多年冻土区油气管道工程在许多方面都有别于常温地区的油气管道工程,如偏僻的地理位置和敏感脆弱的环境,更重要是其特殊的气候、水文地质和工程地质条件以及冻融岩土灾害等条件。这使得管道设计、建设、运营、维抢和管道系统安全以及完整性管理等方面面临一系列的特殊难题。不同于已建成并运营至今的美国阿拉斯加(Alyeska)原油管道、加拿大罗曼井(Norman Wells)原油管道、中俄原油管道(漠河—大庆段)和格尔木—拉萨成品油管道,多年冻土区的天然气管道在输运介质、输送温度、环保要求等方面和输油管道有很大差异,将面临一系列新问题和新挑战。通过对多年冻土区天然气管道冷却输送工艺,管道—冻土水、热、力耦合计算,压气站失效后下游管道最低金属温度超限,基于应力设计局限、敷设方式单一、管道运营期监测系统可靠性等冻土区天然气管道特有的技术难题探讨,初步给出相应的解决方案构想,希望能够为冻土区天然气管道建设提供新的思路。
基于应变的管道设计方法适用于管道通过土壤可能发生大位移的特殊地段,如,强震区、活动断裂带、矿山采空区沉陷地段、冻土地区以及滑坡地段等区段。介绍了针对冻土地区采用基于应变设计方法的研究成果,论述了适用于冻土地区的埋地管道基于应变的设计方法和设计流程,包括管道基于应变的设计准则、土壤冻胀融沉范围的计算、管道在差异性冻胀和差异性融沉以及边坡热融滑移情况下的应变计算方法,并就漠河—大庆原油管道基于应变设计进行了实例分析。分析结果表明,按基于应变的设计方法,管道是安全的。
简述了冻土灾害对埋地油气管道的影响。重点阐述了冻土区埋地油气管道基于应变的监测和评价方法。介绍了应变监测预报系统的开发及在漠大输油管道的应用。在此基础上提出:管道应变监测及其分析评价技术是保证管道安全运行的有效措施之一;通过建立应变监测预报系统,可以有效辅助管道的运行维护和管道地质灾害的减灾治理。
在多年冻土地带铺设油气管道,是国际能源战略发展的必然,但由于冻土具有冻胀和融沉特性,因此,选用合适的管道设计方法保证管道安全运行一直是一大研究热点。通过对多年冻土区管道所承受载荷类型的分析,论证了采用基于应变的管道设计方法的合理性,并着重对拉伸应变极限和压缩应变极限的确定方法进行了探讨,指出在实际设计中,应该选用相对宽松的压缩应变极限值和严格的拉伸应变极限值。