摘 要

摘　要：以第三屆亞洲沙灘運動會火炬供氣工程為例，從氣源的選擇、供氣管徑的確定、調壓計量設備選型、管材選擇及敷設方式等方面論述了天然氣火炬供氣設計方案。關鍵詞：亞洲沙灘

摘　要：以第三屆亞洲沙灘運動會火炬供氣工程為例，從氣源的選擇、供氣管徑的確定、調壓計量設備選型、管材選擇及敷設方式等方面論述了天然氣火炬供氣設計方案。

關鍵詞：亞洲沙灘運動會  天然氣火炬供氣方案

Design of Natural Gas Torch Supply System for Third Asian Beach Games

Abstract：Taking the natural gas torch supply system for the Third Asian Beach Games for example，the design scheme of the natural gas torch supply system is described in terms of selection of gas source，determination of pipe diameter，type selection of pressure regulation and metering equipment，selection of pipe material and pipeline laying mode．

Key words：Asian Beach Games；natural gas torch；gas supply scheme

 

1　概述

海陽市地處黃海之濱、山東半島的中南部、膠東半島南翼，南臨黃海，北接半島內陸，位于煙臺、青島、威海三個開放窗口城市中心地帶，有“東方夏威夷”的美譽，2012年第三屆亞洲沙灘運動會(以下簡稱亞沙會)便在海陽市旅游度假區舉行。該地區天然氣的開發和經營權屬我公司，給亞沙會火炬供氣即成為必然。根據公司管網現狀、氣源情況、火炬臺現場及亞沙會火炬設計方所提供的技術參數及其他綜合因素，提出火炬供氣方案，見圖l。

 

2　火炬供氣氣源的確定

①主氣源一：管輸氣源

主氣源一是我公司與上游氣源公司貿易計量交接點，距上游氣源方門站約lo km，上游氣源方門站輸出主管規格為SDRllPE80 NOD 200mm(NOD指公稱外徑，中間尚有約2 km的SDRll PE80 NOD160mm管道)，輸出壓力為0.32MPa。主氣源一距火炬調壓計量柜約有5km的距離(其中約4km為SDRll PE80 NOD l60mm管道，1km為SDRllPE80 NOD 200mm管道)?；鹁嬲{壓計量柜距火炬距離為0.2km。火炬設計方提供的火炬高峰用氣量為4000m³／h，平均用氣量約2000m³／h。經過計算，主氣源無法滿足火炬平均用氣量的需求，必須有補充氣源。

②主氣源二：新建計量站

上游氣源公司門站出站尚有另一路管道(規格為SDRl l PE80 NOD 200mm)，該路管道末端距門站約3km，距我公司城區主管網(規格為SDRllPE80 NOD 250mm)約2km。在該管線末端新建計量站(見圖l)，計量站后敷設規格為SDRll PEl00　NOD 200mm管道，并與我公司主管網對接。新建計量站距火炬支管道入口約l0km(中間含有2km的NOD 200mm管道)，經過計算，火炬支管道入口壓力為0.204MPa，最大流速為8.964m／s，完全可以滿足火炬的平均用氣量。

③氣源三：LNG氣化站

在長輸管道通氣之前，LNG氣化站一直是海陽旅游度假區的主要氣源。該氣化站是我公司于2005年作為海陽市招商引資項目投資建設的(見圖2)。主要設備有兩臺l00m³立式LNG儲罐，一臺2000m³／h空溫式氣化器，一臺2000m³／h水浴式氣化器，一臺200m³／h卸車增壓器，一臺400m³／h的BOG增壓器。日供氣量約10×10⁴m³／d。將LNG氣化站作為氣源三，其出口壓力為0.27MPa，出口管道規格為SDRll PE80 NOD 250mm，距離火炬調壓計量柜約7km，與主氣源一、二配合完全可以滿足火炬高峰用氣量。

 

④氣源四：CNG儲配站

鑒于亞沙會的重要性，為了確保亞沙會火炬順利燃燒，我們在準備以上氣源的同時又投資建設了CNG橇裝儲配站。該CNG儲配站設計出口壓力為0.30～0.35MPa，儲配站準備CNG氣瓶車6～8輛，隨時準備特殊情況下對管道進行補氣。

3　火炬支管道管徑的確定

從輸配主管網到跨海大橋始端還有1.15km的距離，跨海大橋(始端)距火炬臺中心火炬(該段以下簡稱跨海大橋段)有0.05km，火炬的高峰用氣量為4000m³／h，用氣壓力為l5～20kPa?？紤]到施工和運行方便，決定火炬支管道前段l.15km采用SDRll PEl00聚乙烯燃氣管道埋地敷設，后段0.05km跨海大橋段設計兩種方案：鋼管架空敷設于橋身下面或聚乙烯管海底敷設。

因尚要在火炬支管道上距支管道起點lkm處設置調壓計量柜(見圖l)，以滿足火炬用氣壓力，因此，管徑的確定即分為兩段：調壓前與調壓后。調壓計量柜進口壓力應不小于0.16MPa。

①調壓前管道管徑

當整個城市主管網輸氣系統采用環狀供氣時，火炬支管道入口處進氣壓力為0.26MPa。

將NOD l60、200、250mm管徑分別代入水力計算公式計算，得出以下數據：

NOD l60mm管道出口壓力為0.144MPa，平均流速為27.9m／s；

NOD 200mm管道出口壓力為0.225MPa，平均流速為15.9m／s；   

NOD 250mm管道出口壓力為0.248MPa，平均流速為9.8m／s。

根據以上計算結果，決定采用SDRll PEl00 NOD 200mm聚乙烯管為火炬調壓前管道。管道設計壓力為0.4MPa，設計使用年限不少于30年，設計溫度為-20～30℃。

②調壓后管徑

火炬用氣壓力為15～20kPa，火炬調壓計量柜出151壓力為20kPa，火炬調壓計量柜出口至火炬距離為200m。將NOD 250、315、355mm管徑分別代入水力計算公式計算，得出以下數據：

NOD 250mm管道出口壓力為14.2kPa，平均流速為29.8m／s；

NOD 315mm管道出口壓力為18.1kPa，平均流速為18.5m／s；

NOD 355mm管道出口壓力為19.0kPa，平均流速為14.5m／s。

選用SDRll PEl00 NOD 315mm聚乙烯管為火炬調壓后管道。

③跨海大橋段管材及敷設方式的選擇

亞沙會火炬安裝在跨海大橋末端火炬圓臺中心，火炬距離大橋始端直線距離為0.05km，大橋下方一直存在海水沖刷。根據這一特殊環境，我們擬定了兩個方案。

方案一：用鋼管架空敷設于跨海大橋橋身下面，長度為50m的Æ325×7鋼管質量約3000kg，加上相關支架等附件和管道天然氣，總質量不超過4t，通過咨詢亞沙會組委會，橋梁設計承重完全可以滿足管道的敷設。

鋼管架空敷設優勢是緊貼橋身下面，不容易受到海水沖刷和腐蝕，但鋼管吊裝、固定施工難度大。

方案二：聚乙烯管埋設于海底。管道抗漂浮計算公式如下^[1]：

W ≥ KFs               (1)

式中W——單位長度管段總重量，包括管自重、保護層重、加重層重，不含管內介質重，N／m

K——穩定安全系數，大中型工程取1.2

Fs——單位長度管段靜水浮力，N/m

經過計算，單位長度管段總重量不應小于645N／m，即質量為66kg／m，而NOD 315mm管材質量為27kg／m，因此，管道埋地必須增加質量不低于39kg／m的加重層。

聚乙烯管埋地敷設施工中溝槽開挖、管道接口、固定難度大，而且在淺沙灘受海水沖刷影響大，長時間埋在海水中很容易出現管道移位甚至漂浮的情況，對供氣造成嚴重的安全隱患。

考慮到亞沙會火炬供氣的重要性，一定要保證供氣的連續性，且經過安裝隊伍現場勘查分析，我們決定采取方案一，即采用鋼管架空敷設，以避免管道在供氣過程中出現異常情況。經過計算，跨海大橋段采用鋼管后，水力計算結果也滿足要求。

4　調壓計量設施的選擇

調壓計量柜內安裝兩路調壓計量裝置，在兩路并聯的前提下增加旁通管將兩路裝置連接?；鹁嬲{壓計量柜工藝流程見圖3。燃氣計量設施安裝于調壓器之前，一路采用工況(298.15K，0.26MPa)流量為l000m³／h的渦輪流量計；另一路計量采用工況(298.15K，0.26MPa)流量為650m³／h渦輪流量計：調壓器最大流量>4500m³／h。

 

5　漂管施工浮力和吊架間距的計算

鋼管沿橋身下承重梁架空敷設，鋼管的吊運和固定成為施工的重點。

①鋼管浮力計算

將鋼管焊接、探傷完畢后兩端封死，將鋼管放入海水中，依靠海水浮力將鋼管移至橋下方合適位置進行固定。單位長度管段靜水浮力計算公式為^[1]：

 

式中¡W——所穿水域的海水的重度，N／m³

d——管道外直徑，m

所穿水域海水密度取1030kg／m³，管道外直徑取0.325m，經計算得Fs=713N／m。

Æ325×7無縫鋼管單位長度質量約54.90kg／m，即重量為538N／m。

由于單位長度管段靜水浮力大于管材自重，因此管道完全可以采用海水漂浮施工。

②鋼管跨度計算

管道水平架設于橋面下，所允許的最大跨度可根據以下公式心1計算，式(3)按強度條件計算，式(4)按剛度條件計算。

 

 

式中Lmax——管道的最大允許跨距，m

s——管材額定許用應力，Mpa

j——管子橫向焊縫系數

W——管子斷面抗彎矩，cm³

qm——管道單位長度的重量，N／m

E——在計算溫度下管材彈性模量，Mpa

J——管子斷面慣性矩，cm⁴

其中，s查表取133MPa；j查表取0.7；W查表取544.4cm³；qm取538N／m；E查表取2.05×10⁵MPa；J查表取8846cm⁴。

按強度條件計算，Lmax=19.95m；按剛度條件計算，Lmax=44.06m。

因此，管道水平架設最大允許跨度不應超過19.95m，根據現場橋梁的結構情況及考慮管道安全系數，設計雙桿吊架的跨度與橋承重梁間距相同，即跨度為10m。每個承重梁兩側各安裝一組吊架，兩吊架固定螺栓處用槽鋼連接(施工時采用等徑圓鋼直接焊接)，見圖4。

 

6　保障措施

在火炬調壓計量柜前增設凝水缸，及時排除試運行過程中管道中的積水及雜質；準備調壓計量柜備用過濾器和流量計；調壓后管道末端與燃燒器之間增加DN 300mm過濾器，在橋梁承重柱上增加承重支架，保證過濾器不增加吊架負荷。

7　結語

通過與亞沙會組委會、上游氣源方及火炬設計方的全方位溝通與協作，亞沙會主火炬于2012年4月15日第一次試點火成功，運行狀況良好，由此可見天然氣火炬供氣設計方案是可行的。第三屆亞洲沙灘運動會已于2012年6月16—23日成功舉辦，火炬從點火到熄滅堪稱完美。

 

參考文獻：

[1]嚴銘卿．燃氣工程設計手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，2005：135-140．

[2]柳金海．管道工程安裝維修手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，1997：486-551．

 

本文作者：王文化  楊  洋  商永淼  劉  榮  楊琳娜

作者單位：淄博綠能燃氣工程有限公司