油气管道设计系统的优化研究

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　　　　第２　５卷第　３　期　　　　　油　　　　气　　　　储　　　　运　

　　　　油气管道设计系统的优　化研究　　　　　赵　保　才　　袁　海　玲　　谢　军　

　　　　（　中原　石　油　勘　探　局　勘　察　设　计　研　究　院　）　（　　　中原　油　田天　然　气　管输　处　）　　　　　　赵保才

　　　　袁　海玲等　：　气管　道设　计　系统　的优化　研究　，　油　油气储　运　，０　６２　（）３　￣４　。　２０　，５　３　７　０　

　　　　摘　　要　　指　出将　风　险评价　方　法用　于油　气管道　站场及　其　局部走　向设　计　，　以　降低　风　险　，　可　有效　控制　

　　　　管道　工程　投资　。介　绍　了长　输　管道参　数优　化　方法和　工　艺设　备设　计计　算　软件　，　次将“　价　推　荐工　艺方　　首　评

　　　　案”　改为　简便　易操作　的“　化评　价工　艺　方案”　有效提　高　了工　艺设备　的设　计　工效　。　优　，　　

　　　　主题　词　　油气　田地　面工　程　　天　然　气管道　　风　险评价　　软件　　　　　高到低　依次　为公　路穿　越　、　田　、　滩　、　水　河　山坡　和旱　地　。　　　　　　一　　　　、

　　　　油气管道设计中的风险评价方法　

　　　　（）　３　油气　管道　外　防腐　层　失效　规　律　　油　气　管　道外　　　　　防腐　层　的老　化　程　度　取　决　于腐　蚀　环　境　即　土　壤　中含　盐　

　　　　量　、　Ｈ　值　以及　运行　时　问　。其　中运　行　时　间　、　壤　理　化　　ｐ　土　　　　在油气　管道　站　场及　其　局　部　走　向的设　计　中　，　用　　应　风　险评价方　法将　可使　相　关　的要　素　定　量　化　，　在　可接　　能

　　　　受　的风险准　则　内选　择管　道　的站　址　及　其　局　部走　向　，　以　　　　　性　质　对油气　管　道　防腐　层　绝　缘　性　能　影　响　较　大　，　防腐　　其　　　　层　老　化程度　由高　到低　依　次　为　水　田　、　地　、　滩　、　旱　河　公路　　　　　穿越　和　山坡　。　　

　　　　降低　风险　或避　免不必　要　的风险　投资　。　　　　　　１　　国　内管道风　险分　析技术　的研　究进　展　　、

　　　　（　）　气管道　内腐　蚀　原　因　内腐　蚀　形　成　因　素　包　　４油　　

　　　　括　含　水　量　、　Ｓ　Ｃ　、　Ｈ　值　、　送　压　力　、　解　盐　　Ｈ。　、　Ｏ。　ｐ　输　溶　类等　。　　　３　　影响　新建　油气　管道　风　险水　平　的基本　因素　　、

　　　　国外管　道风　险分析　技术　自　１　９　９　５年引　人我　国　，　工　　程技　术人员　正在　积极探　索该　项技　术　在我　国　的应　用途　　径　，　参考　了　国际通　用　管　道　风　险评　价　模　型　评　分体　系　　在

　　　　的基　础上　，　结合　西南　油气　田油气　管　道的实　际　，　建立　和　　　　　开发　了　国内在役　矿　场　油气　管道　风　险评　价　指　标体　系　、　　

　　　　油气　管道　事故　统计　分析　见　图　１　。事　故　主要　原　因　　是制　管质　量　，　涉及焊　接　缺　陷　、　管材　质　量　、　内腐蚀　、　三　　第　　　　方破　坏　和外腐　蚀　。　　

　　　　在役　长距　离油　气管　道　风　险　评价　体　系　、　役　矿　场　油　气　　在　管道　和在役　长距　离　油　气　管道　风　险　评　价　软　件　，　先后　对　

　　　　川　渝　地　区多条　在役油　气管　道进行　了应用评　价　。　Ｉ　　　２　　油气　管道　失效　形式及　其规　律研　究　　、

ｐａｇｅ　１

　　　　（）　１　管材模　拟　腐蚀　试　验　　在试　验　室　模　拟　土　壤　的　　组　分环境　，　测定　管体　金　属　和　外　防　腐层　材　料　在　其　模　拟　

　　　　腐蚀　环境　中的失重　率　及　其绝　缘　电　阻变　化　率　，　为确　定　

　　　　埋　地油气　管　道　在　环　境　土壤　中　的　失　效　规　律　提　供　基　本　　数据。　　

　　　　（　）　气管道　外腐　蚀　规　律　　油　气　管道　管　材　的外　　２油

　　　　腐　蚀程度　随着　ｐ　值　的增　加　而　降　低　，　着　含　盐　量　的　　Ｈ　随　增　加而　增　加　。在　无　防腐　层　或　防　腐　层　被　破　坏　的　情　况　　下　，　气管道　的土壤　腐蚀　程度　较严　重　，　油　其腐　蚀程　度　由　　

　　　　＊４　７　０　，　南　省　濮　阳　市　；　５０１河　电话　：０　９　）　８　３　７　。　（３　３　４　２　１　３　

　　　　图　１　油气管　道事　故统计分析　图　　　

　　　　从　图　１可知　，　气　管道　事　故　基　本　符　合　“　盆　”　油　浴　曲　　　　　线　规律　。　　　　　　－

　　　　３　？　８　　　　　　油　　气　　　　储　　运　

　　　　４　新　建油　气　管道风　险评　价　模型　　、　油　气管　道　的风　险评价　就是　分　析并展　示　有效　缓解　

　　　　好，　维持　现有　设计　方案　。　　

　　　　（）　３　中等风　险级　　处　于　该　风　险　等级　的管　段　属　于　　　　　油气　管道　面临　的风　险　。新　建　油气　管道　风　险评价　模　型　

　　　　过　渡性　区段　，　般处　于一　、　一　二类　地　区　，　段较　安全　，　管　大　　　　　是一　种基　于危　险独　立性　、　最糟　情况　及　相对性　等　假设　，　　　　　　采用　国　际通用　的指　标体　系评　价法　模　型（　图　２　。　见　）　　　　　根　据记录资料和与操作　　人　员谈话采集　资料　

　　　　多　数管　段　目前　的保　护　条　件　能　满　足　正　常使　用　的要　求　，　　　　　　维持　现　有设　计方　案　。　　

　　　　（）　高风　险级　　处　于该　风　险等　级　的管　段属　于　　４较　事　故　正在　萌生　的　区段　，　般处　于二　、　、　一　三　四类　地　区　，　多　　　　　数管段　目前的保　护条件达不到正常使用　的要求　，　管　

　　　　蒙　ＩＩ　指　ｌ　ｌ　指　　误作　　　　　腐　标　设　标　指　　蚀　　　计　操　　标　　　　指　标总和　

　　　　泄漏影　响系数　　管道介质危　险性　

　　　　段　可靠　性　较低　，　管段　存在　不　安全　隐患　，　需对　原设　计方　　　　　案　进行　部分　修改　。　　

　　　　（）　５　高风险级　　处　于该　风　险等　级　的管　段　属　于　即　

　　　　将　发　生事　故或人　口稠密　的区段　，　一般　处　于　四类　地　区　，　　　　　　扩散系数　

　　　　相对风　险分值　

　　　　多　数　管段　目前　的　保　护条　件　已丧　失　应　有　的保　护　功能　，　　　　　　图　２　新建　油　气　管　道　风　险　评　价　模　型　

　　　　管段存在很多不　安全隐患　，　应立即修改原设计方案。　　　　　　表　１　风　险　等　级　划　分　

　　　　ｓ　新　建油气　管　道风　险评　分指　标体　系　　、

　　　　新　建油　气管　道　风险评　价　的指标　体　系仍然　按　照　国　

　　　　实　际风险分值　　风险等级　　实际风险分值　　风　险等级　　Ｏ　Ｏ　　～１０　１　１　１０　０　～　３　　　　　１　１　１０　３　～　７　

　　　　际惯例　采用　百分　制　评　分　，　影　响　新　建油　气　管　道　风　险　　即

　　　　性　的　四类　主要　因素仍各　定　义为　总分　１　０　０　分　　。　四类　　主要　因

ｐａｇｅ　２

素依　次为　第　三　方　破　坏　、　蚀　、　计　和　误　操　作　。　腐　设　　　在给各　类　因素　的子　因素　评分　时　，　用　了本　项　目针　对　　利　新建输　气　干线所　进　行　的环境　调查　、　场测　试　及　失　效　　现　　　　低　　较低　　　　　中等　

　　　　Ｉ　１　９　　７　～１０　Ｉ　１　２　　　　～２０　９　　　　较高　　高　

　　　　二、　基于风险　的油气管　道设　计评价软件　

　　　　在　油气　管道　事故　模式　影　响参数　确　定　的情　况　之下　　进行　风险评　价　，　将　其　评　价　结　果　以报　表　和　图　形等　方　　并

　　　　式显　示　、　印　。虽　然　风　险评　价　油　气　管　道　的设　计软　件　　打　内部　结　构　和流程　比较　复杂　，　操作　界　面简单　明了　，　但　便　　于用　户　的操　作　，　原　型设　计　、　其　分析　和模　块应用　了　目前　

　　　　规律研　究　的结　果　，　各　子　因　素　的　种类　进　行　确　定　、　对　细　　分　，　对各　子　因素　的评分　权重　进行　确定　，　目的是使　　并　其　所建　立　的新建　油气　管道　风险　评价　基本　模　型更　加　符合　

　　　　我　国油气　管道　的环　境　条　件　、　行　工　况　和　管　理技　术水　　运　平等　方　面　的实　际情　况　。　　

　　　　（　）　对风险　分值　　相　对　风　险分　值　等　于指　标　总　　１相　和与泄漏　影　响系　数　的　比值　。其　中　，　标　总　和　等　于第　　指

　　　　三方破　坏指标　与腐　蚀　指标　、　计　指　标　和误操　作　指　标　　设

　　　　流行　的面　向对象　程　序　设　计　（　ＯＯＰ　方　法　，　主　要功　能　　）　其　模　块　为登　陆校验　、　风险指　标　、　据计算　、　数　结果　输　出　、　密　　码　设　置　、　三方　破　坏　、　蚀　、　计　、　操　作　、　漏　影响　　第　腐　设　误　泄　　　　和帮　助　（　图　３　。　见　）　　　　　数据调入　

　　　　之　和　。泄漏影　响　系数　等　于　管　输　介　质　危　害性　（　当时　性　　危　害与　长期性　危　害之　和）　扩散　系数　（　与　管输　介　质　泄漏　　率　与人　Ｅ密　度　之　比　）　比。　当　时　性　危　害　等　于　燃　烧　　ｌ　之

　　　　性　（　）　反　应性　（Ｎ，　Ｎ，　、　）和有毒　性　（　）　和　。　Ｎ　　之　　　６　　风　险等　级　和基　于风　险评　价的　管道设　计　参数　　、　　　　控制　　　　　数据计算　

　　　　各　风　险等级　（　表　１与　新建　油气　管　道各　管　段　现　　见　）　　　　状条　件　的大致对　应　关　系定　义　如下　。　　

　　　　柱状图　　　ｌ　ｌ表格输出　Ｉ　输出　　　　Ｉ管道　跟踪输出　　

　　　　（）　１　低风　险　级　　处　于　该　风　险　等　级　的管　段　很　安　　全　，　般处　于一　类地　区　，　一　管段　目前　的各　项保护　条　件很　　　　　完善　，　持现有　设计　方案　。　维　　

　　　　１　　　Ｉ　＼丫　…Ｉ　ｒ　不较险　。　．　‘　－　小　　分辇　　　　　风　于风值ｒ　满　．　—　高　　硝　　　　　—　险　—　值　一　．　口　禾　　　　　　结束　

　　　　（）　２　较低　风险　级

　　　　处　于　该　风　险　等　级　的管　段　较　安　　　　　图　３　设计　评　价　软　件　结　构　模　块　图　

　　　　全，　一般　处于一　类地　区　，　管段　目前　的各　项保　护条　件较　　　　　第　２　５卷第　３　期　

　　　　赵保　才等　：　油气管道设计系统的优化研究　　　　　—　　　　—

　　　　两相　邻　压　气　站　问　管　段气　体　平　均　密度　，　　　　　　ｇ　Ｌ　　／　；

ｐａｇｅ　３

　　　　三、　管道参数优化方法　

　　　　涉　及　油气　管　道　工　艺参　数较　多　，　化　的总　目标　是　　优　评价期　内投　资和　运行　费用　达到最　低值　。结　合经　济评　

　　　　价　，　管道　工　艺　设　计　中优　化　设　计　压　力　、　导　方　案　设　　在　指　计　、　少设计　周期　和提　高设计　质量　。　减　　　　　　—　—

　　　　Ｌ　——　两相　邻压　气　站　问管段　长度　，　ｍ；　　　ｋ　　　　　　Ｃ　—　—燃　料　能单　位成　本　，　ｍ。　，　元／　；　　　　　　彻　—　—　气体　透平　效　率　；　　　　　　—　—

　　　　系统　寿命　，　；　ａ　　管道　利用　系数　；　　　　　　在油气　管道及沿线　站场组成　的油气管道　系统　

　　　　中，　定沿线　管径　不变　，　假　压气　站沿　着油　气管　道均　匀布　　置　，　海拔　高度相　同　，　且　则管　道参数　的优　化方　法　如下　。　　　　　　１　优　化　目标　　、

　　　　ｎ　～ｎ　——　常数　。　１　５　　　　　　２　元件模　型　　、

　　　　卢？　（　？　？　　Ｒ　ｏ　　　Ｌ　＼　Ｑ　２　？　　　　　　　　　乙　　Ｔ　、　８　　　？　　　。　｝　　　　＝

　　　　目标　函数　为　油　气　管道　投　资　的年　折　旧费用　、　气　　压　　　　站投　资的年　折　旧费用　、　年操　作费　用之　和　：　　　　　　Ｓ＝　Ｓ　　＋　Ｓ　＋　Ｓ　ｐ　　　。　　　（）　１　　　　　×　南　　　　一　　　　

　　　　ｃ　５　，　　　（　６　）　　

　　　　ｓ＝　ｎ　ｚ？Ｐ。　？Ｄ　＋　（　＋　ｎ　）　ｎ　ｓ　　　　　ｓ　（　　　　：

　　　　：　２？ＰＤ　？Ｄ　　＝　＝ｎ　　　　）　。Ｄ　？　？　　Ｐ　　　　（）　２　

　　　　一ｚ　。　　ｎ南　ｎＰ　Ｄ　　　？　？＋　？　　　　ｓ　一　　？Ｐ　　？Ｄ２　＇　　＋　

　　　　设　计压　力与　压　气　站　排　出　压　力　成　比例　，　简　便起　　为

　　　　见　，　假定　的　Ｐｏ—　ｎ。　Ｐ　？　　　代　入式　（　）　得到　：　将　　？　　　Ｄ　５，　　

　　　　ｓ一　　　（　　　　：　。。　．　　　　）　？　　

　　　　Ｌ　（　　　　３　）

　　　　＝ｎ。垒　　　＝ｓｐａ　　　＝　＿Ｐ　—上　—　ｙ　‘Ｌ　　　　　一　ｎ　－Ｐ　？Ｄ　　＋　ｎ　　　　　　　。？　　　　＿　

　　　　（）　７　

　　　　Ｓ一　　ｏ（　ｐ　　　　式中　　　　Ｌ　？　　

　　　　￣ｐ　）　Ｙ？　？　　　　　　　（　　４　　）

　　　　令　——　　Ｄ　　。　一　ＯＳ将　有极　小。　。　ｄＰ　（　　万　　，　值。　　　？　　　　）　Ｈ　　　阻　　　　　　一

ｐａｇｅ　４

　　　　：　ａ　。—　—　　　５．　—　—　　　　　　ｐ　　‘　Ｌ　　　　　２　　　　　　寺　　　　一　ｏ　　　　（）　８　

　　　　ｓ　——　油气　管　道投　资　的年　折　旧费用　，　；　　　元　　ｓ　——　压气　站　投资　的年折　旧费用　，　；　　　元　　　ｓ　——　年操　作　费用之　和　，　；　　　元　　　　　　ｃ　——　钢　管质　量单位　成本　，　／　ｇ　　　　元　ｋ；　　　　—　—

　　　　（　？　２）　Ｐ　Ｄ．叫＝ｆ　１　５　　　　　　ａ　１　　Ｊ　１　　　　＝　　　．　　　　一

　　　　钢　材　的密度　，／ｍ。　ｇｃ　；　　

　　　　丁　（　ｒ）　ｃ　＼ｎ　　　　　　』　号　　，　　

　　　　Ｌ　　　１　Ｏ　叩　　　　　ｆ　ａｌ　　　６　ｃｌ　０　　

　　　　ｋ　——　管　道设　计　系数　；　　　Ｌ　——　管　道　长度　，ｍ；　ｋ　　

　　　　仉　——　屈　服应　力　，　ａ　　ＭＰ　；　Ｐ　——　管道设　计压　力　，　ａ　　。　ＭＰ　；　Ｄ　——　平　均　管径　，　　　ｍｍ；　　　　×『　－　　　　　　］　专　　　　　　Ｊ　　　　　　（）　９　

　　　　油　气管　道投　资　的年折　旧费用　（　　　为　：　Ｓ）　　　　　　Ｓ　＝　２。ａ　０‘ａ　２　。　＝　＝ａ　ｌ　１　　

　　　　ｆ　俨——　装　机　功率单　位　成本　，　ｋ　；　元／　Ｗ　　　　　　Ｑ　　——　气　体　质量流　量　，ｇ　ｓ　　ｋ／；　　　　—　—　　　　一

　　　　Ｌ（　？　　　　　　丝生　

　　　　Ｇ　　，　ｒ　　　Ｌ　　　　　　）　寺　　　　　　］　言　　　　Ｊ　　

　　　　压缩　机效率　；　　

　　　　，　——透　平　降级　系数　；　　　　　　×ｆ　－　　　　　　（）　１　　ｏ

　　　　△　——　两压气　站　间摩　阻压力　损失　，　ａ　　Ｐ，　ＭＰ　；　　　　－

　　　　４　？　０　　　　　　油　　气　　　　储　　　　运　

　　　　压气　站投　资　的年　折　旧费用　（　　　为　：　ｓ）　　　　　　ｓ　～　　　？　　　　　　打　　　　　印　

　　　　＝　　油气工艺设备设计计算软件　

ｐａｇｅ　５

　　　　～　　［　　　　　　］　寺　　　　　　…　　

　　　　辑　　　　霎　ＩＩ　　　ｉ　　　ｌ　　　　　　Ｉ＜　　检　　　　　　记　录　　文　件　　　　　帮　　助　　系　　　　　统　

　　　　×　　）　（　ｉ　　

　　　　年操　作费用　（　）　：　Ｓ　为　　　　　一　　　　　　１　　

　　　　一　口　　’　　

　　　　计算动态库　　Ｉ　０　格　式及　要　求　　／　算　法　　数　据　结　构　　　　　＝

　　　　（　　Ｌ　？ｎ　　ｒ？　４？　Ｙ　？“　　　　　　图　４　软件调用结构　图　　　　　　×丽　　　［

　　　　×　　）　（　。　　

　　　　式　中　　——　达西摩　阻系数　；　　　　　　］　亏　　

　　　　２　界　面和　运行　环境　　、

　　　　用　户　界　面采　用　菜　单　与对　话　框　结　合　的方　式　，　主菜　　单显　示　系统所　有　的功　能　，　据　输　入　和输　出采　用　导　航　　数　对话　框　，　方便　数　据修　改　。　　　对　硬件无　特　殊要　求　，　支持各　种　打　印机　，　以随时　　可　打　印所需　的　内容　。能　运行　于　Ｗ１　ＮＤＯ　９　ＷＳ　８及　以上　　环境　，　实现全　汉　化操　作　。　　

　　　　Ｚ　删——管　段气　体平　均　压缩　系数　；　　　Ｒ——　气体　常数　，／　ｔｏ　？　；　Ｊ　（　ｌ　Ｋ）　ｏ　　　　　　—　—

　　　　管段　气体　平均　温度　，　；　℃　

　　　　Ｍ　一　一气体　摩　尔质量　，　／　ｏ　；　ｇｔ　ｌ　ｏ　　　Ｐ　　一　一管段　气体　平均　压力　，　ａ　　ＭＰ　；　ｎ　～ｎｚ　６　ｌ　——　常数　。　　　忽　略　与输　量　不成　比例　的　一些　成　本　，　如　长　途通　　例　　　　五、　结　　　　论　

　　　　（）　气管　道　的　风　险评　价　体　系　是　以评　分　指　标　体　　１油　系　法建　立　的　，　研究　方法　符合　国家　及行业　标　准　，　其　风险　　评　价模　型遵　循　国　际惯　例　，　价　指　标　体　系　的分　级　标　准　　评　及　处　理方法　符合　我　国油气　管　道　的实　际情　况　。应用　该　　风　险评　价技　术　可　以降低　风　险或避　免不　必要　的风　险投　

　　　　资　，　取得　较好　的　经济效　益　、　能　社会　效益　和环境　效　益　。　　　　　　信、　管道施工　、　压气站　的一些组件等　，　油气管道投资　

　　　　的年　折　旧费用　、　气站　投资　的年　折　旧费用　、　压　年操　作　费　　用　与气　体　质　量　流　量　（　　　和　管　道　长　度　（　成　线　性　　Ｑ　）　Ｌ）　　　　关系。　　

　　　　（　）　油气　管　道设计　参　数优　化过程　中　，　２在　预先　将经　　　　　四、　工艺设备设计计算软件　　　　　１　软件主　要功　能　　、

　　　　济　指　标引入　工　艺设计　参　数优　化　中　，　次将“　价　推荐　　首　评　工　艺　方案　”　为简　便易操　作　的“　改　优化评　价工　艺方　案”　　。　（　）　艺设　备设　计计　算　软件　有　自主版权　，　机界　　３工　人　面友　好　，　有通　用性　和　实用性　

ｐａｇｅ　６

、　准化　设备　及　材料数　　具　标　据　库　检索　快　，　用　方便　的优　点　。实　际应用表　明　，　使　应用　　工艺　设备设　计　计算　软件　能有　效　提高　工作效　率　。　　　　　　参　　考　　文　　献　

　　　　１　赵保　才等　：　，　风险评价　在油气　管道技术　研究中的应用　，　中国工程咨　

　　　　询　，０　３　２　。　２　０　（　）　

　　　　工艺设　备设　计计　算　软件　调用　结　构　见　图　４　。该　软　

　　　　件可　通过菜　单　系统进　行调　用　，　同　时调入　操作　台　，　能　其　

　　　　以下　各项　功能可　以相　互　支持　。　　　（　）　气工　艺设　备　设　计　计　算　　分　为工　艺　和　设　备　　１油

　　　　两大部　分　，　主要　涉及　输油气　管道　、　用油　气　工艺设　备　　常　构件　设计计　算　。计算　公　式和计算　方法遵　循现　行规　范　　　　　及标　准　。　　

　　　　（）　２　标准　材　料　参　数　数　据　库　　主　要　涉　及　封　头　、　法　　兰、　强圈、　补　支座　、　孔　、　人　型钢等　标准　构件　数据　。　　　　　　（　收稿　日期　：０　５０　—７　　２　０　　２１　）　　　　编　辑　：　凡　强　　孟１

ｐａｇｅ　７