新技术新工艺在西气东输工程上的应用

日期：2006-11-27 来源：中燃网 作者：中燃网

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遥感技术
　　遥感技术是集航空航天测控技术、卫星技术、光谱传感技术以及光学、地质学、测量学、地理学、图像处理学于一体的多科学综合应用技术。遥感图像不仅体现可见光，而且体现红外和远红外等肉眼看不到的、十分丰富有用的物理信息，从而高视角地体现地物宏观和微观的几何体系，提供城市、农村、水体、道路、耕地、森林、冲沟等有用的地物信息，可以准确地勾画最新城市轮廓及市政建设现状；清晰查明山谷居民点分布及土地利用情况；可以有效规划地貌单元。遥感技术已成为工程规划、前期设计论证、建立地理信息系统、提供高品质的设计成果的重要手段。
　　遥感技术在西气东输管道工程上的应用包括以下几个方面：管道沿线遥感综合解译；郑州～上海段输气管道地形图修测；管线穿越南京长江地段遥感精细解译；RS～GIS信息服务系统；管道三维立体显示。
　　复杂地形地貌管线
　　敷设技术及水工保护
　　管道通过地质灾害段敷设技术：西气东输管道通过采空区或岩溶时，敷设于采空区或岩溶顶板较球稳定地段，同时还在内部采取适当的支撑措施，如设置柱墙等；通过非全新活动断裂，采用增加刚度等级和钢管壁厚的方式敷设；通过规模不大的滑坡地段，选择适当部位以跨越或沟埋敷设方式，并先对滑坡进行一定的治理，如设置挡墙、截排水沟、减重反压等措施；通过崩塌、危岩区，先进行卸荷处理，采取支挡、拦石等措施后沟埋敷设；泥石流通过区通常采用跨越方式。
　　黄土地区水工保护：黄土地区水工保护主要采取了间接水工保护措施与直接水工保护措施并举，刚性结构与柔性结构并举，安全与环保并举的综合治理措施。
　　戈壁地段水工保护：戈壁地段水工保护措施是在沟(河)道较深处设置地下防冲墙，防止管沟回填土的流失，防冲墙不得高于沟床床底，以免引发河流改道。采用干砌石护底可以有效防止沟床下降。
　　防护措施：极旱荒漠、沙漠地带风沙防护主要从两方面入手，一是降低风速，减弱风力；二是直接保护地表易揭露流失的物质，两者可以任选其一，也可同时采用。
　　大口径管线的穿跨越
　　西气东输管道3次跨(穿)越黄河，分别是在宁夏中卫沙坡头、陕西延水关和郑州黄河，在南京三江口穿越了长江。以上穿(跨)越设计无论从设计方案、施工方案和穿(跨)越点都有其各自的特点。
　　中卫黄河跨越，根据地形地貌和地质情况设计采用桁架跨越方式，如此大口径跨越还是第一次；延水关黄河穿越，根据地质情况选用隧道穿越方案，这是管道穿越黄河首次选用隧道穿越方案；郑州黄河穿越，采取两岸做定向钻，中间主河槽用顶钢套管穿越方式，目前管道设计上也是首次。
　　长江穿越根据其穿越点处于长江下游，河面宽，水流急，河床相对稳定，但地质变化大的特点，首次采用目前较为先进的盾构技术，目前为我国管道建设史上的首创。
　　西气东输管道还大胆地对大江大河和江南河流密集地区采取定向钻穿越方案，经过陡峭及植被茂密的山体、湿陷性最为严重的陕北及山西黄土高原时，采用了隧道穿越方式。
　　大型长输管道压气站设置
　　西气东输管道设计中通过系统优化比选确定了全线设10座压气站，采用了1.4～1.5站压比的工艺输送方案。压气站的设置主要考虑了以下几个方面：
　　燃气轮机的功率等级：燃气轮机的特点是定型产品，对于每一种型号其标定功率是一定的，不能根据用户的需求任意生产所需功率的燃气轮机，西气东输管道在设置压气站时，结合现有成熟的燃气轮机功率等级以及现场高程、气候条件进行了多压比方案的比选。
　　不能局限于自然条件的限制：在压气站设置方案比选之时，对局部增大压比完全沙漠无人区的跨越方案做了计算分析，局部增大压比后，将在管道输送能力上形成“瓶颈”段，降低了管道对输量变化的适应性，限制了输送能力的提高。考虑到无人压气站在管理上的困难远小于“瓶颈”段对管道造成的困难，西气东输管道采用了有两座压气站在无人区内输送方案。
　　适应输量台阶的要求：西气东输管道的输量从2003年～2008年输量逐年递增，2008年达到设计输量，压气站的设置必须适应这一输量台阶的变化，根据不同输量确定各压气站的投产年限，做到近远期相结合。
　　适应“照付不议”协议所需补提气量的要求：要满足“照付不议”协议补提气量，管道系统的输送能力必须具有一定弹性，西气东输管道设计在压气站的设置、设备选型和储气库的计算中考虑了这一因素。
　　增输预留：随着经济的发展，管道下游用户用气量成增长趋势，作为西气东输如此浩大的管道工程，在压气站的设置和站场的设计中，考虑了适当的预留措施，为后期的管道增输提供了可能性。
　　大型压缩机组设计
　　机组备用方式选择：压气站的机组备用方式主要有全线机组备用、功率备用、隔站备用、主机备用等。根据我国国情及西气东输管道工程实际情况，经压缩机站失效工况校核计算，所有压气站都采用了机组备用配置方式。
　　压缩机组配置：压气站的机组配置不仅要满足各输量台阶下的正常输送要求，保持较高的运行效率，还要考虑机组对低输量启输以及管道输量连续递增的适应性。经过对大小机组配置的技术经济比较，西气东输工程推荐采用了25MW以上的大机组。
　　驱动方式选择：天然气长输管道大功率压缩机主要采用燃气轮机和变频电机驱动。从运行管理角度看，电机驱动与燃气轮机驱动相比，具有运行可靠、管理简单、维护工作量小、维护费用低等优点。通过具备电驱条件站的驱动方式技术经济比选，确定山丹、中卫、蒲县、郑州分输压气站采取电驱方案，其他站均为燃驱。
　　单气源多用户输气管道工艺
　　西气东输工程为单气源多用户系统，有用气意向的用户多达60余家，各用户的用气性质各不相同，对压力、流量的需求差别很大。西气东输管道气源距用户3000公里以上，如此单气源、单根管道要满足这么多用户的用气及调峰要求，在世界上从未有过。西气东输承诺调峰范围为民用气的月峰，电厂用户的小时峰，要满足西气东输的用户调峰只能采取管道末端储气与储气库相结合的方式。设计根据构造出可能出现的用户组合的数据，反复进行分析计算，并且采用了调整末端压气站的位置、加大支线管径等方法，提高末端储气量，以尽量满足用户调峰要求。同时，根据构造的全年数据计算储气库的容量及注采强度，指导配套储气库的建设。
　　先进的通信系统
　　西气东输管道采用VSAT卫星通信作为主用通信方式，依托电信公网作为备用通信方式；随天然气管道同沟敷设硅芯管道，作为预留的光缆套管资源。
　　VSAT卫星通信是西气东输管道的主用通信方式，为SCADA数据、生产调度、工业电视等业务提供可靠的传输信道。根据管道工艺站场的分布，西气东输管道工程VSAT卫星通信网将建设一个主站和100多个端站。VSAT主站位于上海调度控制中心，端站分别设在管道干线和支干线的首站、压气站、分输站、清管站、末站、阀室和操作区等。
　　全线有人站场均设有备用通信电路，可以最大限度地克服影响卫星通信质量的因素，使通信系统的总体可靠性得以保证。
　　SCADA系统
　　西气东输管道工程采用以计算机为核心的全线数据采集和监控系统(SCADA)。全线设调度控制中心和后备控制中心各1座，调度控制中心位于上海市，后备控制中心位于北京市。在管道沿线的轮南、武威、临汾、郑州、南京5座操作区管理处分别设有SCADA系统远方只读监视终端，以便于区域管理部门掌握本区域及了解全线的运行工况，保证对本区域管线与工艺站场的管理和维护。管道沿线有人值守的工艺站场设SCADA站控系统(SCS)；中间清管站、阀室等无人值守站设SCADA系统远程终端装置(RTU)。
　　在正常情况下，由上海调度控制中心对全线进行监视与管理，操作人员在上海调度控制中心通过SCADA系统操作员工作站完成对全线的监视、操作与管理。当上海调度控制中心SCADA系统发生故障时，由北京后备控制中心接管其监视与控制任务。通常情况下，沿线各站控制无需人工干预，各工艺站场的SCS和RTU在调度控制中心的统一指挥下完成各自的监控工作。控制权限由调度控制中心确定，经调度控制中心授权后，才允许操作人员通过SCS或RTU对该站进行授权范围内的操作。当数据通信系统发生故障时，SCS和RTU可自动独立完成对本站的监视控制。当进行设备检修或紧急停车时，可采用就地控制方式。较其他管线的SCADA系统本工程最新应用了管理信息系统(MIS)和信息网络安全系统，以建成一个符合目前发展潮流、以“知识管理”为核心、有安全保障、满足企业需求的信息管理与办公自动化系统。
　　变频调速技术
　　进入20世纪90年代后，随着计算机技术和电力电子技术的发展，通用变频器得到了迅猛发展。特别是近几年来，大规模集成电路32位数据处理器和矢量控制理论的应用，使得通用变频器的性能得到了很大提高，正在逐步取代直流调速器，而成为传动系统的主流。西气东输管道工程10座压气站中有4座压气站采用了负载换相(LCI)大功率变频调速系统驱动离心式压缩机，国内目前尚无使用先例，处于领先地位。
　　减阻内涂技术
　　西气东输管道在国内长输管道上首次采用减阻内涂层技术，这样可以减少气体流动的阻力，其所带来的效果为：
　　1.管内壁加上内涂层之后，可节省3座压气站，减去涂层的费用，一次性投资就可节约资金约7亿元。
　　2.每年可节约运行费1.55亿元左右。上内涂后，还可产生其他的经济效益，如减少清管次数、缩短管道干燥时间、减少管壁上物质沉积、确保气体介质纯度、减少污染等。