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1、中油（新疆）石油工程有限公司?? ??新疆克拉玛依市?? 834000
克拉玛依市富城能源集团有限公司?? 新疆克拉玛依市?? 834000
摘要：天然气管道是用来传输天然气介质的基础建设，由于天然气具有易燃易爆等特点，一旦发生泄露等问题严重威胁和谐社会发展与用户生命安全。对此文章对天然气管道设计的重要性进行分析，并探讨天然气管道可靠性设计策略。
关键词：天然气；管道设计；可靠性；天燃气管道
引言
随着现代化经济不断发展,人们对于能源需求量日益提升,作为我国重要的能源输送端口,天然气管道建设的重要性也得到有效彰显。而基于天然气集输系统的特殊性,如何以最小的经济成本建设天然气管道,并获取最大的经济效益,是相关天然气建设部门所要考虑的问题。而对天然气管道优化设计不仅能够有效解决上述问题,还可规避天然气输送管道发展过程中的问题。因此,对天然气管道优化设计进行研究具有重要现实意义。
1天然气长输管道设计的重要性
首先，保障管道的运行安全。天然气长输管道的设计工作，必须遵循相应的标准进行，在施工中也要规范施工操作方法，然后采取相应的安全措施。因此做好设计工作，就可以降低危险问题的发生概率，保障长输管道的运行安全。设计工作是整个长输管道安装施工的第一步，也是重要的环节之一。高度重视设计工作的开展，就可以从源头上控制质量，保障安全，降低后期损坏的几率。其次，节约资源能源。随着社会经济的高速发展，天然气企业的数量与规模也在不断增加，各种资源能源也面临着枯竭。天然气资源属于不可再生资源，对人类的发展做出了巨大的贡献。为了节约资源能源，延长使用年限，就需要做好天然气长输管道的设计工作，提高管道质量，降低危险发生的概率，为企业带来更多的经济利润，保障后期的使用安全。
2天然气管道设计常见问题分析
2.1管道能耗问题较为严重
天然气管道输送能耗可分为直接能耗和间接能耗。燃料消耗、燃气在输送过程中与管道设备摩阻产生的能量消耗,压缩机组在运行的过程中消耗的燃料统称为直接能耗。这种能耗能通过一定的方法来降低,比如优化燃气输送工艺、降低摩阻、降低压降损失等方法,但不能完全消除。天然气被无效地释放,管线或者设备密闭不严导致天然气泄漏统称为间接能耗。
2.2老化失效
近几年来，我国天然气长输管道出现的质量问题越来越多，造成了大量资源能源的浪费，还污染了生态环境。出现这一问题的主要原因就是质量不合格，选用的管材不符合实际，才会出现各种管道破裂的问题。现阶段，我国天然气长输管道使用最多的材质为螺旋缝埋弧焊钢管。这种材质的焊接缝较长，当压力较大，运行时间较长时，就会增大破裂的几率。天然气长输管道也有着一定的使用寿命，尤其是安装中进行一些打孔和焊接等操作，随着使用时间的推移，出现裂纹是在所难免的。如果没有做好维修养护，就会出现各种质量问题。此外，天然气管道还会受到土壤、电流等物质的腐蚀。如果管道受到腐蚀损坏，就会直接出现穿孔，非常容易引发火灾。
2.3可靠性设计有待提高
天然气管道服役环境日益复杂,新材料、新技术不断地应用于实际工程实践,高压力、大流量的天然气管道成为发展主流。基于输气管道失效事故对人类生命财产、生态环境及其它基础设施的高威胁性,天然气管道在规划、设计、施工及运行维护全生命周期内面临的任何可靠性问题都不容忽视,在此情况下,迫切需要引入天然气管道可靠性设计方法。
3天然气管道可靠性设计方法策略
3.1确定输送工艺方案
纵观长输管道的发展历程,高压、长距离、输量大是当今天然气输送管道技术的发展方向。通过高压输送天然气,可以提高密度、降低流速、从而降低摩阻,提高输送效率。同时,天然气密度增加,可以增加天然气的可压缩性,进而降低了压缩能耗,压缩效率提高,这样,压气站就不需要很高的配置来提供大的能耗,只需要低配置的压气站来完成作业,节约了配置所需要的能耗。当然,最终的输送方案,包括管道设计压力和管径,需要由项目投资、运行成本和综合能耗来确定。通过对在不同的设计压力下,对不同管径的输气工艺进行对比得出,在管进不变的情况下,天然气输送压力越低,综合能耗越高;在压力不变的情况下,管径越小,综合能耗越高。综上所述,在长输管道的设计中,高压力和大管径可以有效降低能耗。但是在实际生产中,管径不能无限放大,压力也不能无限增高,这就需要综合考虑项目的综合成本和综合风险承担能力和控制能力。有研究表明,当天然气输送管道管径越大,则当管道发生爆炸事故后,爆炸破坏力影响的范围就越大,影响范围大小在数值上跟管径大小成正比关系,与输送压力数值平方根成正比关系。可以看出,管径大小对输气管道爆炸危害范围的影响要明显大于输送压力对爆炸危害范围的影响,所以,管径越大,所产生的爆炸安全隐患就越大。我们在确定输送方案的同时,既要考虑输送效率和降低能耗,也要考虑输送管道的安全性能和输送过程中产生的风险。
3.2合理选择管材
天然气管道的特点为路线长、跨度大、分布区域较广等，因此受损率就比较高。这时就要做好管材的合理选择，在天然气长输管道设计中，也是非常重要的一点。因此第二步就需要合理选择管材，并且给予高度重视。首先，要对建材市场有一个全面充分的了解，对于各种管材的性能、规格等有一个充分的了解，并且要求厂商出示相应的说明书与合格证书，然后签订采购合同。其次，对于已经采购的管材，还要请专业机构的人员进行质量检测，一旦发现质量不过关，就要立即联系厂商进行退换，来保障长输管道的稳定可靠。最后，要积极运用新兴技术与材料，来提高长输管道的建设与工艺，延长管道的使用寿命。比如管道使用寿命的全面评估技术，就可以针对传统管道中存在的问题，提出有效的解决方案，保障了管道的安全运行。
3.3提高可靠性设计水平
可靠性工程旨在开发方法和工具来预测、评估和提高系统的可靠性、可维护性、可用性和安全性。由此可见,天然气管道可靠性工程的实施需要可靠性设计的支撑。目前,基于应力的设计方法被天然气管道设计标准或规范广泛采用,该方法的核心内容是保证管材本身的最低屈服应力始终高于外部荷载产生的管道应力或等效应力,通过强度设计系数反映材料、制造、施工、运行等方面的不确定性因素的影响。该系数通过工程实践经验与对失效风险的定性评估而确定,无法科学地反映管道实际服役环境变化、管道材料性能改进及运行维护技术的进步所带来的影响,往往造成管道设计安全裕量过大,增加管道建设投资。为了弥补基于应力设计方法的不足,进而提出了基于应变的管道设计方法。基于应变的管道设计方法通常指在位移控制为主或部分以位移控制为主的状态下,为了保证管道在塑性变形下能够满足极限状态而进行的设计方法,适用于重大地质灾害(地震、滑坡、泥石流等)条件下,管土发生相对位移时的设计。而可靠性设计方法是一种可以同时兼顾应力与应变设计准则的设计方法,能够依据管道的实际失效形式,采取针对性设计措施,保证管道一致的安全度,以最小的成本达到既定的安全目标,既能节省投资,又能使管道可靠性得到保障,适用于解决新材料应用、环境条件变化等带来的新问题。
结语
综上所述，对天然气管道优化设计研究是控制气田地面工程投资成本的重要手段,也是提升天然气效率的有效途径。因此相关部门应该做好天然气管道优化设计工作，提高管道可靠性设计水平，从而为油气能源传输提供有力的基础支持。
参考文献
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