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油氣管道穿河部位防護形式的演變

文檔作者：王巨洪，王強，富望舟，張玉輝，范立麗文檔來源：中國石油管道大連輸油氣分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年04月29日
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上一篇：油氣管道的腐蝕行為與防護技術(shù)

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2009正
第3期
管 道 技 術(shù)
Pipeline Technique
5 設(shè) 備
and Equipment No．3
油氣管道穿河部位防護形式的演變
王巨洪，王強，富望舟，張玉輝，范立麗
(中國石油管道大連輸油氣分公司，遼寧大連116300)
摘要：文中以東北管網(wǎng)為例，總結(jié)分析了油氣管道穿河部位防護形式演變的過程，分析了油氣管道
防護形式演變的影響因素，如采砂石的影響、河流性質(zhì)的影響、河道內(nèi)植樹耕作的影響等，并對管道防
護形式的現(xiàn)狀進行了分析，提出了目前防護形式存在的問題及解決思路。
關(guān)鍵詞：管道；穿河；防護形式；演變
中圖分類號：TE973．4 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1004—9614(2009)03—0040—02
Evolution of the Protective Form for the Oil＆ Gas Pipeline Cross．River Location
WANG Ju·hong，WANG Qiang，F(xiàn)U Wang—zhou，ZHANG Yu—hui，F(xiàn)AN Li．1i
(PetroChina Pipeline Dalian Oil&amp;amp;Gas Transportation Sub—Company，Dalian 116300，China)
Abstract：By taking the pipeline network of no~heast China as an example，this paper summarizes and analyses the evolu—
tional process of the protective form for the oil＆ gas pipeline at the cross—fiver section with the lapse of time．It also analyses the
factors，such as the mining of sand and stone，the physical pmpe~y of the river，the planting of trees，and farming in the river
channe1．that impact the evolution of the protective form for the oil＆ gas pipeline in light of the present protective form of the
pipeline，putting forward the existing problems with the protective form as well as some new ideas for their solution．
Key words：pipeline；cross．river section；protective form ；evolution
1 穿河管道防護形式的演變
1．1 管道建設(shè)初期(1970年一80年代初)
管道建成初期，絕大部分穿河管道采用下埋式穿
越，部分穿河段還采用石籠、擋土壩(墻)、漫水橋等防
護措施；隨著河水的自然沖刷，一些穿河管道逐漸采
取過水路面、擋水墻等水工保護工程?？傮w來說，這
一時期穿河管道的防護主要以毛石護砌為主要結(jié)構(gòu)。
1．2 管道投運第2個10年期(1984年一1993年)
隨著管道周邊環(huán)境的變化、河道的演變、河水沖
刷的加劇等，穿河管道逐漸暴露出河床，1984年在鐵
大線沙河穿越管道嘗試采用鋼管混凝土樁進行加固。
受當(dāng)時施工條件及施工技術(shù)的影響，這一時期主要采
用鋼管混凝土樁為主要結(jié)構(gòu)的防護形式。見圖1。
1．3 管道投運第3個10年期(1994年～2004年)
隨著施工技術(shù)的成熟及施工條件的好轉(zhuǎn)，同時認(rèn)
知了鋼管混凝土樁結(jié)構(gòu)的問題，這一時期主要采用混
凝土灌注樁為主要結(jié)構(gòu)的防護形式。見圖2。
1．4 管道投運第4個1O年期(2005年至今)
隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善，經(jīng)濟條件的許可，同時對
打樁固管加固形式進一步的認(rèn)知，這一時期穿河管道
收稿日期：2008—08—06 收修改稿日期：2008—12一叭
的防護主要以異地改線重建為主。
圖1 鋼管混凝土樁
圖2 混凝土灌注樁
第3期
2 管道防護形式演變的原因
2．1 采沙石的影響
王巨洪等：油氣管道穿河部位防護形式的演變 4l
在穿越管道上游河道中采沙一般不會對管道造
成大的威脅，但對于恢復(fù)管道的覆蓋層厚度十分不
利，一但穿越處上下游采沙坑在洪水時貫通，則會對
管道的安全造成嚴(yán)重的威脅。在管道穿越處下游河
道大量采沙，降低了河床高程，加大了河道比降，破壞
了河道的平衡。挖沙形成的沙坑只能由上游的來沙
填平，河床將發(fā)生溯源沖刷，并迅速向上游延伸，使河
床迅速下切。采沙造成的河床下切是很難用沖刷計
算確定的。如鐵大線的熊岳河，原設(shè)計最小埋深為
1．86 m，從1994年挖砂開始至2002年管線改線，經(jīng)歷
了水工保護、打樁固管直至改線重建的過程。
2．2 河流性質(zhì)的影響
平原地區(qū)的河流河床平緩，比降較小，河床土質(zhì)
基本為黏土、亞黏土，基本屬淤積型河流，行洪期雨量
雖較大，但基本無沖刷，對管道基本無影響；山丘區(qū)河
流所流經(jīng)的中上游地區(qū)，坡面陡峻，徑流模數(shù)大，匯流
時間短，水流處于不飽和狀態(tài)，行洪期洪峰暴漲猛落，
持續(xù)時間短，流量與水位變幅很大，水流挾沙能力大，
河床多由較小粒徑的砂礫石或較松散的沙、土構(gòu)成，
抗沖能力差，往往經(jīng)歷一次洪水，河床即發(fā)生較大的
變形，河床演變速度快，對管道影響很大。
2．3 河道渠化的影響
隨著城市化進程的加快，為了城鎮(zhèn)防洪排澇的需
要，把天然河道改造成兩岸岸線平行的渠道形式，河
道渠化的內(nèi)容包括河道取直、束窄、疏浚、護岸等工
程。渠化后的河道一般要比原河道窄，堤防的建設(shè)切
斷了河床與灘地的有機聯(lián)系，使洪水期的槽蓄作用減
小，河道比降變陡，流速加快，水流的挾沙能力加強，
河床沖刷變形迅速，使穿河管道裸露速度加快。加之
采沙活動的影響，每次洪水都會使河床快速下切。
2．4 樁墩工程的影響
部分穿河管道位于公路、鐵路橋的上游或下游，
穿河管道位于樁墩工程的上游時，由于樁墩和引堤的
壅水作用，穿越區(qū)流速變小，泥沙開始回淤，這對穿越
管道是十分有利的。而穿越管道位于樁墩工程的下
游時，由于樁墩阻水作用，使上下游水頭差變大，過樁
墩水流流速變大，沖刷力強，將對穿越管道的安全造
成威脅。
2．5 水工保護工程的影響
管線修建的水工保護工程結(jié)構(gòu)硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下
游河床土壤硬度，受河水的沖刷，下游河床逐漸出現(xiàn)
下切，上下游出現(xiàn)落差，隨著時間的推移，落差逐漸加
大，一旦水工保護工程損壞，管線將出現(xiàn)露管現(xiàn)象。
2．6 河道植樹、耕作的影響
大部分山丘區(qū)中小型河道尚未進行統(tǒng)一治理，在
河道上盲目地開荒種地、植樹造林現(xiàn)象十分普遍。林
木和莊稼縮窄了河道的正常行洪斷面，使水流集中，
加速了河床的深切和向凹岸的沖刷。
3 管道防護形式現(xiàn)狀分析
目前的管道防護中，管道異地改線重建滿足設(shè)計
規(guī)范要求，不存在安全隱患。其余管道防護形式基本
可以分為兩類：一類是水工保護工程，另一類是打樁
加固工程(包括鋼管混凝土樁和混凝土灌注樁)。各
種防護形式的比較見表1。
表1 各種防護形式的比較
它們都是在原始鋪設(shè)管道的基礎(chǔ)上，所進行的防
護和加固，在一段時間內(nèi)，對管道的安全運行起到了
積極防護作用，但隨著河道的演變，它們皆屬于河道
設(shè)障工程，在洪水時皆阻礙洪水的正常下泄，水流流
勢和流速發(fā)生了很大變化，使穿越處河床發(fā)生較大的
變形，威脅管道的安全運行。
3．1 水工保護工程存在問題
3．1．1 結(jié)構(gòu)尺寸不足，結(jié)構(gòu)外側(cè)沖刷管線
水工保護工程大部分為運行管理人員自行設(shè)計，
缺少必要的水文資料(某些小型河流也無水文資料)
支持，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸不足，抵御洪水標(biāo)(下轉(zhuǎn)第57頁)
第3期 劉罡等：107ym3)~,油儲罐網(wǎng) 壑 壑堡 魚 三 ：
(4)整流器輸出電流
，=1．5 ·Io
(5)整流器輸出電壓
V=1．5 ·to·R
該設(shè)計中，陰極保護對象為10萬m 油罐的罐底
板，根據(jù)上述參數(shù)進行陰極保護工藝計算，可知需要
保護電流為35．17 A．
2．2 網(wǎng)狀陽極陰極保護系統(tǒng)的建立
網(wǎng)狀陽極外加電流保護系統(tǒng)的工作原理，是陰極
保護儀將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，由參比電極控制其電
流輸出，陰極電纜連接在儲罐上，陽極電纜連接在混
合金屬氧化物陽極網(wǎng)系統(tǒng)上。工作時，電流從陽極網(wǎng)
釋放到砂層中并流人儲罐底板，通過電纜返回到陰極
保護儀的負(fù)極。當(dāng)儲罐罐底的保護電流達到一定密
度后，罐底將停止腐蝕。
網(wǎng)狀陽極外加電流陰極保護主要設(shè)施包括：陰極
保護儀、混合金屬氧化物陽極網(wǎng)、匯流點、接線箱、長
效參比電阻、陽極電纜等。
根據(jù)工藝計算，選用低電壓大電流的陰極保護設(shè)
備。隨著儲罐的運行時間的增加，底板下表面的涂層
將出現(xiàn)老化、失效現(xiàn)象，造成儲罐需要的保護電流增
大。為保證儲罐長期安全運行，綜合考慮陰保儀器的
造價，選擇75 A／50 V的恒電位儀，各儲罐的陰極保護
已統(tǒng)一安裝在陰保間內(nèi)。根據(jù)庫區(qū)罐組布設(shè)和保護
儲罐所需的保護電流，每個儲罐配備1臺陰極保護設(shè)
備，共需要陰極保護設(shè)備7臺(5用2備)，陰極保護設(shè)
備放置于該工程中新建的陰極保護間內(nèi)。
網(wǎng)狀陽極由混合金屬氧化物陽極帶和調(diào)點片組
成，陽極帶與陽極帶間距2 m，導(dǎo)電片與導(dǎo)電片間距6
m，陽極帶與導(dǎo)電片垂直交叉并焊接成陽極網(wǎng)。
將陽極網(wǎng)敷設(shè)于罐底板下面的墊層中。為滿足
罐基礎(chǔ)的強度要求，設(shè)計采用了在沙墊層中混入石粉
的方式制做罐基礎(chǔ)墊層?？紤]到陰極保護電流的傳
導(dǎo)，陰極保護設(shè)計采用了先壓制罐基礎(chǔ)，基礎(chǔ)成型后
再挖槽，安裝陽極，再回填沙的方法進行施工。
接線箱位于罐區(qū)防火堤內(nèi)，采用防爆型接線箱，
帶有陽極電纜及參比電極接線柱。
為監(jiān)測儲罐罐底外壁的陰極保護效果，在儲罐底
板中心、底板中心至罐壁半徑方向、罐周圍埋設(shè)長效
銅／硫酸銅參比電極。保護標(biāo)準(zhǔn)為相對于飽和銅／硫
酸銅參比電極的儲罐陰極保護電位不高于一0．85 V．
3 結(jié)束語
不加設(shè)陰極保護的原油儲罐大修周期約為6～8
年，施加陰極保護措施后，預(yù)計至少可以延長為l5年，
同時減少了腐蝕穿孔、漏油的可能，避免污染環(huán)境，降
低了生產(chǎn)成本。由工程實踐可知，大型1o萬m 罐采
用網(wǎng)狀陽極陰極保護比較容易實施，并可以得到較好
的陰極保護效果，整個罐底板均被陽極網(wǎng)保護，是大
型儲罐陰極保護的有效方法。
(上接第41頁)準(zhǔn)較低，行洪期洪水流量大于結(jié)構(gòu)通
過流量時，往往在結(jié)構(gòu)外側(cè)薄弱環(huán)節(jié)繞沖管線。
3．1．2 結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，使用壽命較短
設(shè)計時，沒有充分考慮結(jié)構(gòu)本身與周圍土壤硬度
的差別，在下游方向沒有設(shè)置消能措施，高速水流直
接沖刷結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，逐漸形成落差，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。
3．2 打樁加固工程存在的問題
3．2．1 鋼管樁錨固力小，易于拔出
東北管網(wǎng)鋼管樁大部分采用 26鋼管內(nèi)灌混凝
土結(jié)構(gòu)，受當(dāng)時施工條件及施工技術(shù)的影響，鋼管內(nèi)
的混凝土落下后呈離析狀態(tài)，且未進行震搗，所以管
內(nèi)砼密實度和砼強度較低；鋼管與周圍土壤的摩擦系
數(shù)又較小，在外力的作用下，極易拔出。
3．2．2 鋼筋混凝土灌注樁質(zhì)量偏低
河道中的鋼筋混凝土灌注樁多數(shù)還是采用常態(tài)
混凝土灌注，灌注工藝落后，水位控制不嚴(yán)，砼質(zhì)量難
以保證，樁身表面露石露筋的現(xiàn)象十分普遍，極易出
現(xiàn)斷樁問題。
3．2．3 管道阻水嚴(yán)重，威脅管道安全
打樁加固工程是在原穿河管道裸露或即將裸露
時采取的一種管道加固措施，裸露的管道、樁頭、樁身
在發(fā)洪水時極易攔掛枝柴，攔阻洪水正常下泄，增大
洪水對打樁工程的浮力和托拽力，同時增大管道的側(cè)
向受力，對穿河管道的安全十分不利。
4 結(jié)束語
油氣管道隨著投用時間的推移，外界因素的作
用，穿河部位的管線需要進行維護，水工保護工程是
結(jié)構(gòu)簡單、施工便利的一種維護方式，但缺點是需經(jīng)
常進行維護；打樁加固工程是管線露出河床后采取的
一種維護方式，但只能是一種臨時措施，還需徹底改
造；異地改線重建是徹底解決安全隱患的一種維護方
式，需投資較大。
作者簡介：王巨洪(197O一)，高級工程師，主要從事管道工程建設(shè)及管
道管坪工作

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