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老旧燃气管道不停输改造设计
摘 要：以实际工程为例，分析D720×7.0和D630×7.0的老旧燃气管道水平净距不足、腐蚀穿孔、埋深不足隐患的不停输改造方式。对于水平净距不足的管道，可通过短距离不停输封堵（单封）方式，采用原位换管改造。对于腐蚀穿孔的管道，可通过长距离不停输封堵（双封）方式，采用同沟敷设改造。对于埋深不足的管道，如果具备征地和不停输移动作业条件，选择不停输移动方法改造比较经济；对于征地协调难度大，或施工期要求比较短情况，宜选择不停输封堵方法改造。
关键词：老旧燃气管道；改造；不停输封堵；不停输移动
参考文献示例：
李磊祚，鲍元飞，韩海，等. 老旧燃气管道不停输改造设计［J］. 煤气与热力，2024，44（10）：B01-B04.
2022年，全国城市人工煤气管道长度达6 717.90 km。我国第一条长输煤气管道哈依煤气长输管道（简称哈依管道），于1993年7月投产运行。管道敷设于黑龙江省哈尔滨市香坊区、道外区、阿城区、宾县、方正县、依兰县等，管道设计压力2.45 MPa，全长约246 km。管道规格有两种，分别是D720×7.0和D630×7.0。管道直管段采用螺旋缝双面埋弧焊钢管，使用材质为SM41B的钢带卷制，钢管质量符合API SPEC 5L《管线钢规范》（AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE Specification for Line Pipe）的要求。
哈依管道已运行逾30 a，出现了老化、腐蚀、占压、小范围泄漏等诸多问题。由于哈依管道自投产运行以来，一直承担着给周围县市供应燃气的重要任务，亟须对管道的老化和破坏情况进行整改后继续使用。2022年，哈依管道运行压力降至1.5 MPa以下，由输气管道变为城镇燃气次高压A管道。后又对其进行更新改造，使其在安全条件下继续运行。根据排查结果，将哈依管道的隐患分为3类。
① 水平净距不足
全线共有10个管段不符合GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》（2020年版）第6.3.3条“次高压A管道与建筑物水平净距不小于13.5 m”的要求，水平净距不足的管段每处长度3~50 m。
② 腐蚀穿孔
全线有连续7 km长的管道由于采用了环氧煤沥青防腐，防腐层已失效，管道本体出现了腐蚀，甚至穿孔。
③ 埋深不足
由于河道变迁、山洪、人工取土等原因，导致全线出现34处管道埋深不足，有些甚至直接露出，埋深不足的管段每处长度0.5~10 m。
由于哈依管道承担着为沿线县市输送天然气的重要任务，停气会对用户造成重要的影响，因此所有的改造均须在不停输情况下进行。针对不同的隐患类型，采取对应的措施进行改造设计。
对于水平净距不足的管段，通过迁改方式进行改造比较稳妥，但是迁改管道需要符合城市总体规划的要求，并且需要重新办理《建设工程规划许可证》，行政审批流程较为繁琐。但根据哈尔滨市建设工程规划许可豁免项目清单，各类管道的原位换管工程，可免于办理《建设工程规划许可证》。
原管道壁厚是7.0 mm。GB 50028—2006（2020年版）第6.3.3条规定，当次高压A管道管壁厚度不小于11.9 mm时，管道距建筑物外墙面不应小于3 m。因此，将管道更换为壁厚不小于11.9 mm的管道，通过原位换管的方式，使这10个管段的管道均符合GB 50028—2006（2020年版）第6.3.3条规定。
原位换管采用不停输封堵工艺。根据GB/T 28055—2023《钢质管道带压封堵技术规范》第5.1节，管道不停输封堵主要通过在运行管道上带压焊接旁通三通及封堵口，并采用带压开孔方式在运行管道上机械加工出圆形孔洞，建立旁通管路，达到不停输目的，并通过封堵口加设隔离囊（墙），实现管道的更换施工。此方法既不影响管道正常输送，又能保证安全、环保地完成新旧管道的连接。由于水平净距不足管段均较短，采用短距离不停输封堵（单封）的方式，临时建立旁通管，在不停输情况下更换原管道。短距离不停输封堵（单封）见图1，图中红线表示需要更换的原管段。
对于7 km腐蚀穿孔管道，只能通过不停输封堵方式换管。为了缩短行政审批时间，加快工程进度，采用同沟敷设方式改造。
由于待更换管段较长，若使用单封的方式，则需要敷设同样长度的旁通管。为减少敷设旁通管的工程量，采用长距离不停输封堵（双封）方式，即在待更换管段上、下游各设置1套不停输封堵装置，并利用原管道输气，实现不停输封堵。长距离不停输封堵（双封）见图2，图中红线表示待更换管段，蓝线表示新建管道。新建管道与原管道同沟敷设，新建管道敷设完成后，原管道拆除。
对于埋深不足的管段，使用不停输封堵和不停输移动的方法都可以进行改造，二者的适用条件、临时占地面积、费用和施工难度等均有所区别，需要通过技术经济比选确定。
① 适用条件
a.不停输封堵
不停输封堵适用范围较宽，所有埋深不足的管段都可以使用，且由于埋深不足管段均较短，采用单封并加装弯头，即可将管道埋深加大至所需深度。
b.不停输移动
现役管道的不停输移动是一种安全经济的移动方法，该方法利用管道自身的弹性，使管道伸长，从而使管道移动。该方法的优点是无须进行换管和动火作业，利用一定长度管段的伸长量，就可实现管道移动。对于埋深不足的管道，通过纵向移动可以将管道埋深加大至所需深度。但是不停输移动对改造管道要求较高，要求移动的管道完整、无破损，并且无弯头、法兰、三通、阀门、混凝土覆盖层等。
② 临时占地面积
a.不停输封堵
由于埋深不足管道一般较短，采用不停输封堵改造时，通过加大埋深即可完成，需要的临时占地主要是封堵作业占地，一般占地面积约500 m2。
b.不停输移动
采用不停输移动方法改造时，需要较大的临时占地面积。由于原管道设计埋深大于项目所在地冻土深度，改造管道维持原设计埋深。项目所在地冻土层深度为2.0 m，因此埋深不足的管道须纵向移动的距离按2.0 m考虑。根据SY/T 0330—2004《现役管道的不停输移动推荐做法》第4.2.4条，埋深不足的管道可以视作通过较小障碍的管道移动，见图3。图3中红线表示原管道管位，蓝线表示纵向移动后的管道管位。
根据SY/T 0330—2004第4.1节，可以计算出将管道纵向移动2.0 m所需的最小管沟长度，计算式为：
D——管道外直径，mm
Δ——管子跨中位置挠度，mm
FD——设计系数
σMYS——管子规定最小屈服强度，MPa
σE——管道原有轴向应力，MPa
σp——内压产生的轴向拉伸应力，MPa
σT——由于温度变化产生的轴向拉伸应力，MPa
σC——原有管道弹性弯曲产生的轴向应力，MPa
p——管道最大工作压力，MPa
μ——钢材泊松比，取0.3
δ——管子公称壁厚，mm
E——钢材弹性模量，MPa，取2×105 MPa
αl——钢材线胀系数，K-1，取1.1×10-5 K-1
t1——管道安装时的温度，℃
t2——管道移动时的工作温度，℃
需要移动的管道两种规格分别是D720×7.0和D630×7.0，考虑最不利工况，直接选取D720×7.0规格的管道进行计算。因此，D为720 mm，管道壁厚δ为7.0 mm；挠度为2 000 mm；FD取原设计系数0.6；对于管材为SM41B的管道，σMYS取315 MPa［1］；改造段为水平管道，无弹性敷设，故σC取0；管道最大工作压力p取1.6 MPa；t1取15 ℃；t2取最不利工况-30 ℃。将参数代入式（1）~（4），计算得L为321.33 m。通过计算出的最小管沟长度，作业带宽度按照14 m考虑，可以计算出不停输移动施工的临时占地面积约为4 500 m2。
③ 费用
a.不停输封堵
不停输封堵方法施工的费用主要包括施工措施费、补偿费、材料费。施工措施费约150×104 元；补偿费包括临时占地补偿费及地上物综合补偿费，按155 元/m2计算，得出补偿费7.8×104 元；材料费约5×104 元。3项合计费用共约162.8×104 元。
b.不停输移动
不停输移动方法施工的费用主要包括补偿费和工程费。补偿费占比较大，包括临时占地补偿费及地上物综合补偿费，根据当地补偿标准，按155 元/m2计算，得出补偿费69.8×104 元；工程费占比较小，主要是开挖和填埋以及检测的费用，约20×104 元。2项合计费用共约89.8×104 元。
④ 施工难度
a.不停输封堵
不停输封堵特点是专业性较高，施工难度大，需要具备特种设备安装改造维修许可证的专业队伍施工，施工期较短，每处埋深不足的管道施工期约7 d。
b.不停输移动
采用不停输移动的方法加大管道埋深，由于需要逐级下沉，因此施工组织比较复杂，准备时间较长，且参与沉降的管道须进行100%射线检查，每处管道施工期约30 d。而且由于临时占地面积较大，协调难度也较大。
综上，不停输封堵和不停输移动，对于埋深不足的管道改造，各有优缺点和适用条件。不停输封堵的优点是周期短、适用范围广、临时占地面积小；而不停输移动的优点是费用低、施工难度较小。因此，如果具备征地和不停输移动作业条件，选择不停输移动方法改造比较经济；对于征地协调难度大，或施工期要求比较短情况，宜选择不停输封堵方法改造。
① 对于水平净距不足的管道，可通过短距离不停输封堵（单封）方式，采用原位换管改造。
② 对于腐蚀穿孔的管道，可通过长距离不停输封堵（双封）方式，采用同沟敷设改造。
③ 对于埋深不足的管道，如果具备征地和不停输移动作业条件，选择不停输移动方法改造比较经济；对于征地协调难度大，或施工期要求比较短情况，宜选择不停输封堵方法改造。
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