第三届亚洲沙滩运动会天然气火炬供气设计

摘 要

摘　要：以第三届亚洲沙滩运动会火炬供气工程为例，从气源的选择、供气管径的确定、调压计量设备选型、管材选择及敷设方式等方面论述了天然气火炬供气设计方案。关键词：亚洲沙滩

摘　要：以第三届亚洲沙滩运动会火炬供气工程为例，从气源的选择、供气管径的确定、调压计量设备选型、管材选择及敷设方式等方面论述了天然气火炬供气设计方案。

关键词：亚洲沙滩运动会  天然气火炬供气方案

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

海阳市地处黄海之滨、山东半岛的中南部、胶东半岛南翼，南临黄海，北接半岛内陆，位于烟台、青岛、威海三个开放窗口城市中心地带，有“东方夏威夷”的美誉，2012年第三届亚洲沙滩运动会(以下简称亚沙会)便在海阳市旅游度假区举行。该地区天然气的开发和经营权属我公司，给亚沙会火炬供气即成为必然。根据公司管网现状、气源情况、火炬台现场及亚沙会火炬设计方所提供的技术参数及其他综合因素，提出火炬供气方案，见图l。

 

2　火炬供气气源的确定

①主气源一：管输气源

主气源一是我公司与上游气源公司贸易计量交接点，距上游气源方门站约lo km，上游气源方门站输出主管规格为SDRllPE80 NOD 200mm(NOD指公称外径，中间尚有约2 km的SDRll PE80 NOD160mm管道)，输出压力为0.32MPa。主气源一距火炬调压计量柜约有5km的距离(其中约4km为SDRll PE80 NOD l60mm管道，1km为SDRllPE80 NOD 200mm管道)。火炬调压计量柜距火炬距离为0.2km。火炬设计方提供的火炬高峰用气量为4000m3／h，平均用气量约2000m3／h。经过计算，主气源无法满足火炬平均用气量的需求，必须有补充气源。

②主气源二：新建计量站

上游气源公司门站出站尚有另一路管道(规格为SDRl l PE80 NOD 200mm)，该路管道末端距门站约3km，距我公司城区主管网(规格为SDRllPE80 NOD 250mm)约2km。在该管线末端新建计量站(见图l)，计量站后敷设规格为SDRll PEl00　NOD 200mm管道，并与我公司主管网对接。新建计量站距火炬支管道入口约l0km(中间含有2km的NOD 200mm管道)，经过计算，火炬支管道入口压力为0.204MPa，最大流速为8.964m／s，完全可以满足火炬的平均用气量。

③气源三：LNG气化站

在长输管道通气之前，LNG气化站一直是海阳旅游度假区的主要气源。该气化站是我公司于2005年作为海阳市招商引资项目投资建设的(见图2)。主要设备有两台l00m3立式LNG储罐，一台2000m3／h空温式气化器，一台2000m3／h水浴式气化器，一台200m3／h卸车增压器，一台400m3／h的BOG增压器。日供气量约10×104m3／d。将LNG气化站作为气源三，其出口压力为0.27MPa，出口管道规格为SDRll PE80 NOD 250mm，距离火炬调压计量柜约7km，与主气源一、二配合完全可以满足火炬高峰用气量。

 

④气源四：CNG储配站

鉴于亚沙会的重要性，为了确保亚沙会火炬顺利燃烧，我们在准备以上气源的同时又投资建设了CNG橇装储配站。该CNG储配站设计出口压力为0.30～0.35MPa，储配站准备CNG气瓶车6～8辆，随时准备特殊情况下对管道进行补气。

3　火炬支管道管径的确定

从输配主管网到跨海大桥始端还有1.15km的距离，跨海大桥(始端)距火炬台中心火炬(该段以下简称跨海大桥段)有0.05km，火炬的高峰用气量为4000m3／h，用气压力为l5～20kPa。考虑到施工和运行方便，决定火炬支管道前段l.15km采用SDRll PEl00聚乙烯燃气管道埋地敷设，后段0.05km跨海大桥段设计两种方案：钢管架空敷设于桥身下面或聚乙烯管海底敷设。

因尚要在火炬支管道上距支管道起点lkm处设置调压计量柜(见图l)，以满足火炬用气压力，因此，管径的确定即分为两段：调压前与调压后。调压计量柜进口压力应不小于0.16MPa。

①调压前管道管径

当整个城市主管网输气系统采用环状供气时，火炬支管道入口处进气压力为0.26MPa。

将NOD l60、200、250mm管径分别代入水力计算公式计算，得出以下数据：

NOD l60mm管道出口压力为0.144MPa，平均流速为27.9m／s；

NOD 200mm管道出口压力为0.225MPa，平均流速为15.9m／s；   

NOD 250mm管道出口压力为0.248MPa，平均流速为9.8m／s。

根据以上计算结果，决定采用SDRll PEl00 NOD 200mm聚乙烯管为火炬调压前管道。管道设计压力为0.4MPa，设计使用年限不少于30年，设计温度为-20～30℃。

②调压后管径

火炬用气压力为15～20kPa，火炬调压计量柜出151压力为20kPa，火炬调压计量柜出口至火炬距离为200m。将NOD 250、315、355mm管径分别代入水力计算公式计算，得出以下数据：

NOD 250mm管道出口压力为14.2kPa，平均流速为29.8m／s；

NOD 315mm管道出口压力为18.1kPa，平均流速为18.5m／s；

NOD 355mm管道出口压力为19.0kPa，平均流速为14.5m／s。

选用SDRll PEl00 NOD 315mm聚乙烯管为火炬调压后管道。

③跨海大桥段管材及敷设方式的选择

亚沙会火炬安装在跨海大桥末端火炬圆台中心，火炬距离大桥始端直线距离为0.05km，大桥下方一直存在海水冲刷。根据这一特殊环境，我们拟定了两个方案。

方案一：用钢管架空敷设于跨海大桥桥身下面，长度为50m的Æ325×7钢管质量约3000kg，加上相关支架等附件和管道天然气，总质量不超过4t，通过咨询亚沙会组委会，桥梁设计承重完全可以满足管道的敷设。

钢管架空敷设优势是紧贴桥身下面，不容易受到海水冲刷和腐蚀，但钢管吊装、固定施工难度大。

方案二：聚乙烯管埋设于海底。管道抗漂浮计算公式如下[1]：

W ≥ KFs               (1)

式中W——单位长度管段总重量，包括管自重、保护层重、加重层重，不含管内介质重，N／m

K——稳定安全系数，大中型工程取1.2

Fs——单位长度管段静水浮力，N/m

经过计算，单位长度管段总重量不应小于645N／m，即质量为66kg／m，而NOD 315mm管材质量为27kg／m，因此，管道埋地必须增加质量不低于39kg／m的加重层。

聚乙烯管埋地敷设施工中沟槽开挖、管道接口、固定难度大，而且在浅沙滩受海水冲刷影响大，长时间埋在海水中很容易出现管道移位甚至漂浮的情况，对供气造成严重的安全隐患。

考虑到亚沙会火炬供气的重要性，一定要保证供气的连续性，且经过安装队伍现场勘查分析，我们决定采取方案一，即采用钢管架空敷设，以避免管道在供气过程中出现异常情况。经过计算，跨海大桥段采用钢管后，水力计算结果也满足要求。

4　调压计量设施的选择

调压计量柜内安装两路调压计量装置，在两路并联的前提下增加旁通管将两路装置连接。火炬调压计量柜工艺流程见图3。燃气计量设施安装于调压器之前，一路采用工况(298.15K，0.26MPa)流量为l000m3／h的涡轮流量计；另一路计量采用工况(298.15K，0.26MPa)流量为650m3／h涡轮流量计：调压器最大流量>4500m3／h。

 

5　漂管施工浮力和吊架间距的计算

钢管沿桥身下承重梁架空敷设，钢管的吊运和固定成为施工的重点。

①钢管浮力计算

将钢管焊接、探伤完毕后两端封死，将钢管放入海水中，依靠海水浮力将钢管移至桥下方合适位置进行固定。单位长度管段静水浮力计算公式为[1]：

 

式中¡W——所穿水域的海水的重度，N／m3

d——管道外直径，m

所穿水域海水密度取1030kg／m3，管道外直径取0.325m，经计算得Fs=713N／m。

Æ325×7无缝钢管单位长度质量约54.90kg／m，即重量为538N／m。

由于单位长度管段静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钢管跨度计算

管道水平架设于桥面下，所允许的最大跨度可根据以下公式心1计算，式(3)按强度条件计算，式(4)按刚度条件计算。

 

 

式中Lmax——管道的最大允许跨距，m

s——管材额定许用应力，Mpa

j——管子横向焊缝系数

W——管子断面抗弯矩，cm3

qm——管道单位长度的重量，N／m

E——在计算温度下管材弹性模量，Mpa

J——管子断面惯性矩，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。

按强度条件计算，Lmax=19.95m；按刚度条件计算，Lmax=44.06m。

因此，管道水平架设最大允许跨度不应超过19.95m，根据现场桥梁的结构情况及考虑管道安全系数，设计双杆吊架的跨度与桥承重梁间距相同，即跨度为10m。每个承重梁两侧各安装一组吊架，两吊架固定螺栓处用槽钢连接(施工时采用等径圆钢直接焊接)，见图4。

 

6　保障措施

在火炬调压计量柜前增设凝水缸，及时排除试运行过程中管道中的积水及杂质；准备调压计量柜备用过滤器和流量计；调压后管道末端与燃烧器之间增加DN 300mm过滤器，在桥梁承重柱上增加承重支架，保证过滤器不增加吊架负荷。

7　结语

通过与亚沙会组委会、上游气源方及火炬设计方的全方位沟通与协作，亚沙会主火炬于2012年4月15日第一次试点火成功，运行状况良好，由此可见天然气火炬供气设计方案是可行的。第三届亚洲沙滩运动会已于2012年6月16—23日成功举办，火炬从点火到熄灭堪称完美。

 

参考文献：

[1]严铭卿．燃气工程设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005：135-140．

[2]柳金海．管道工程安装维修手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997：486-551．

 

本文作者：王文化  杨  洋  商永淼  刘  荣  杨琳娜

作者单位：淄博绿能燃气工程有限公司