國外沙漠地區(qū)油氣田集輸管道標志樁優(yōu)化設(shè)計

程浩力 齊丹丹 劉震 耿一臻 王鵬 胡京民 姜雄

1中國石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計分公司

2國家管網(wǎng)集團北方管道公司榆濟管道有限責任公司

3國家管網(wǎng)集團工程建設(shè)本部

4中國石油工程建設(shè)有限公司

目前中國石油企業(yè)以“一帶一路”為契機持續(xù)推動海外油氣領(lǐng)域合作，在中東及非洲地區(qū)不斷拓展油氣田項目。在阿拉伯半島的阿聯(lián)酋、沙特、西非的尼日爾等國家，油氣田普遍在沙漠之中，由于暴曬及風(fēng)吹沙蝕，標志樁栽設(shè)后在一兩年內(nèi)字體就會完全褪去導(dǎo)致無法識別，這樣標志樁就失去了運營管理、警示公眾的作用。因此，在該類地區(qū)油氣田項目中，設(shè)計一種適應(yīng)沙漠氣候的標志樁尤為必要。

通常標志樁采用玻璃鋼、鋼筋混凝土、PVC等材質(zhì)，但玻璃鋼材質(zhì)樁體雖輕便但易褪色，鋼筋混凝土樁較重，PVC長期暴曬易老化，這三種材質(zhì)均不適合在海外沙漠油氣田環(huán)境中使用。由于沙漠油氣田在海外，很多材料通過國內(nèi)采購，考慮到運費、材料成本、安裝便易性等因素，標志樁易采用可在現(xiàn)場場區(qū)（OGM、CPF等站內(nèi)）集中快速制作及安裝的材料，標樁應(yīng)在運營使用中不會由于字體剝落而無法辨識。SY/T 6064—2017《油氣管道線路標識設(shè)置技術(shù)規(guī)范》、API RP 1109—2017《Line markers and signage for hazardous liquid pipelines and facilities》等國內(nèi)外標準規(guī)范[1-7]對線路標志樁設(shè)置及設(shè)計做了要求。雖然張耀坦等學(xué)者[8-15]對國內(nèi)外標志樁標準作了一定研究，梁金國等學(xué)者[16-19]對沙漠地區(qū)管道設(shè)計及運營管理作了一定研究，但針對適用于海外沙漠地區(qū)油氣田集輸管道標志樁的設(shè)計及制作鮮有相關(guān)研究，因此未解決工程中遇到的實際問題。為解決目前常規(guī)標志樁褪色失效的問題，結(jié)合國內(nèi)外沙漠地區(qū)設(shè)計、施工及運營經(jīng)驗，對標志樁進行了優(yōu)化設(shè)計。

1 標志樁構(gòu)造

1.1 整體構(gòu)造

設(shè)計的標志樁基本構(gòu)造如圖1所示。樁體為角鋼材質(zhì)，上部焊接兩塊鋼板，底部為基礎(chǔ)；銘牌可以在現(xiàn)場安裝也可在預(yù)制場集中安裝。整個樁體主體可以在場區(qū)完成焊接組裝，運至現(xiàn)場直接安裝，節(jié)省現(xiàn)場安裝時間。

圖1 標志樁示意圖Fig.1 Schematic diagram of marker pile

1.2 標識牌

標識牌結(jié)構(gòu)見圖2，主要分為兩部分：背板采用350 mm×250 mm×3 mm的鋼板，在場區(qū)同樁體角鋼直接焊接安裝；銘牌采用320 mm×220 mm×2 mm 鋁板制作。通用警示語/詞組可訂購，采用沖壓或蝕刻方式完成，刻蝕深度為0.8 mm，刻蝕工藝可按照中石油三化文件CDP-S-OGP-AC-005-2013-2《油氣管道工程測試樁技術(shù)規(guī)格書》中第6.3 條“測試樁銘牌”中的做法，采用電解刻字加工。里程/編號等數(shù)字通過鋼模現(xiàn)場刻印，鋁制銘牌現(xiàn)場安裝時鉚釘在鋼背板上。由于中東及非洲地區(qū)歷史上多為英法殖民地，標識牌用語可以采用英法同阿語或本地通用語的雙語，具體根據(jù)業(yè)主/運營單位要求制作。

圖2 標識牌示意圖Fig.2 Schematic diagram of signboand

標識牌分為上下兩塊，最上部為通用警示牌（圖3），銘牌蝕刻警示標語、運營單位名稱及緊急聯(lián)系方式，該塊銘牌為通用固定內(nèi)容（具體內(nèi)容業(yè)主/運營單位可定制），為避免風(fēng)蝕導(dǎo)致字體不清，可定制沖印或蝕刻相關(guān)內(nèi)容成品，使字體凹刻于鋁板。下方銘牌為管道標識牌，主要涉及管道一些設(shè)計參數(shù)：尺寸、介質(zhì)、樁號及穿越類型及穿越里程等內(nèi)容（圖4a）。這些變量文字及數(shù)字可制作沖壓鋼模（數(shù)字和字母鋼模），現(xiàn)場安裝時直接根據(jù)現(xiàn)場實際情況沖壓刻印（圖4b）。

圖3 警示牌示意圖Fig.3 Schematic diagram of warning board

圖4 樁號/穿越標識牌示意圖Fig.4 Schematic diagram of pile No./crossing sign

1.3 樁體

由于沙漠地區(qū)風(fēng)蝕沙埋的影響，標志樁不宜采用矮小樁體，根據(jù)API RP 1109《Line Markers and Signage for Hazardous Liquid Pipelines and Facilities》的建議，樁體露出地表至少1.2m(4ft.)。考慮到成本及制作難易，樁體可采用40 mm×3 mm 等邊鍍鋅角鋼制作。為減少規(guī)格便于采購，角鋼規(guī)格也可考慮使用站內(nèi)結(jié)構(gòu)普遍使用的規(guī)格。

1.4 基礎(chǔ)

由于沙漠流動性，為保持樁體穩(wěn)定性，結(jié)合實踐，可根據(jù)現(xiàn)場情況采取兩種類型的樁體基礎(chǔ)（圖5）。

圖5 基礎(chǔ)示意圖Fig.5 Schematic diagram of foundation

第一種為混凝土基礎(chǔ)，樁體鋼管底部焊接150mm×150 mm×3 mm 鋼板作為固定件，澆灌400 mm×200 mm×100 mm 混凝土底座（C15），為減少現(xiàn)場安裝工作量，可在場區(qū)同樁體一并預(yù)制并完成組裝；第二種為當現(xiàn)場混凝土稀缺時，可采取底部焊接400 mm×400 mm×3 mm 鋼板，角鋼樁體套上DN 200 或DN250 的150 mm 長的鋼管，點焊到底板上，起到配重及回填后穩(wěn)定樁體作用。鋼管可采用站場或線路常用規(guī)格鋼管尾料截取。根據(jù)API RP 1109 第5.2 條的要求，鋼制基礎(chǔ)距離管道至少滿足0.3 m（12 in）凈間距，以免管道遭受雷擊等危害。

2 不同結(jié)構(gòu)樁體指標比較

本優(yōu)化的標志樁同玻璃鋼及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樁的各指標比較見表1。

表1 各類型管道標示樁指標比較Tab.1 Comparison of indicators of various types of line markers

3 結(jié)論

油氣管道標志樁對油氣田管道的完整性管理有著重要的意義[20]，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的標志樁文字標識由于采用了鋁板沖印/蝕刻方式，具備了以下突出特點：

（1）字體凹陷，可避免掉漆后無法辨識的情況。運營管理人員巡線過程中也可以采用紅色記號筆對凹陷字體描摹，確保可視性。

（2）由于均采用金屬材料，且可現(xiàn)場制作，不用養(yǎng)護，具備制作周期短的特點。除了第二塊鋁制標牌外，連帶基礎(chǔ)均可在場區(qū)一次性制作完成，可以集中拉運，沿線直接安裝。

（3）整體成本基本等同于玻璃鋼材質(zhì)樁體，相對鋼筋混凝土樁具備明顯的輕便性，不僅節(jié)省運費，安裝過程可減少人員及工作量。