澀寧蘭管輸系統方案優選

蘇 欣,郭艷林,陳 鳳,陳 靜,陳 杰

(中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司,四川成都610017)

澀寧蘭管輸系統方案優選

蘇 欣,郭艷林,陳 鳳,陳 靜,陳 杰

(中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司,四川成都610017)

介紹澀寧蘭管輸系統的三個比選方案,對三個方案的優缺點分別進行了詳盡說明。采用層次分析法(AHP)從方案的安全性、經濟性和施工難易程度對三個比選方案進行了綜合評價,最終確定為最優方案,驗證了層次分析法在類似方案比選中的適用性。同時建議在以后的設計中,設計人員應從“安全第一、環保優先、以人為本、經濟適用”出發,采用合理科學的多目標決策方法,從多方面對方案進行評價,最終確定最佳方案。

天然氣;輸氣管道;方案;優選;層次分析法

0 引言

澀寧蘭輸氣管道系統由一線(已建)和復線(在建)組成,一線全長931.29 km,復線全長921.4 km,管徑均為Ф660 mm,設計壓力均為6.3 MPa,整個管輸系統設澀北、羊腸子溝、烏蘭和湖東共4座壓氣站。另外下游還有一條蘭州—天水的輸氣管道與澀

寧蘭管輸系統相連接[1～4 ]。實地勘察發現管線末段八盤峽—蘭州段的工程地質條件復雜,建筑物分布較多,在蘭州水源地附近,復線必須繞行經過此地,管線施工難度很大,建成后的運行維護得不到有效的保證。為此針對復線穿越黃河后向東敷設約19 km進入蘭州末站的施工難度、蘭州市城市管網的現狀以及天水支線的連接方式,在滿足工藝要求(即滿足蘭州交氣壓力4.0 MPa)的前提下,對澀寧蘭復線末段的建設提出如下三個比選方案。

1 比選方案

在設計初期考慮兩條管線從澀北首站開始并行敷設至蘭州末站,但隨著設計的不斷深入,通過現場

1.1 方案一:復線末站設在原蘭州末站

澀寧蘭復線與老線并行敷設至老線蘭州末站,即復線穿越黃河,翻越龍爪山,繞開水源保護地,天水支線從復線蘭州末站接氣,方案示意圖如圖1。

圖1 方案一示意圖

該方案的優點是澀寧蘭老線與復線在末端互為備用,無論那條管線出現事故,均可通過另一條管線保證蘭州用戶用氣需求,供氣可靠性高。

該方案的缺點是: a.施工難度大。澀寧蘭管線末段八盤峽—蘭州段的工程地質條件復雜,建筑物分布較多,在蘭州水源地附近,復線必須繞行,經現場踏勘,發現龍爪山山勢陡峭,管線施工難度很大; b.原老線路由是在幾經反復論證,現場踏勘才最終確定的,而如果復線再與老線并行敷設,很可能在施工過程中給老線的安全平穩運行帶來巨大隱患,甚至直接破壞老線管道,造成輸供氣的中斷,影響下游用戶; c.征地費高、施工難度大、措施費高,投資大; d.蘭州供氣點為惟一,若黃河東岸至蘭州末站管線出現事故,不能保證蘭州市保安用氣。

1.2 方案二:復線末站設在黃河東岸

澀寧蘭復線管道穿越黃河。黃河西復線35#閥室與老線31#閥室連通,復線末站設在黃河的東面,與老線32#閥室連通,在復線末站向天水支線供氣,同時可向蘭州燃氣集團河口門站供氣,使蘭州城市燃氣管道最終形成兩個供氣口,保證蘭州城市燃氣安全穩定供氣,提高其供氣可靠性。方案示意圖如圖2所示。

圖2 方案二示意圖

該方案的優點是: a.復線在黃河東、西面與老線進行連通,實現兩條管線(包括黃河穿跨越)的相互保安,管道供氣的可靠性大大提高; b.由于復線和老線進行了連通,天水支線供氣可靠性大大提高; c.充分利用現有城市管網,通過蘭州燃氣公司的DN700管道為蘭州構建了雙進氣點,在老線末端管道事故狀態下,蘭州城市用氣也可得到保障; d.減少了復線建設投資。

該方案的缺點是: a.天水支線的起點始于復線河口末站,增加了天水支線長度約19 km (相對于天水支線起點始于蘭州末站而言) ,且天水支線在蘭州境內的走向與原復線在蘭州境內的走向一致,即必須繞開蘭州水源保護地,翻越龍爪山,施工難度大,同樣在施工過程可能對老線造成隱患; b.由于蘭州城市河口門站可擴建區只局限在門站東側或南側的狹長空地上,且門站東側所靠的山體有滑塌的可能,該地段不適合建站。故復線末站不能依托該站建設,只能在老線32#閥室附近選址新建。這樣新增一座河口末站,需要新增完整的站場用地,并建設相應的公用工程,且配置相應的運行管理人員,增加了運行管理費用。

1.3 方案三:復線末站設在黃河西岸,與蘭銀線河口首站合建

澀寧蘭復線管道穿越黃河。復線末站與蘭銀線河口首站合建,并與老線31#閥室連通。河口站內設置復線收球裝置即為蘭州城市燃氣供氣調壓、計量設施。復線Ф 660管道過黃河后與老線32#閥室連接,同時與蘭州城市燃氣河口門站連接(該段管道設計壓力為6.3 MPa) ,并通過蘭州城市燃氣DN700管道向蘭州供氣。天水支線由蘭州末站擴建分輸。方案示意圖如圖3所示。

正常工況時,通過澀寧蘭老線蘭州末站給蘭州城市燃氣柳泉門站、蘭州石化、中油CNG及天水支線用戶供氣,復線末站計量調壓至1.6～2.5 MPa通過35#閥室給蘭州城市燃氣河口門站供氣。在澀寧蘭老線末端事故情況下(老線32 #閥室—蘭州末站) ,可提供蘭州城市燃氣的保安供氣。在澀寧蘭老線黃河穿越段事故情況下,復線天然氣可不調壓通過32#閥室與澀寧蘭老線連接,形成黃河跨越的保安回路,保證蘭州用戶的用氣安全,同時也可通過復線35#閥室內手動調壓設施,給蘭州城市燃氣河口門站供氣。

圖3 方案三示意圖

該方案的優點是: a.復線在黃河東、西面與老線進行連通,實現兩條管線黃河穿跨越的相互保安,管道供氣的可靠性大大提高; b.通過蘭州燃氣公司的流泉門站和河口門站蘭州構建了雙進氣點,在老線末端管道事故狀態下,蘭州城市用氣也可得到保障; c.復線末站與蘭銀河口首站合建,節省了征地及公用設施的建設,便于日常的生產運行管理,節省了投資; d.由于減少了19 km的管道建設,故減少了復線建設投資; e.天水支線的路由越過了河口—蘭州困難地段,縮短了管線,節省了投資。

該方案的缺點是在澀寧蘭老線末端事故情況下(老線32#閥室—蘭州末站) ,天水支線下游用戶將停輸。

2 方案優選

三個比選方案各有優缺點,如何定量地選擇出最優建設方案,需要綜合考慮管道建設安全性、經濟性和施工難易等各方面的因素,這是一個多目標多層次的決策優選問題,目前對于此類問題的解決方法很多,例如層次分析法、模糊綜合評價、神經網絡等。由于模糊綜合評價涉及邀請專家打分,而神經網絡應用還不普及且對一般設計人員操作存在困難,故筆者推薦采用層次分析法(AHP)求解此類問題[2 ]。

2.1 層次分析法簡介

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP)是對一些較為復雜、較為模糊的問題作出決策的簡易方法,它特別適用于那些難于完全定量分析的問題。它是美國運籌學家T.L.Saaty教授于20世紀70年代初期提出的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法。層次分析法的主要步驟如下:

a.建立遞階層次結構模型,見圖4;

b.構造出各層次中的所有判斷矩陣;

c.層次單排序及一致性檢驗;

d.層次總排序及一致性檢驗。

圖4 AHP的常用模型結構

由于AHP在很多文獻中均有詳細介紹,本文在此不再贅述。

2.2 澀寧蘭管輸系統方案優選

按照層次分析法步驟,對澀寧蘭管輸系統比選方案從安全性、經濟性和施工難易三個方面綜合考慮,確定出最優方案,建立如圖5所示的優選層次模型。根據中石油“安全第一、環保優先、以人為本、經濟適用”的設計理念,對準則層各因素的重要程度排序為蘭州安全性>天水安全性>經濟性>施工難易。

圖5 澀寧蘭方案優選的AHP層次模型

2.2.1 蘭州安全性

從前面的分析可知方案三由于是雙向給蘭州供氣,故對蘭州安全供氣最有保證;而方案二雖然也是雙點向蘭州供氣,但天水支線仍需翻越龍爪山,施工過程中難免會對澀寧蘭一線造成一定的影響,故對蘭州安全供氣不及方案一;方案一對蘭州安全供氣的保障性最差。

2.2.2 天水的安全性

由于方案一天水支線和復線末站相連,且澀寧蘭末端管道老線與復線互為備用,也就更好地保證了天水供氣的安全性;方案二雖然也可得到老線復線的互為備用,但天水支線仍從龍爪山翻越,施工難度大,建成后維護困難,對天水支線的安全供氣性較差;而方案三中天水支線和一線蘭州末站連接,且一線末段管線沒有備用管道,故天水支線的安全供氣性最差。

2.2.3 經濟性

三方案相同部分投資不計,以方案一為基準,方案二和方案三增減的投資估算見表1。

表1 方案投資比較表 萬元

綜上所述,方案的經濟性排序是方案三、二和一。

2.2.4 施工難度

從是否翻越龍爪山考慮,施工容易程度排序很明顯是方案三、二和一。

由上述分析按照AHP計算步驟,通過MATLAB計算得到各方案排序見表2。

表2 方案的AHP排序

從表2可以看出三個方案的優先順序為方案三、方案二、方案一,即從安全性、經濟性和施工難易程度三個方面綜合考慮方案三是最優方案,這與設計最終確定方案也是一致的。

3 結論與建議

本文對澀寧蘭輸氣管道系統的比選方案進行了分析,對提出的三個比選方案從安全性、經濟性和施工難易程度三個因素考慮,采用層次分析法(AHP)定量確定出了最優方案,計算結果與實際工程確定方案一致,說明AHP可以應用于類似方案優選決策。

目前輸氣管道設計方案優選,往往只從定性的角度對方案進行比選說明,而最終確定方案時,又只對經濟進行定量分析后,選擇最經濟的方案,筆者認為這種做法尚不完全符合中石油的“安全第一、環保優先、以人為本、經濟適用”的設計理念,有時最經濟的不一定是最安全的,最人性化的,在中石油的設計理念中經濟是排在最后的,因此,建議在以后的設計中,應采用合適的多目標綜合決策方法對方案進行多方面評價,最終選出最佳方案。

[1] 蘇 欣,郭艷林,陳 鳳,等.澀寧蘭輸氣管道復線工程工藝分析計算說明書[ Z].成都:中國石油工程設計有限公司西南分公司, 2008.

[2] 蘇 欣,袁宗明,胡安鑫,等.城市CNG汽車加氣站安全評價模型[J ].天然氣工業, 2006, 26 (2) : 126-128.

[3] 蘇 欣,陳 靜,楊汗清,等.澀寧蘭輸氣管道復線抗震設計探討[J ].天然氣與石油, 2009, 27 (3) : 14-18.

[4] 王鴻捷.澀寧蘭輸氣管道線路工程水工保護[J ].天然氣與石油, 2003, 23(1) : 11-13.

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2009-11-25

中國石油天然氣集團公司重點項目資助(S2008 - 13D)

蘇 欣(1982-) ,男,四川南充人,工程師,碩士,主要從事油氣田地面工程設計工作。