[发明专利]一种提高埋地油气输送管道应力补偿器效能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气领域，特别是涉及一种提高高温埋地油气输送管道应力补偿器效能的方法。

背景技术

在油气工业中，管道是最常用的输送工具，为了节省地面空间和减少意外对地面人和物的伤害，油气输送管道通常被埋在地下，在长期的使用过程中，管道经历了冷暖交替，管道由于膨胀和压缩而产生的横向应力对管道的使用寿命有很大影响，使管道破裂、渗漏；地下的管道收到地面上的重物碾压而产生的纵向应力和瞬间作用力使管道不堪重负。

目前，关于应力方面的问题主要出现在供热管道中，而供热管道应力补偿采取的方式主要有设置补偿器、无补偿器方式（需设置锚固墩）、预应力安装（一次性补偿器）、敞沟预热安装。结合工程实际情况，就上述几种方式的可操作性进行说明，如下：

（一）设置补偿器：在线路自然弯管不能吸收应力的情况下，补偿器的设置是必要的。

（二）无补偿器方式（需设置锚固墩）：在管线必要位置设置锚固墩，通过计算管线二次应力、土壤反约束力确定锚固墩的大小及设置间距。

（三）预应力安装（一次性补偿器）：即在除一次性补偿器附近管线的沟槽外，其余部分的管沟可立即回填。在首次加热过程中，当一次性补偿器补偿量达到补偿段所要释放的热膨胀量时，再把一次性补偿器焊死。最终实现管线的整体焊接。

（四）敞沟预热安装：该方法是从缩小管线温差的角度出发对应力进行补偿作用。

随着经济的发展，采集油气设施及油气输送逐渐发展，油气管道铺设工程所面临复杂地形的趋势逐渐扩大。特别是在天然气管道输送过程中，因为输送时埋地管道具有高温，应力补偿成为管道施工重要的指标之一。

对于运行温度高的埋地天然气管道，线路敷设的基本原则是尽量直线敷设，但在进、出天然气站场，穿越公路，两管同沟敷设交汇等处不可避免的存在管道线路转弯，并且有可能是大角度转弯（具体多少度为大角度，以应力分析确定，下同）。而管线由建成到投产运行、或是由生产中处于长时间停止运行到重新启动运行，管道本体温度会从管道周围土壤环境温度上升到较高的管内介质温度，这个过程导致管道金属本体有一个急剧的温度抬升。又或是管道由正常运行到长时间停止运行，管道本体温度会从管内介质温度降至管道周围土壤环境温度，这个过程导致管道金属本体有一个急剧的温度降。

当高温埋地天然气管道铺设在一些复杂地形中时，尤其是铺设在松软地质、沙土地形甚至是沙漠地形中时，根据金属热胀冷缩的自然现象，在沙土中长距离敷设的管道直管会沿管道轴向两端膨胀或是反向收缩。这对处于直管两端的弯管产生了很强的拉伸应力或是压缩应力，超过了弯管的许用应力，导致弯管被挤破裂或是被拉裂。

因此，高温埋地天然气输送管道在转弯处应力补偿的需求远远大于通常铺设。而对于上述针对应力采取补偿的方式，在松软地质、沙土地形等复杂地形中使用时，会产生如下的缺点：

（一）设置补偿器：由于埋地后受土壤约束的原因，补偿器形变空间受限，其吸收应力的作用实际被降低。仅靠设置补偿器来吸收管线二次应力效果不佳，如要求二次应力必须低于某规定值的情况下，只能通过增加补偿器的数量来满足要求值，不经济且增加工程周期。

（二）无补偿器方式（需设置锚固墩）：锚固墩一般设置于线路端部或弯管处，数量多，体积大，只能是现浇混凝土，在沿管道走向的施工带上现浇混凝土施工难度较大，特别是在沙漠地区敷设的管道，沙土的反约束力不强，不能固定尺寸较小的锚固墩，导致其外形尺寸将会很大，混凝土用量大大增加，因此该方式或是不经济，或是效果不佳。

（三）预应力安装（一次性补偿器）：该方式主要针对供热管道而言，而对于天然气管道，并非输送热水或者蒸汽，在管道整体未焊接完成前，没有可用的高温介质对管道进行整体加热。因此不具备实际操作性。

（四）敞沟预热安装：当管道数量多，总体长度长，管道敷设地带为沙漠、戈壁时，施工地点往往偏远。并且管沟表面积大且距离长，需预热的沙土量太大，无法找到经济、合理的方法预热如此大量的沙土。施工不具备可操作性。

而在较硬地质中，因为天然气管道的特殊性，不允许在埋地管道周围有密闭空间，一旦管道泄漏，可能形成爆炸气体聚集的空间。而在埋地油气输送管道施工过程中，一定硬质的沙土回填也会造成类似于沙土地质的效果，因此降低了补偿器的效能。