天然气长输管道在沉管穿越施工中的安全管控分析

天然气长输管道在沉管穿越施工中的安全管控分析

丁章克 1 方亚芬 2

1. 云南省天然气有限公司 云南 650200

2.云南安科安全技术有限公司 云南 650025

摘要：目前，我国经济在快速发展，天然气作为一种环保性清洁能源，在国内外得到了广泛的应用，天然气的输送、储存和输配是天然气工业的重要组成部分，其主要的输送方式为管道输送，天然气站场作为长输管道的重要组成部分，管道天然气经过分输站的过滤分离、计量、调压输送至用户，因此天然气输气站场的安全、稳定运行至关重要。天然气输气站场在选址时，由于规划、征地、安全等因素，天然气站场可能坐落于不良地质条件上，如淤泥质粉质黏土等软土地基，此时如果地基处理不当，地面新建设备、管线等载荷大于淤泥质黏土的承载能力，在施工过程中或施工完成后的一段时间内会发生沉降，使埋地管线、设备倾斜或变形，影响天然气站场的安全运行，甚至引发泄露或爆炸等事故。因此对工艺设备管道的沉降问题的防护在天然气管道站场建设中是很重要的。

关键词：天然气长输管道;沉管穿越施工;安全管控

引言

在与既有天然气管道交叉时采用顶管施工方法，可能对既有天然气管道造成影响，轻则引起天然气管道周边土体滑移导致管道应力集中或损伤管道外防腐层，重则损坏天然气管道引起泄漏，进而引发火灾、爆炸事故，造成人员伤亡和财产损失。

一、天然气长输管道站场的分类及特点

（一）天然气长输管道站场分类

天然气站场可以分为清管站、分输站、压气站和联络站，具有流量计量、过滤分离、对下游用户的分输控制，以及对介质进行调压输送的功能。站内主要的工艺设备有收发球装置、旋风过滤装置、计量调压装置、压缩机、排污罐、放空设施以及各类阀门等配套设施。

（二）天然气长输管道站场的特点

天然气长输管道工程具有以下特点：

1.相对流动性，管道与介质之间是相对流动的，因此，要求管道内部尽可能光滑，以减少摩阻力。

2. 固定性，天然气管道经焊接或法兰连接固定后，除改造等特殊原因外，管道一般不会发生位移。

3.输送的连续性。天然气管道建成、投产后，一般情况下均需连续运行。

4.危险性，管道系统中或泄漏的天然气和空气混合后达到一定的程度，一遇到明火就会发生火灾、爆炸的危险。天然气能与空气形成爆炸性混合物，且爆炸下限较低（3.6～6.5%V），输气管道一旦发生泄漏，短时间内会有大量天然气泄漏到空气中，在特定条件下，在泄漏源周围有可能形成爆炸性天然气团，遇到火源时将发生爆炸。

（三）天然气长输管道站场沉降的影响

当天然气长输管道站场发生沉降时，埋地管线、设备倾斜或变形，严重时可能撕裂管道，造成天然气泄漏、扩散。天然气的泄漏不仅会影响管道的正常输送，还会污染周围的环境，空气中氧含量明显降低，使人窒息，同时增加了火灾爆炸的危险。当管道系统密封不严时，天然气极易发生泄漏，并可随风四处扩散，遇到明火极易引起火灾或爆炸。

二、沉管穿越施工中的安全管控

（一）焊接质量安全管控

影响管道对口焊接质量的因素贯穿焊接的整个过程，因此必须对焊前、焊中、焊后进行全过程监控。管道对口焊接时，应以焊接工艺评定报告为依据编制焊接工艺规程，焊工施焊必须严格遵守焊接工艺规程。施焊前做好各项准备工作，将坡口及两侧各10cm区域内钢管表面上的污物、杂物以及坡口内侧加工毛刺清除干净，保证坡口及两侧各10cm范围内的内外表面露出金属光泽。沉管穿越焊接施工时应对焊接管道预热，预热时需遵守焊接工艺规程，注意把控预热温度和层间温度。当风速超过GB50369－2014《油气长输天然气管道工程施工及验收规范》第10.1.5条规定或现场为雨雪天气时，应采用防风棚，确保棚内施工条件满足焊接工艺规程。施焊过程应遵照焊接工艺规程，提高焊接质量。严禁在坡口以外的管材表面上引弧和试验电流。一旦出现电弧烧伤部位，应立即用砂轮进行打磨。在管道施焊过程中，焊条更换时应保证迅速快捷，在熔池冷却前将焊条更换好再进行引弧。下向焊接应遵循“薄层多遍焊道”原则来提高焊接质量。焊口施焊完毕后，应整体进行外观质量检查，检查前应清除焊缝表面熔渣、飞溅等杂物。外观质量检查合格后再进行焊缝的无损检测，最大程度保障焊缝的施焊质量。

（二）施工过程中的监测、控制措施

顶管施工的监测、控制包括对管道顶进以及沉降的监测与控制。顶进过程中应随进同步监测偏差变化，保证顶进轨迹在预期范围，对偏离超标及时矫正，将最大偏差控制在限值内。顶管施工的沉降量主要由顶管机顶进的附加推力引起。根据现有顶管穿越工程经验，顶管顶进过程中每4h进行一次沉降测量，当路面日沉降量大于2mm，累计大于20mm时，及时采取针对性措施(如加压水泥浆、粉煤灰等)，以防地表变形沉降。地面沉降有严格要求时，应选择对正面阻力有精确计量装置的平衡式顶管机。顶管施工时主要以预防为主，控制顶进速度。施工时，应委托具备相应资质的第三方单位对顶管工程实施现场监测。监测单位应编制监测方案。施工期间天然气管道建设单位人员应到场监护。

（三）合理选择回填土材料

回填土应选择土质均匀，粗颗粒占一定比例，级配连续的优质土，不得含有杂草、烂泥等垃圾物。同时在平整前，应先清除表层浮土、淤泥、植物根系等杂物。根据当地气侯条件，以及含水量、载荷等环境条件，选择土质均匀，粗颗粒占一定比例，级配连续的优质土。淤泥和淤泥质土不能用作填料，但是软土地区，该类土经过处理后，其含水量符合压实要求后，可用于回填中的次要部位。填土前，应将基底表面上的垃圾或树根等杂物、洞穴都处理完，清理干净；并检验各种土料的含水率是否在控制范围内，如含水率偏高可采用翻松、凉晒等措施；如含水率偏低，可采用预先浇水润湿等措施。

（四）沉管安全管控

1.选用合适角度的牵引缆

当穿越河流的水流湍急，在沉管穿越施工中使用可调整角度的牵引缆。在管道下潜过程中，需要适当调整牵引缆角度，保证管道下潜时位置始终在管道水下沟槽中心线的正上方。在选用角度时要考虑牵引缆的最大载荷，防止角度牵引缆发生断裂。角度牵引缆使用白棕绳，白棕绳以剑麻为原料捻制而成，其抗拉力和抗扭力较强，耐磨损、耐摩擦、弹性好，突然受到冲击载荷时不会发生断裂。

2.沉管穿越施工过程安全管控

为确保整管在下沉就位过程中的安全，首先检查各设备吊点和辅助吊点的吊钩与吊耳之间，吊钩与吊绳之间的连接是否牢固;其次在管道下潜时必须考虑流冲量，各项工作准备就绪，现场必须统一指挥下达沉管指令。此外，各吊点应统一协调、同步作业，做到逐步松缆，每次下沉不得大于0.5m，确保管道在下沉过程中受力、各吊点受力均在可控范围内。

结束语

天然气长输管道输送的介质为可燃天然气，由于存在很多不确定性因素导致埋地管道沉降发生，一旦天然气管道失效，导致输送介质泄漏，不仅影响正常运行，可能会引发安全事故，造成严重经济损失，对人身安全、社会和环境超成恶劣影响。因此，在天然气长输管道站场的施工过程中，应根据具体情况，采取适当的预防措施，选择合理的施工方法，提高施工质量，确保工艺设备管道的安全运行。

参考文献：

［1］杨惠丰．长距离土压平衡顶管工程设计与施工［J］．煤气与热力，2017，34(5):B22－B27．

［2］王胜炎，茅斌辉，顾紫娟，等．深埋天然气管道精确探测技术探讨［J］．煤气与热力，2018，35(4):B01－B05．

［3］李水明．浅析顶管轴线偏移对上覆土层的影响［J］．非开挖技术，2017(4):68－72．

作者1：丁章克，云南省天然气有限公司工程技术部经理

作者2：方亚芬，云南安科安全技术有限公司 技术负责人

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