工质量。
3.2安全管理的调解策略
传统的管理方法往往存在安全管理与施工现场矛盾重重,调解困难,影响原油长输管道的施工质量。针对这一点,需要进行管理改革,改变管理视角,提高责任意识至关重要。全员管理、全员监督的管理手段对于矛盾的协调十分有效。所谓全员管理,就是无论是管理层,还是施工现场的工作人员,都有责任和义务对施工环节进行监督与质量控制,这种责任和义务的执行就是安全管理的重要内容,也是安全管理与现场矛盾的所在。也只有全员管理这种形式,能够调动施工人员的积极性,将管理渗入到个人职责中,自然而然的就会减少矛盾的产生。另一方面,管理层人员结构需要更新,由于原油施工责任重大,需要既懂管理,又懂技术同时对现场施工环境与条件较熟悉,施工方案较了解的人员去承担管理重任,这样的管理人员能够掌握技术人员的心理,懂得技术工艺是否合理,对于矛盾的协调既科学合理,又容易让人接受。
3.3安全管理的功能发挥策略
安全管理的功能就是对施工作业进行保驾护航与促进施工作业高质量完工。安全管理的功能发挥需要动力,这种动力来源于管理方法,其一建立奖励制度,对解决一些施工中的技术难题[3]的技术人员进行相应的奖励与通报,激励并调动其它技术人员的积极性,从而实现安全管理的目的。其二是建立质量追溯管理体系,现场施工的材料、施工工艺和施工方法、施工人员、监管人员等信息都要输入追溯管理体系中,出现问题,便于对责任的追查,追溯体系有利于促进施工质量的提高。其三是建立完善的安全保护措施。通过灵敏的开关阀等电气保护措施,通过对机械的时时在线监控保护措施,通过安全可靠的高低压汇压阀等泄放保护措施,来保障施工安全,从而提高施工质量。
此外,引入HSE管理体系[5],做好风险评价和隐患治理工作[6],能够为原油长输管道施工提供安全保障。
四、总结语
原油长输管道施工安全管理对于大庆油田的可持续发展至关重要,需要转变管理思维,更新管理方法,引进先进的管理体系,才能在施工中介入安全管理,协调矛盾,全方面对施工做好安全管理,
参考文献
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关键词:城镇;天然气;输气管道;结构;设计;安装
1 我国城镇天然气产业的发展关于城镇天然气管道设计探讨
六十年来,我国的城镇燃气经历了由单一的人工煤气到人工煤气再到液化石油气和天然气三气并存的发展过程。改革开放以来,从80年代利用焦炉气和化肥厂释放气为主城镇燃气,到90年代初期在广东沿海等地首先使用进口液化石油气作为城镇燃气的主要气源,再到90年代末期至21世纪初,陕气进京、西气东输,我国城镇燃气行业进入前所未有的发展阶段。国家从能源战略的层面上也对天然气的开发利用高度重视,在规划、建设、政策以及资金上都给予支持。除化工和发电之外,管道天然气在城镇燃气中广泛应用于居民生活、工业、商业等各个领域,推动了城镇燃气行业的快速扩张。
2 城镇天然气输送管道的结构特点
新时期城镇现代化改造进程加快,天燃气工程是其中不可缺少的项目之一,关系着城市、集镇地区的燃料供应水平,进而影响了区域产业的可持续发展。输送管道是天然气运输体系的核心构成,在很大程度上影响了燃料能源的输送效率。以下为城镇天然气输送管道的结构特点:
①距离长。城镇指的是城市、集镇等两个不同级别的区域,因而天然气工程涉及的范围较广。城市与集镇之间的离差异较大,天然气输送管道所连接的距离也随之延长。对于天然气输送而言,两地管道之间的间距应给企业或用户使用燃料。
②施工难。较大,容易降低输送过程的作业效率,无法及时地供输送管道工程的施工难度大,整个施工流程常会遇到不同因素的阻碍。首先,城市天然气管道输送量大,采用大管径的管道开挖更大的管槽,结构空间受限破坏了地下其它管线的连接;其次,集镇地区的地理环境略差于城市,输气管道设计方案受到了地理条件的约束,增大了后期施工的难度。
③风险大。据了解,近年来国内天然气泄漏事故的发生率较之前上升6.2%左右,既危害了城镇地区的环境安全,也导致了严重的经济损失。这是由于天然气输气管道结构安装质量不合格,面对日趋增大的输送流量,管道出现开裂、脱节等问题,使得天然气输送存在巨大的质量隐患及安全隐患。
④结构多。天然气是一种新型的燃料能源,为了保证燃气定时定量地传输到位,必须为其配备完善的管道设施。除了主要的管道结构外,输气管道工程还需安装使用其它辅助构建,如:管道的焊接件、加固件等,必要时为管道增加支护结构。结构组合构件的数量多、形式多,增加了管道安装的难度。
3 城镇天然气输气管道的设计要点
天然气不再局限于自然资源的开采使用,其逐渐演变为一种新型的能源产业,为其它产业经济提供了足够的能源保障。城镇是新时期现代化建设的重点区
域,天然气工程建设是完善基础设施的必备条件。结合输气管道的结构特点,设计人员在规划输气管道中需制定科学可行性的方案。
①管道方案。选定输气管道方案时,管道分布及安装情况决定了天然气输送的效率。根据城镇周边的地理环境来看,确定输气管道方案需重点考虑用气点和路径两方面。具体情况:规划用气点应考虑城镇人口密集区域,尽可能设计在用气量较多的地点,方便天然气的供应输送;路径设计坚持“最优、最短”的原则,设计管道路径之前,安排专业人员到工程现场勘测检查,以免地质条件对管道安装造成阻碍。
②安全措施。针对天然气运输期间存在的安全隐患,输气管道结构设计需采取相应的安全防护措施,降低爆炸、泄漏等事故的发生率。其中,需要考虑的工艺内容包括管输气体的构成、输气数量及可控制范围等。如:在输气站设计越站旁通,进出气站的光纤应配备断阀装置,截断阀设计考虑合理的安全间距。通过这样的安全设计,天然气输送过程发现紧急情况时,利用自动或手动完成断阀操作,便可控制泄漏事故的发生。
③难点控制。设计阶段是城镇天然气输气管道规划的过程,引导了后期施工单位完成管道安装的作业秩序。因此,设计管道结构需注意难点控制,提前解决安装操作面临的种种难题。比较常见的管道难点,即大跨度、河流等特殊路段,此区域地理条件特殊,设计不当会破坏管道结构的完整性,造成输气泄漏、管道受损等质量隐患。如:埋地管道与公路、铁道、河流、地下管线等存在交叉的,应当设计标志桩作为警示;交通事故多发地段,对输气管道增加防护结构,增强管道的抗冲击能力。
4 城镇天然气输气管道安装技术的流程
城镇天然气输气管道结构设计方案确定后,设计单位审核无误,应及时交给施工单位。施工是输气管道工程的核心环节,管道安装则是最为关键的内容。从工程质量、输送需要、燃气安全等角度考虑,施工单位安装前规划的作业流程需包括:
①前期准备。施工现场准备安装需要用到的工具、材料,检查人员详细核对管道的型号、规格、质量等是否符合设计图纸要求。进行管道、沟槽的清理,以免杂质物影响到各节管材的组合安装。
②编制工艺。从掌握的工程资料编制施工工艺,使其对安装操作更具有指导性。除了正常的操作流程外,管道安装工艺要重点考虑城镇地区等级的标准,确保输气管道的强度系数。参照管道工程所处区域的地质环境、用气量等考虑施工中的强度指标,见表1。
③安装施工。管道结构形式不同,其安装操作的流程也大不一样。城镇天然气输气管道工程日趋增多,各种新型的管道结构得到推广应用,安装人员需保证结构安装的质量。这里以“无缝管”为例,其是近年来比较先进的管道,在使用寿命及强度性能等方面均优于普通管道。“无缝管”的安装方法:先把钢管预热至240℃,管道硬度减弱则更容易安装。依照输气管四周的地质环境,加固管道埋设的区域。
④泄漏处理。针对管道安装操作失误造成的泄漏事故,施工人员应立即采取措施处理,谨防现场发生爆炸。降压处理是常用的方法,包括直接焊补、嵌填焊补、复贴焊补、更换管道等。小范围泄漏紧急执行直接焊补方案,大范围泄漏则立即更换管道。
5 结语
综上所述,传统粗放型经济产业模式导致能源过度耗损,引发了能源供应不足。合理地开发利用天然气资源,不仅可以缓解国民经济发展带来的能源问题,也可显著控制传统能源造成的环境污染。加强输气管道结构的设计及安装,在保证工程质量的前提下提升了城镇天然气输送使用的效率。
参考文献:
关键词:油田 原油集输管网 规划 优化 多目标
一、原油集输管网系统概论及现状
原油集输就是把油井生产的油气收集、输送和处理成合格原油的过程。这一过程从油井井口开始,将油井生产出来的原油和伴生的天然气产品,在油田上进行集中和必要的处理或初加工。使之成为合格的原油后,再送往长距离输油管线的首站外输,合格的天然气集中到输气管线首站,再送往石油化工厂、液化气厂或其他用户。概括地说油气集输的工作范围是指以油井为起点,矿场原油库或输油、输气管线首站为终点的矿场业务。油井、计量站、集中处理站是收集油气并对油气进行初步加工的主要场所,它们之间由油气收集和输送管线联接。
原油集输工程是由“井一管一集输站”组合成的集输管网系统,它是原油工业的重要组成部分,是油田地面工程中的主体工程,其投资占整个油田地面工程的60%以上,占整个油田工程的30%左右。因此,进行原油集输管网的优化对降低整个集输系统的造价具有十分重要的意义。
我国大部分的原油集输管网系统是在不断发展中形成的,不可避免地出现布局不合理,难以满足不断发展的原油工业生产的需要。因此,对于新建管网系统需要进行最优规划,在满足原油生产的条件下,使管网系统的投资和营运费用最省。在市场经济追求企业效益最大化的目标下,管线平面布置应该寻求能够满足生产需求的最顺畅短捷的树枝状径路,以实现建设投资上的节约,即费用最优目标;与此同时,考虑到确保生产连续以及企业系统运转的安全可靠,即效用最优目标。
因此,怎样对原油集输管网系统就行规划设计,有效的控制运输管网路线,降低原油输送的成本,是提高油田企业经济效益的一个重要途径。
二、原油集输管网系统优化研究
1.利用最优化理论规划管网
原油集输管网系统主要由采油井场、处理站和管线两部分组成,可用一个网络系统来描述,所涉及的采油井、中转站、集中处理站都是网络节点,所有可能铺设的管道构成网络。集中处理站的位置、数量和管网的布置是影响原油集输系统投资费用的最主要因素。因此,需对整个集输网络系统进行优化分析原油集输管网优化,主要是针对原油集输管网布局的优化和集中处理站选址,以合理铺设管道、合理分配管网流量,减少管道的总投资。
1.1 原油集输管网系统布局优化
原油集输管网系统布局优化主要技术路线:运用系统布置设计理论,构造由各个作业单位以及它们之间可行的管线布置径路组成的加权简单图网络模型;应用图论中求解最小连接问题的理论与方法,寻求加权简单图的最小树作为管线平面布置方案的基本构架;在模糊聚类分析的基础上确定各作业单位相对重要度等级关系,并据此对基本构架进行调整与改进,得到优化的管线平面布置方案。
通过综合的井-管-站系统的优化方法,不仅对节约建设投资费用和集输运行费用,还方便运行管理。这种方法将集输管网的加权中心问题和最小生成树结合起来,首先确定出油气集中处理站的最佳位置,然后优化输油管网的布局,是进行原油集输管网优化的一种行之有效的方法,对各种复杂地形,复杂的气候条件下集输管网的设计都适用,因此在原油管网设计中该方法具有普遍意义。
1.2 集中处理站的优化选址
集输站就是一个典型的集输管网系统的中心,集输站的选址问题也就自然而然地成为原油集输网络的关键所在。它涉及到运输路线的选择与规划,而运输线路的长短直接影响着运输成本。在分析石油集输网络的基础上,巧妙地将图论中最短路的矩阵算法应用于石油集输站的选址问题,使原油的总运输距离最短,从而把原油输送的物流成本降到最低。
目前集中处理站的选址方法有很多,特别是近几年计算机的迅猛发展,为各种选址方法的实现提供了强有力的工具。定性的选址方法主要有德尔菲分析法、优缺点比较法,而定量的选址方法则越来越多,常用的有重心选址法、线性规划选址法、图上作业选址法、模拟选址法、运输规划选址法、逐次逼近选址法等,每一种方法都有其侧重点。
2.多目标分析法研究原油管网
原油集输系统除了路线问题外,还要考虑费用、管道承压、风险等问题,管网布局的核心问题是弄清楚管网系统对规划运力的响应,针对关键的工艺参数,选择技术可行、经济合理的满足运行工艺的方案。进行井一站系统的拓扑优化设计过程中是以管网系统的总费用和该系统的相对风险数作为评价指标,因此,首先给出管网系统的总费用和该系统相对风险的数学模型和计算方法,以此作为目标函数,用AHP法确定井站的拓扑优化结构,目的在于满足约束条件,使整个管网系统费用省且风险较小。这种计算方法设计管网系统可分以下步骤:①最短树构成法求出一级集气站和集气总站间管网系统的MT;②用SI算法求出管网系统的SMT;③由前两步确定的若干SMT拓扑结构,由费用最省得出若干个管网布局的单目标优化方案;④用AHP方法优选费用省且风险小的最佳布局方案。
这种算法不仅选择费用少,而且考虑风险小的方案,通过综合考虑产生最优方案。长庆、新疆许多实例分析结果表明,这种方法建立的集输管网运行优化模型和采用的优化算法切实可行,此集输管网优化方案既可用于优化该集输管网的日常运营,又可用于指导集输管网的改造和未来规划。
三、结论
1.原油管网系统规划设计需要考虑环境因素、突发事件、腐蚀性气体,扩建改造以及油藏生产规律等多项因素,需要在生产中发展不断完善,此外,为保证安全连续生产,需要对连接集输系统中重要组成部分的最短径路管线布置方案进行调整,以期形成围绕重要组成部分的管网局部小循环,达到减少费用的目的,才能达到较好的效果。
2.原油管网系统规划设计问题,实际上是对管网系统运行工况进行模拟,找出系统中那些可能严重制约系统运力的因素,经过优化后使管网系统的运行参数达到合理匹配,以满足规划和市场的要求。
3.原油集输系统设计要求应用系统的观点,将油气集输工程放在整个开发建设项目的总环境中统筹考虑,以达到总体优化之目的。
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~6;9.
俄欧能源博弈的风向标
南溪管道非常重要,牵连着多个国家的切实利益。2007年6月,南溪管道项目由俄罗斯天然气工业股份公司(简称“俄气公司”)与意大利埃尼集团(Eni)发起,从俄罗斯新罗西斯克开始横穿黑海,从保加利亚港口瓦尔纳上岸,在普列文(Pleven)分为两支:向西北进入塞尔维亚、匈牙利、斯洛文尼亚和奥地利,向西南进入希腊和意大利。上述管道沿线国家大多为“亲俄派”国家,同时该管道还牵连着德法等国的利益。俄气公司在南溪管道运输公司中持股50%,意大利埃尼集团持股20%,德国巴斯夫集团温特夏尔(Wintershall)公司与法国电力集团各持股15%。俄罗斯与保加利亚、塞尔维亚、匈牙利、希腊、斯洛文尼亚等国签署了项目陆地部分的政府间协议。2012年12月7日,南溪项目在俄罗斯克拉斯诺达尔边疆区阿纳帕开工。曾预计从2016年第一季度开始商业供气,2018年全面投产,但目前看工程很有可能延后。南溪管道项目运输量预计将达俄罗斯天然气出口的35%。
南溪天然气管道具有重要的地缘政治和经济意义,是俄罗斯能源管道外交的重要抓手,也是欧盟打压俄罗斯的重要目标。
首先,南溪管道是俄罗斯反制欧洲制裁的突破口之一。在乌克兰危机背景下,欧洲国家呈现两派之争:以德国、中东欧国家为代表的“挺乌派”坚持降低对俄罗斯的依赖,以奥地利、意大利等国为代表的“亲俄派”主张继续依靠俄罗斯。利用南溪管道沿线国“亲俄派”力量,有利于帮助俄罗斯反制西方制裁。冷战时,苏联通过与意大利埃尼集团进行能源合作,培养起一批欧洲的亲苏国家,使其在苏美争霸中保持中立。如今,在俄罗斯与西方进行“制裁式”新冷战的背景下,通过南溪管道拉拢西方阵营中的亲俄力量,也是俄罗斯离间欧美关系、突出重围的捷径。
事实上,南溪管道沿线国在缓和西方对俄制裁方面也发挥了一定作用。作为南溪管道的最大客户和受益国,意大利在西方对俄罗斯制裁上态度暧昧,意大利外交部长多次呼吁不要急着开展对俄制裁。早在1968年,奥地利就不怕得罪美国而成为第一个与苏联签署天然气供应协议的西欧国家;如今,作为过于依赖俄罗斯天然气的南溪管道受益国,奥地利更不愿意对俄制裁、自断气路。今年3月,塞尔维亚总统尼科利奇、奥地利总统菲舍尔、希腊副总理兼外长韦尼泽洛斯都不赞成制裁俄罗斯。斯洛文尼亚每年与俄罗斯贸易额达16亿欧元,5月其外长表示,对俄罗斯实行经济制裁会对自身产生负面影响,严重时可能造成本国GDP减少1.3%。2014年5月,德国外长施泰因迈尔称,与俄罗斯的对抗可能导致欧洲的新分裂,主张慎行反俄制裁。“亲俄派”国家视经济利益重于政治利益、局部利益重于欧盟整体利益,使得欧盟难以建立统一的能源外交政策,易被俄罗斯分化瓦解。
其次,该管道有利于降低过境风险,压制乌克兰的民族主义势头,产生巨大的地缘政治与经济效应。南溪管道可避免经过外高加索和里海地区国家及乌克兰和罗马尼亚等国家,减少运输路程、节约运输成本,但受到乌克兰等国反对。6月18日,乌克兰总理亚采纽克表示,吸引美国和欧盟企业参与建设统一的乌克兰天然气运输系统将使乌克兰满足向欧洲输气的所有新条件,使原计划通过南溪管道输送的天然气都过境乌克兰。
第三,打压欧盟能源来源多样化的势头,同时使里海和黑海的天然气竞争对手边缘化。为降低对俄罗斯的依赖,2002年2月,奥地利与土耳其发起纳布科管道项目,并得到欧美支持。该项目经过阿塞拜疆、格鲁吉亚、土耳其,拟将中亚和里海国家(土库曼斯坦、哈萨克斯坦、阿塞拜疆等)的天然气输往保加利亚、匈牙利、罗马尼亚和奥地利。但到2013年6月,纳布科天然气管道项目在筹划近11年后宣告流产。因为南溪天然气管道不但占尽地利(气源足、运输距离短、成本和实施难度低、可行性高),而且也有天时(比纳布科管道投产早)与人和(参与国倾向性比较高)等优势。
总之,南溪管道风波是多重矛盾同时呈现的万花筒。从中折射出欧盟委员会与成员国的矛盾,欧盟成员国之间的矛盾,俄方与欧、美、乌方的矛盾,短期制裁需要与长期能源安全的矛盾,经济利益与战略博弈的矛盾,能源战略多元化与路径依赖的矛盾,等等。
欧美政治风险的牺牲品
南溪管道被欧盟叫停事出偶然,但却在情理之中,可谓跨国投资项目遭遇政治风险滑铁卢的一大案例。
首先,欧盟的能源法律壁垒与政治压力导致部分管道沿线国妥协。欧盟曾经动用法律手段阻止南溪管道保加利亚段的建设。2013年秋季,欧盟委员会启动对南溪项目的反垄断调查。11月,欧委员会要求成员国遵守第三能源一揽子方案关于产业链与投资多元化的规定,即禁止一个公司同时从事开采、运输和销售天然气的业务,保证双边项目必须引入第三方投资。但保加利亚与俄罗斯2008年签署的南溪项目协议规定,两国公司在天然气管道供应方面享有优先权,被认为违背了欧盟第三能源一揽子方案的规定。欧盟委员会主席巴罗佐要求保加利亚立即停止有关南溪项目的一切行动,否则将对其“违规行为”启动惩罚程序。在欧盟压力下,保加利亚决定不得不暂停南溪管道工程建设。
其次,源于美国对相关国家施压的政治与外交风险。在美国主导西方对俄罗斯实行制裁的大背景下,不符合美国意愿的南溪管道项目难免成为替罪羊。俄罗斯与欧盟相关人士都指出,美国在南溪管道风波中发挥了重要的干扰作用。6月18日,欧洲议会议员、俄罗斯和欧盟能源委员会联合主席科瓦奇认为,保加利亚和塞尔维亚决定暂停铺设南溪管道是美国干预欧俄关系的表现。各国议会联盟匈牙利―俄罗斯友谊分部负责人沃纳指出,欧方暂停南溪管道并非自作主张,而是出于美国指使。6月24日,普京表示,作为竞争者的美国正利用政治、外交等方式竭力破坏南溪项目的落实,就像数十年前美国阻挠苏欧进行能源合作一样。
总之,如果说南溪管道项目是三套车,其行进必须依靠动力克服阻力,一旦阻力大于动力就导致南溪管道停摆。动力阵营包括俄罗斯、亲俄派及管道沿线国家,阻力阵营包括美国、欧盟委员会、乌克兰等。各方阵营算盘各异。俄罗斯推动南溪管道项目旨在开拓欧洲市场、绕开乌克兰、增加收入以振兴经济、反制西方制裁、落实“2035能源创新战略”的能源结构调整计划,而意大利、奥地利等亲俄派国家旨在获取更便宜的管道气、保障能源供应安全、克服欧债危机、振兴经济。美国旨在制裁俄罗斯维护威望、开拓欧洲能源市场。乌克兰则着眼于报复俄罗斯吞并克里米亚、避免自身过境地位被南溪管道削弱。欧盟旨在配合美国制裁俄罗斯。促进能源供应多元化、为可再生能源腾出空间等。在乌克兰危机的大背景下,阻力阵营的势头稍微强于动力阵营,加上天时、人和等形势不利,南溪管道目前搁浅。
南溪管道风波的溢出效应
南溪管道风波削弱了俄罗斯在欧洲市场的地位,使俄欧能源关系面临重构。俄欧已有的能源结构性矛盾被乌克兰危机激化,而暂停南溪管道便是能源摩擦迸发的火星。不知不觉间,俄欧当初提出的建立共同能源空间的目标更加渺茫,建设俄欧四个统一空间(经济空间、内部安全空间、外部安全空间和科学、教育、文化空间)也将沦为空谈,甚至可能被人们淡忘。
南溪管道风波为欧洲乃至世界能源市场带来溢出效应。欧盟叫停南溪管道,意在降低对俄罗斯能源的依赖,为各自其他的能源伙伴带来更多合作机遇。俄罗斯的能源“绣球”将更多地抛给中、日、韩、印等亚太国家;卡塔尔、阿尔及利亚和美国等能源出口方将获得欧方的更多市场空间,欧洲页岩气开发、新能源企业也将获得更多商机。俄欧能源贸易不顺,将促进世界能源市场的重心从西方逐步向东方转移、卖方市场向买方市场转变。
南溪管道风波有利于加强“欧洲能源”等全球能源治理机制的地位。乌克兰危机与南溪管道风波背景下,欧盟特别注重用“欧洲能源”、“新伙伴关系协定”谈判和WTO等机制对俄罗斯施压,要求俄罗斯开放国内能源资源、能源市场、能源基础设施、善待外国能源投资。俄罗斯也开始利用国际法院、WTO等全球能源治理机制进行维权。俄罗斯天然气工业公司总裁米勒表示,南溪管道项目不违背第三能源一揽子方案规定。鉴于与欧盟委员会就南溪项目是否符合欧盟法律的谈判进展不顺利,4月30日,俄罗斯将欧盟第三能源一揽子方案诉至WTO争端解决机制。俄罗斯在提交给世贸组织的磋商请求中称,欧盟的第三能源一揽子方案歧视第三方参与当地天然气生产、供应和运输,不符合WTO相关文件规定的义务和责任。俄罗斯将WTO从原先为欧盟牵制俄罗斯的工具,转化为俄罗斯维护自身权益的武器,对弱化西方在世界能源与国际经济领域的话语权与机制霸权,具有重要意义。
叫停南溪管道是欧盟能源战略调整的一环,可为欧盟开展多元化能源外交,加强同更多的能源出产国合作腾出空间。在东欧、里海地区、高加索地区和中东等东部方向,欧盟与乌克兰、哈萨克斯坦、阿塞拜疆、土库曼斯坦和沙特阿拉伯等国家达成能源合作意向或协议。欧盟积极支持里海―黑海能源走廊的发展,并修复经乌克兰进口俄罗斯天然气的基础设施。在南部方向,欧盟除了与阿尔及利亚结成战略伙伴外,还同埃及、摩洛哥和约旦达成能源合作协议。欧盟研究同中东和马什雷克地区间的新互联计划,同伊拉克结成能源伙伴,深化与海湾国家的合作。欧盟还积极开发本土页岩气、进口美国油气、加强可再生能源发展。
针对欧盟的能源战略攻势,俄罗斯积极落实能源创新战略,切入能源外交“双头鹰模式”。一方面,稳定西方市场。普京向欧洲做出保证能源稳定供应的承诺,并利用攻心为上、分化瓦解、各个击破的策略,维护与欧洲客户的关系。在俄乌斗气方面,俄罗斯也留有余地,反乌克兰不反欧洲,对乌克兰断气的同时保障对欧能源供应。
另一方面,利用多边机制开拓能源市场。俄罗斯加强与亚太国家的能源合作、与中国签订4000亿美元合同、推动俄罗斯第二大天然气出口商诺瓦泰克的发展、利用贡渥石油贸易公司影响国际油价、引进外资共同开发北极油气资源、召开第二届“天然气欧佩克”峰会、承办第21届世界石油大会等举措,都旨在加强俄罗斯的国际能源地位。