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油气管道穿河部位防护形式的演变

文档作者：王巨洪，王强，富望舟，张玉辉，范立丽文档来源：中国石油管道大连输油气分公司		点击数：	更新时间： 2024年04月29日
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上一篇：油气管道的腐蚀行为与防护技术

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2009正
第3期
管 道 技 术
Pipeline Technique
5 设 备
and Equipment No．3
油气管道穿河部位防护形式的演变
王巨洪，王强，富望舟，张玉辉，范立丽
(中国石油管道大连输油气分公司，辽宁大连116300)
摘要：文中以东北管网为例，总结分析了油气管道穿河部位防护形式演变的过程，分析了油气管道
防护形式演变的影响因素，如采砂石的影响、河流性质的影响、河道内植树耕作的影响等，并对管道防
护形式的现状进行了分析，提出了目前防护形式存在的问题及解决思路。
关键词：管道；穿河；防护形式；演变
中图分类号：TE973．4 文献标识码：B 文章编号：1004—9614(2009)03—0040—02
Evolution of the Protective Form for the Oil＆ Gas Pipeline Cross．River Location
WANG Ju·hong，WANG Qiang，FU Wang—zhou，ZHANG Yu—hui，FAN 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 穿河管道防护形式的演变
1．1 管道建设初期(1970年一80年代初)
管道建成初期，绝大部分穿河管道采用下埋式穿
越，部分穿河段还采用石笼、挡土坝(墙)、漫水桥等防
护措施；随着河水的自然冲刷，一些穿河管道逐渐采
取过水路面、挡水墙等水工保护工程。总体来说，这
一时期穿河管道的防护主要以毛石护砌为主要结构。
1．2 管道投运第2个10年期(1984年一1993年)
随着管道周边环境的变化、河道的演变、河水冲
刷的加剧等，穿河管道逐渐暴露出河床，1984年在铁
大线沙河穿越管道尝试采用钢管混凝土桩进行加固。
受当时施工条件及施工技术的影响，这一时期主要采
用钢管混凝土桩为主要结构的防护形式。见图1。
1．3 管道投运第3个10年期(1994年～2004年)
随着施工技术的成熟及施工条件的好转，同时认
知了钢管混凝土桩结构的问题，这一时期主要采用混
凝土灌注桩为主要结构的防护形式。见图2。
1．4 管道投运第4个1O年期(2005年至今)
随着技术标准的完善，经济条件的许可，同时对
打桩固管加固形式进一步的认知，这一时期穿河管道
收稿日期：2008—08—06 收修改稿日期：2008—12一叭
的防护主要以异地改线重建为主。
图1 钢管混凝土桩
图2 混凝土灌注桩
第3期
2 管道防护形式演变的原因
2．1 采沙石的影响
王巨洪等：油气管道穿河部位防护形式的演变 4l
在穿越管道上游河道中采沙一般不会对管道造
成大的威胁，但对于恢复管道的覆盖层厚度十分不
利，一但穿越处上下游采沙坑在洪水时贯通，则会对
管道的安全造成严重的威胁。在管道穿越处下游河
道大量采沙，降低了河床高程，加大了河道比降，破坏
了河道的平衡。挖沙形成的沙坑只能由上游的来沙
填平，河床将发生溯源冲刷，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难用冲刷计
算确定的。如铁大线的熊岳河，原设计最小埋深为
1．86 m，从1994年挖砂开始至2002年管线改线，经历
了水工保护、打桩固管直至改线重建的过程。
2．2 河流性质的影响
平原地区的河流河床平缓，比降较小，河床土质
基本为黏土、亚黏土，基本属淤积型河流，行洪期雨量
虽较大，但基本无冲刷，对管道基本无影响；山丘区河
流所流经的中上游地区，坡面陡峻，径流模数大，汇流
时间短，水流处于不饱和状态，行洪期洪峰暴涨猛落，
持续时间短，流量与水位变幅很大，水流挟沙能力大，
河床多由较小粒径的砂砾石或较松散的沙、土构成，
抗冲能力差，往往经历一次洪水，河床即发生较大的
变形，河床演变速度快，对管道影响很大。
2．3 河道渠化的影响
随着城市化进程的加快，为了城镇防洪排涝的需
要，把天然河道改造成两岸岸线平行的渠道形式，河
道渠化的内容包括河道取直、束窄、疏浚、护岸等工
程。渠化后的河道一般要比原河道窄，堤防的建设切
断了河床与滩地的有机联系，使洪水期的槽蓄作用减
小，河道比降变陡，流速加快，水流的挟沙能力加强，
河床冲刷变形迅速，使穿河管道裸露速度加快。加之
采沙活动的影响，每次洪水都会使河床快速下切。
2．4 桩墩工程的影响
部分穿河管道位于公路、铁路桥的上游或下游，
穿河管道位于桩墩工程的上游时，由于桩墩和引堤的
壅水作用，穿越区流速变小，泥沙开始回淤，这对穿越
管道是十分有利的。而穿越管道位于桩墩工程的下
游时，由于桩墩阻水作用，使上下游水头差变大，过桩
墩水流流速变大，冲刷力强，将对穿越管道的安全造
成威胁。
2．5 水工保护工程的影响
管线修建的水工保护工程结构硬度远远大于下
游河床土壤硬度，受河水的冲刷，下游河床逐渐出现
下切，上下游出现落差，随着时间的推移，落差逐渐加
大，一旦水工保护工程损坏，管线将出现露管现象。
2．6 河道植树、耕作的影响
大部分山丘区中小型河道尚未进行统一治理，在
河道上盲目地开荒种地、植树造林现象十分普遍。林
木和庄稼缩窄了河道的正常行洪断面，使水流集中，
加速了河床的深切和向凹岸的冲刷。
3 管道防护形式现状分析
目前的管道防护中，管道异地改线重建满足设计
规范要求，不存在安全隐患。其余管道防护形式基本
可以分为两类：一类是水工保护工程，另一类是打桩
加固工程(包括钢管混凝土桩和混凝土灌注桩)。各
种防护形式的比较见表1。
表1 各种防护形式的比较
它们都是在原始铺设管道的基础上，所进行的防
护和加固，在一段时间内，对管道的安全运行起到了
积极防护作用，但随着河道的演变，它们皆属于河道
设障工程，在洪水时皆阻碍洪水的正常下泄，水流流
势和流速发生了很大变化，使穿越处河床发生较大的
变形，威胁管道的安全运行。
3．1 水工保护工程存在问题
3．1．1 结构尺寸不足，结构外侧冲刷管线
水工保护工程大部分为运行管理人员自行设计，
缺少必要的水文资料(某些小型河流也无水文资料)
支持，导致结构尺寸不足，抵御洪水标(下转第57页)
第3期 刘罡等：107ym3)~,油储罐网 壑 壑堡 鱼 三 ：
(4)整流器输出电流
，=1．5 ·Io
(5)整流器输出电压
V=1．5 ·to·R
该设计中，阴极保护对象为10万m 油罐的罐底
板，根据上述参数进行阴极保护工艺计算，可知需要
保护电流为35．17 A．
2．2 网状阳极阴极保护系统的建立
网状阳极外加电流保护系统的工作原理，是阴极
保护仪将交流电转换成直流电，由参比电极控制其电
流输出，阴极电缆连接在储罐上，阳极电缆连接在混
合金属氧化物阳极网系统上。工作时，电流从阳极网
释放到砂层中并流人储罐底板，通过电缆返回到阴极
保护仪的负极。当储罐罐底的保护电流达到一定密
度后，罐底将停止腐蚀。
网状阳极外加电流阴极保护主要设施包括：阴极
保护仪、混合金属氧化物阳极网、汇流点、接线箱、长
效参比电阻、阳极电缆等。
根据工艺计算，选用低电压大电流的阴极保护设
备。随着储罐的运行时间的增加，底板下表面的涂层
将出现老化、失效现象，造成储罐需要的保护电流增
大。为保证储罐长期安全运行，综合考虑阴保仪器的
造价，选择75 A／50 V的恒电位仪，各储罐的阴极保护
已统一安装在阴保间内。根据库区罐组布设和保护
储罐所需的保护电流，每个储罐配备1台阴极保护设
备，共需要阴极保护设备7台(5用2备)，阴极保护设
备放置于该工程中新建的阴极保护间内。
网状阳极由混合金属氧化物阳极带和调点片组
成，阳极带与阳极带间距2 m，导电片与导电片间距6
m，阳极带与导电片垂直交叉并焊接成阳极网。
将阳极网敷设于罐底板下面的垫层中。为满足
罐基础的强度要求，设计采用了在沙垫层中混入石粉
的方式制做罐基础垫层。考虑到阴极保护电流的传
导，阴极保护设计采用了先压制罐基础，基础成型后
再挖槽，安装阳极，再回填沙的方法进行施工。
接线箱位于罐区防火堤内，采用防爆型接线箱，
带有阳极电缆及参比电极接线柱。
为监测储罐罐底外壁的阴极保护效果，在储罐底
板中心、底板中心至罐壁半径方向、罐周围埋设长效
铜／硫酸铜参比电极。保护标准为相对于饱和铜／硫
酸铜参比电极的储罐阴极保护电位不高于一0．85 V．
3 结束语
不加设阴极保护的原油储罐大修周期约为6～8
年，施加阴极保护措施后，预计至少可以延长为l5年，
同时减少了腐蚀穿孔、漏油的可能，避免污染环境，降
低了生产成本。由工程实践可知，大型1o万m 罐采
用网状阳极阴极保护比较容易实施，并可以得到较好
的阴极保护效果，整个罐底板均被阳极网保护，是大
型储罐阴极保护的有效方法。
(上接第41页)准较低，行洪期洪水流量大于结构通
过流量时，往往在结构外侧薄弱环节绕冲管线。
3．1．2 结构设计不合理，使用寿命较短
设计时，没有充分考虑结构本身与周围土壤硬度
的差别，在下游方向没有设置消能措施，高速水流直
接冲刷结构基础，逐渐形成落差，最终导致结构损坏。
3．2 打桩加固工程存在的问题
3．2．1 钢管桩锚固力小，易于拔出
东北管网钢管桩大部分采用 26钢管内灌混凝
土结构，受当时施工条件及施工技术的影响，钢管内
的混凝土落下后呈离析状态，且未进行震捣，所以管
内砼密实度和砼强度较低；钢管与周围土壤的摩擦系
数又较小，在外力的作用下，极易拔出。
3．2．2 钢筋混凝土灌注桩质量偏低
河道中的钢筋混凝土灌注桩多数还是采用常态
混凝土灌注，灌注工艺落后，水位控制不严，砼质量难
以保证，桩身表面露石露筋的现象十分普遍，极易出
现断桩问题。
3．2．3 管道阻水严重，威胁管道安全
打桩加固工程是在原穿河管道裸露或即将裸露
时采取的一种管道加固措施，裸露的管道、桩头、桩身
在发洪水时极易拦挂枝柴，拦阻洪水正常下泄，增大
洪水对打桩工程的浮力和托拽力，同时增大管道的侧
向受力，对穿河管道的安全十分不利。
4 结束语
油气管道随着投用时间的推移，外界因素的作
用，穿河部位的管线需要进行维护，水工保护工程是
结构简单、施工便利的一种维护方式，但缺点是需经
常进行维护；打桩加固工程是管线露出河床后采取的
一种维护方式，但只能是一种临时措施，还需彻底改
造；异地改线重建是彻底解决安全隐患的一种维护方
式，需投资较大。
作者简介：王巨洪(197O一)，高级工程师，主要从事管道工程建设及管
道管坪工作

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