西气东输二线管道工程的设计特点_向波
第36卷增刊石油工程建设
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西气东输二线管道工程的设计特点
向波
（中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都610017）
1工程概述
西气东输二线西起新疆的霍尔果斯口岸，管道
总体走向为由北向南、由西向东，东至浙江、上海，南至广东、广西，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、湖北、江西、广东、广西、浙江、上海、湖南、江苏、安徽、香港共15个省、市、自治区，干线管道全长超过4000km（另有8条支干线，其总长也超过4000km）。管道设计输气能力300亿m3/a，是一条连接中亚进口气源以及国内的塔里木、准噶尔、吐哈、长庆气源和沿线中西部地区、华东、华南、长三角、珠三角等用气市场的重要管道。干线霍尔果斯—中卫段设计压力12MPa，管径D1219mm；中卫—广州段设计压力10MPa，管径D1219mm。
面对设计压力高达12MPa、管径为D1219mm、干线长度超过4000km、全部采用X80高强度管线钢等一系列挑战，设计联合体在设计管理、设计手段、设计技术等方面都进行了大量的改进与创新，以实现设计建设世界一流管道的目标。
22.1
设计管理
挥中石油设计系统的整体优势，确保设计进度与质量，西气东输二线管道的建设单位———中国石油股份有限公司管道建设项目经理部在可研、初步设计（施工图延续）两个阶段分别组成了设计联合体承担勘察设计工作。
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摘
了西气东输二线管道工程设计的主要特点。关键词：西气东输二线；管道设计；主要特点中图分类号：TE973.1
文献标识码：B
文章编号：1001－2206（2010）增刊－0001－05
于2007年10月编制完成了可研报告。计。
要：面对西气东输二线管道工程设计压力高达12MPa、管径为D1219mm、干线长度超过
4000km、全部采用X80高强度管线钢等一系列挑战，设计联合体对管道设计及管理工作进行了大
量的改进与创新。文章从设计管理、专项科研、设计手段、设计技术等角度较为全面地分析和介绍
可研由中国石油规划设计总院牵头，中国石油天然气管道局设计院、中石油集团工程设计有限责任公司西南分公司、大庆油田工程有限公司共四家设计单位组成设计联合体，成立了设计项目部，采用项目经理负责制的管理模式，在北京集中办公，
初步设计（施工图延续）由中国石油天然气管道局设计院牵头，中石油集团工程设计有限责任公司西南分公司、大庆油田工程有限公司、新疆时代石油工程有限公司、中油辽河工程有限公司、西安长庆科技工程有限责任公司共六家设计单位组成初步设计联合体。联合体成立了设计项目部，采用项目经理负责制的管理模式，在廊坊集中办公，完成了初步设计，并按照建设进度要求开展施工图设
2.2开展科学研究，解决关键技术问题
（1）鉴于工程浩大、技术难度高，中国石油股
份有限公司组织开展了“西气东输二线工程关键技术研究重大科技专项”的研究。共设置8个课题、
组成设计联合体，发挥整体优势
为了借鉴西气东输等管道设计的成功经验，发
31个专题，紧密围绕西气东输二线拟采用的X80
材质D1219mm钢管、新的设计与施工方法、安全运行技术等进行攻关。本工程在设计过程中充分与相关课题研究相结合，利用其最新的研究成果解决设计面临的关键技术难题。
（2）利用X80材质的D1219mm钢管的相关专题技术研究成果，合理确定钢管的关键技术指标
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石油工程建设2010年12月
及技术要求，形成管材、制管的相关标准和技术规格书，保证管材和钢管订货的技术指标先进适宜、安全经济。
（3）利用“基于应变的管道设计方法研究”的成果，采用基于应变的管道设计方法，对管道通过活动断层为代表的特殊地段，结合本工程地震及活动断裂专项评估提供的相关参数进行计算分析。通过优化管道的壁厚、与断层的夹角、埋地管道的土壤约束等参数，反复优化计算每处活动断层的管道可能发生的最大应变量，判断是否需要采用抗大变形的特殊管材，并对抗大变形钢管、焊接等提出技术参数和要求，以利于新的设计方法、材料在特殊地段应用。
（4）利用“抗大变形钢管关键技术指标和产品研究”的成果，结合设计要求，提出抗大变形钢管订货的技术条件，做到技术指标先进适宜、安全经济，并利用抗大变形钢管的焊接研究成果，制订抗大变形钢管的焊接工艺规程和焊接技术要求，保证焊接接头的抗变形性能与母材相匹配。
（5）利用“特殊地质地形管段的设计方法与防治技术研究”的成果，对管道通过山区时采用的陆上隧道进行优化设计；对管道通过的湿陷性黄土地区，在高地震烈度作用下的边坡稳定性进行分析、设防；对通过岩溶地区的管道进行分析、设防。
（6）根据施工方法研究及所形成的相关企业标准，合理确定X80材质的D1219mm钢管施工的技术要求，确保管道施工质量。
（7）对工艺站场开展定量风险评价（QRA），并应用其成果指导设计，提高了站场的安全系数。
迫。为了保证工程质量与水平，同时满足建设进度的要求，本工程在设计组织与审查上采取了新的模式。将工程项目按照建设先后顺序、建设周期、工程建设类型、长周期设备订货需要等划分为若干单项，分批组织设计与审查。例如：分别对西段与东段线路、西段与东段工艺及站场、工程技术与概算、控制性工程等分批进行初步设计与审查。
33.1
设计手段
开展三个平台的构建与应用
本工程设计手段的特点主要表现在三个平台
（GIS平台、材料设备代码系统及应用平台、管道完整性管理平台）的构建与应用上。针对这三项工作，成立了专门的工作小组与相关设计专业密切结合，通过本工程的应用，为今后中石油在油气管道工程设计方面开展管道线路工程数字化辅助设计、站场三维设计、设计阶段管道完整性管理等奠定了基础。
3.2GIS平台构建及数字化管道勘察设计
数字化管道是当今管道建设的发展趋势，管道
的数字化建设需要贯穿于勘察设计、管道建设、管道运行管理的整个生命周期，并为管道的完整性管理建立提供基础性的数据支持。
西气东输二线的设计阶段，通过构建基于GIS平台的管道线路工程设计数据库和辅助设计平台，利用其先进的地图功能，以长输管道及周边环境矢量化的电子地图及影像图为基础，形成集管道属性信息和空间信息于一体的信息系统，为管道设计提供线路优化、站场选址、工程量统计等辅助支持，为设计人员提供地理信息、环境信息及专业信息的查询等；并可利用其项目管理系统对项目的计划及进度、质量、文档、沟通、工程文件等进行管理；利用其设计填报系统在设计阶段为完整性管理、运营收集所需的数据。
2.3完善设计组织架构，科学组织设计工作按照多院共同参与、集中办公的设计方式，在
签订设计联合体协议的同时，成立了联合设计项目部。联合设计项目部按照项目经理负责制的模式，构建了弱矩阵式的项目组织结构，成立了相关的管理部门、专业，编制了各种管理文件和质量管理手册，采用P3软件编制项目进度计划，采用集中办公、专业组团设计模式，科学地组织各项设计工作的开展。
3.3材料设备代码系统及应用平台
材料设备代码是材料设备管理信息化、规范化
的具体表现形式，是实现合理、规范、高效率地应用材料设备的一种方法。材料设备代码是材料控制系统的核心，是整个信息化工程项目的重要组成部分。本工程在设计阶段建立了材料设备代码系统，该系统与三维设计系统配合使用，将有利于提高设计效率、加快信息的获取和处理速度，有利于提高设计、采购的质量，并为管道工程全生命周期的材
2.4分批组织设计审查，确保建设进度
对于本工程“一干八支”长度超过8000km
的庞大管道系统，要求2009年建成中卫以西段、
2010年干线建成、2011年全线建成，工期十分紧
第36卷增刊向波：西气东输二线管道工程的设计特点
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料设备的利用及管理水平的提高奠定基础。利用了通信现网的资源，系统安全、可靠、先进、适用。
（5）工艺站场在流程设置、安全保护、设备选择、可操作性等方面都能满足集中调控、无人操作的运行要求。以压气站为主的重要工艺站场，协调统一配套系统和辅助专业的设计技术水平，在流程设置、自控水平、设备备用和质量要求等方面与主体工艺保持一致，确保工程总体技术水平的实现。
（6）贯彻安全环保、以人为本的设计理念，尽量采用非开挖的各种现代技术，包括定向钻、隧道、盾构、顶管等方式完成管道的大中型河流穿越。
3.4管道完整性管理平台构建和应用
本工程设计阶段将在GIS平台的基础上，设计
并完善适合完整性管理的数据库系统；开展天然气管道高后果区（HCA）识别、风险评价数据的自动读取，并可在GIS平台上显示风险评价结果。采用危险和可操作性研究（HAZOP）、安全完整性等级评估（SIL）、定量风险评价（QRA）等评价方法，对西气东输二线的典型站场进行风险评价，提出管道线路和站场的主要风险及消减措施，为完善设计提供依据，并为管道实施完整性管理在设计阶段做好必要的基础准备。
4设计技术
4.1合理确定管道的技术水平
根据中国石油股份公司的要求和本管道建设的自身需要，确定了将本管道设计建设成为当今世界一流天然气管道的总体技术目标，具体的技术水平体现在以下几方面：
（1）线路宏观走向合理，与市场衔接紧密；线路方案比选周全，尽量避开疑难地段，有利于提高管道的安全性和经济性。线路走向方案的确定符合地方规划要求及“七大评估报告”的建议。管道控制性工程的技术方案安全、可靠、经济，技术可行，满足工期要求。
（2）管道设计符合大口径管道建设的特点和要求，利用数字化管道勘察设计技术提高设计产品质量；采用基于应变的设计方法处理管道通过活动断层等复杂技术问题；更新管道设计理念，减少弯头使用，方便管道施工，有利于环境保护和水土保持。
（3）工艺系统计算的关键参数确定准确合理，用户选择及分输站确定符合国家天然气利用政策，推荐工艺方案先进、适宜、经济、可靠。工艺系统构成优化，站场布局合理，压气站机组配置优化、运行高效。站场工艺流程顺畅、设备选型合理、布局兼顾发展。
（4）以国际一流油气管道自动化水平为参照，管道的自动控制与管理水平达到由调度控制中心远程监控、调度和管理。各区域中心对所辖管段的维修抢修进行指挥，清管站、远控线路截断阀室达到无人值守。设计建设的通信系统满足中石油调控中心建设要求和中石油通信网建设规划，充分
4.2合理确定管道输送能力与市场的关系4.2.1我国输气管道建设及用户特点
从我国天然气管道建设的特点来看，存在管道建设期间缺少准确市场资料，设计及管道建设决策困难；管道建成后用户发展迅速，供不应求矛盾突出的双重问题。在管道设计阶段如何合理进行管道工艺系统的计算、设计及系统配置常常成为困扰和影响设计工作开展的制约因素。
4.2.2管道设计输送能力应考虑的主要因素（1）在我国大力发展天然气工业，众多管道的
建设及规划将逐步形成全国天然气骨干管网的背景形势下，西气东输二线作为全国骨干管网中的骨干，其设计输送能力已不能仅仅从该管道自身进行考虑，而应将其放入全国天然气调配的全局，结合管道的自身特点来合理确定。
（2）西气东输二线中卫以西段与西气东输一线大段并行，并将与规划建设的西气东输三线并行。本管道在起点接收国外来气，同时在鄯善连接塔里木气田、在中卫连接长庆气田，并可在靖边实现与陕京一线和二线的沟通。中卫以东覆盖了我国经济较发达的中南地区，以及珠江三角洲、长江三角洲等经济发达地区，这些地区也将是西三线等管道将来需要加大供气的重要市场。因此，西气东输二线的战略地位十分显著，故在工艺系统的设计中不能孤立地按照现有市场的数据来进行管道设计，而应充分利用该管道已经确定的压力、管径可能达到的经济输送能力来构架系统。这样一方面解决了设计面临的市场数据不足的矛盾，同时也最大可能地兼顾了中石油利用本管道满足将来市场供气的能力。
（3）可研及评估已经确定了干线系统的构成，
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石油工程建设2010年12月
即：霍尔果斯—中卫段干线的设计压力12MPa，中卫—广州末站段干线的设计压力10MPa，干线全部采用D1219mm的X80钢管。故输气干线不同管段的设计输送能力应考虑不同段管道的经济合理输量，使管道的综合运行效率较高。
（4）满足首站接收300亿m3/a天然气、沿线分输后的天然气输送要求。
量及位置难以准确确定，下游市场多变且发展迅速的特点，给分输站的设置及分输设施的确定带来了很大的影响。若按照常规的设计方法，当用户及分输量确定后再开展设计、订货、建设，则在进度上难以满足供气需求。
为了解决好西气东输二线的天然气分输问题，在本工程设计中将用户进行分类，采用分输设施的模块化、标准化设计来满足市场分输的需求。具体做法是：
（1）对于已经确定的分输用户（特别是大用户），按照供气合同开展分输设计、建设。
（2）根据供气意向协议、市场调研等资料对潜在用户进行分析，根据其用气量、用气特征（包括供气压力、用气不均匀性等）划分为若干规模等级，结合设备能力进行相应分输规模等级的分离、调压、计量、加热等设备构成的分输设施的模块化、标准化设计。
（3）根据对各类分输用户的预测分析，提前按照模块化设计进行设备订货、橇装设备预制等。当与分输用户签订供气合同后，即可根据其供气规模选择对应的模块化分输设施，在很短时间内完成建设，满足分输的要求。
4.2.3干线的分段设计输量确定
（1）霍尔果斯—中卫段的设计输送量300亿m3/a，
并满足进口天然气合同所要求的日最大输送量的要求。
（2）考虑中卫以西段压气站的自耗气，结合中卫以东段的干线设计压力变为10MPa的情况，中卫—河南（平顶山）段的输送能力按照280亿m3/a设计。
（3）河南（平顶山）—广州干线段为本管道的末端，河南及以西已有一定量的天然气分输，本段管道的设计输送量宜适当降低，但也应同时考虑远期对珠江三角洲市场的供气需要，故该段管道的设计输送量宜按250亿m3/a进行系统构建，压气站视输送要求而分期建设。
4.3科学进行压气站的设置
在输气管道的工艺系统优化及压气站设置中，
通常采用等压比的方式。但是，燃气驱动压缩机组的可输出功率受站场所处的海拔高程、环境温度的影响较为明显（以本工程为例，同样30MW等级的机组，在相同季节在精河压气站可输出功率达到26.7MW，而在红柳压气站的可输出功率却只有23MW），故存在各站机组的负荷率差异大、出力不均、部分机组效率偏低等问题。若管道后期需要增输时，可输出功率较小的站往往出现卡脖子现象。
在本工程的设计中采用了等负荷布站的方法，更为科学地进行压气站的设置。机组的负荷率是指压缩机需求轴功率与现场环境条件下燃气轮机最大输出功率的比值。其做法是在布站过程中，结合站场的实际高程和环境温度条件下机组的可输出功率，按照基本相同的机组负荷率设置压气站。其结果是各站机组的出力和富余能力基本接近，机组整体运行效率较高，有利于管道的运行和将来管道可能的增输。
4.5处理好并行敷设管道之间的关系4.5.1并行敷设管道
西气东输二线所通过的西部地区是我国油气管道的重要通道，是西部能源东调、进口油气资源输送到东部主要用户的必经之地。西气东输二线在中卫以西，特别是河西走廊将与已建管道（包括阿独管道、独乌管道、西部油气管道、西气东输等）、规划拟建管道（包括鄯乌原油管道、西气东输三线等）并行或同沟敷设。如何处理好与已建、拟建管道的关系，合理利用有限的路由资源是本工程需要重点考虑解决的问题。
4.5.2与已建管道并行敷设的间距及保护措施（1）在一般土方段和戈壁荒漠地段，与已建管
道的间距一般要保证20m，最小距离按10m计。在需要爆破开沟的岩石地段，与已建管道的间距一般要保证50m，最小距离按20m计；距离为20m时，在设计中应提出爆破试验及相关爆破方式、填药量等要求。特殊困难地段则按不并行，另选避绕线路设计。
（2）本管道在外防腐层等级、阴极保护系统选
4.4采用模块化设计满足市场分输需要
输气管道在设计建设阶段通常具有分输天然气
第36卷增刊向波：西气东输二线管道工程的设计特点
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择等方面考虑使双方管道都得到合理的保护。当并行敷设管道间距
必要的安全间距。
若需要采用隧道、箱涵和涵洞等大截面通道穿越河流、铁路和高速公路时，西二线应与规划建设管道一并考虑通道的建设和利用。
4.5.4并行敷设输气管道的站场合建问题
规划的西三线将在中卫以西长距离与西二线
并行，从方便管理、共同使用备用压缩机组、统一调度、节省占地和投资等方面考虑，需要研究压气站的合建问题。设计联合体对站场合建方案从工艺、自控、总图、电力、建筑等多专业开展了优化研究工作，确定了最优的建设方案，在满足西二线建设和运行的同时，充分考虑了西三线的扩建需要。
4.5.3与规划建设管道并行段的设计与防护（1）在果子沟、后沟等特殊山区、峡谷的石方
地段，为了避免后期规划建设的西三线对本管道的影响，一次并行敷设（部分地段同沟）完成了两条输气管道的建设。在西二线通过的赛里木湖地段，为了避免规划的西三线建设对风景名胜区的二次破坏，一次并行敷设完成了两条输气管道的建设。
（2）除上述同沟敷设的特殊段外，与规划建设管道的并行段一般采用平行敷设方式。西二线与西三线等规划建设管道的平行敷设间距按与已建管道相同的要求执行，在设计中需要根据平行管道敷设的数量、间距以及管带总宽度进行总体布局、分步实施，但在穿越工程方面应重点考虑相互的结合。
（3）平行敷设管道穿越工程设计。采用大开挖、顶管及定向钻穿越河流、铁路和公路时，本管道与规划管道按照独立建设考虑，穿越管道应保持
5结束语
本文仅对西气东输二线工程的主要设计特点进
行了分析和介绍。在今后的工作中，还需要不断探索设计管理、设计手段、设计技术的新方法，努力为我国长输天然气管道的设计建设搭建更高、更好的平台。
———————————————————————作者简介：向
波,1984年毕业于西南石油学院油气储运专
业，主要从事油气管道设计、施工管理工作。
收稿日期：2010-10-25
PETROLEUMENGINEERINGCONSTRUCTION
Bi－Monthly
Establishedin1975ISSN1001－2206CODENSGJIE9
4348BM
Tel／Fax8622－66310255
Vol．36SupplementSerialNo．221December2010Sponsor:ChinaNationalPetroleumCorporation（CNPC）
Publisher／Editor:ResearchInst．ofPetroleumEng．TechnologyAddress:40JintangHighway，Tanggu，Tianjin300451，P．R．ChinaDistributor:ChinaInternationalBookTradingCorporation
P．O．Box399，Beijing100044,P．R．ChinaCONTENTS＆ABSTRACTS
·ENGINEERINGDESIGN·
（1）PipelineDesignFeaturesofSecondWesttoEastGasPipelineProject
XIANGBo（ChinaPetroleumEngineeringCo.,Ltd.SouthwestCompany，Chengdu610017,China)
Abstract:FacingaseriesofdesignchallengesofSecondWesttoEastGasPipelineProject,suchasthehighdesignpressureof12MPa,pipediameterof1219mm,trunkpipelinelengthover4000kmandthehighstrengthpipesteelofX80usedintheentirepipeline,theassociativedesignteamimprovesandinnovatesthepipelinedesignandmanagementwork.Themaindesignfeaturesofthisprojectarecomprehensivelyanalyzedwithrespecttodesignmanagement,specialresearches,designmeansanddesigntechniques.
Keywords:SecondWesttoEastGasPipelineProject;pipelinedesign;mainfeature
（6）BriefAnalysisonEnvironmentalGeologyandEngineeringGeologyinWestSectionofSecond
WesttoEastGasPipelineProject
SHENMao-ding（FourthEngineeringCompanyofChinaPetroleumPipelineBureau,Langfang065000,China）,ZHOUJing-song,LIUXiang-yu
Abstract:SecondWesttoEastGasPipelineProject,asthenorthwestchannelofthefourgreatstrategicnaturalgasimportchannelsinChina,playsthemostimportantstrategicroleinthenationalnaturalgaspipelinenetworks.WestSectionofSecondWesttoEastGasPipelineProjecthasthelengthof2745.9kmfromHuoerguoshiPort,XinjiangtoZhongwei,Ningxia.ThepipelinepassesavarietyoflandformsincludingsalinizedGobi,desert,torsopeneplain,winderosionyardang,loessplateau,rockymountainandpiedmontal-luvial-pluvialfan.Theenvironmentalandengineeringgeologyconditionsareextremelycomplexandgeologicdisastersarevariousinkind.ThispaperoutlinestheeffectofcomplexenvironmentalandgeologicconditionsinWestSectionofSecondWesttoEastGasPipelineProjectontheengineeringandtheeffectofengineeringconstructiononlocalengineeringgeologicconditions,discusseswithemphasisonthespecialrockandsoil,en-gineeringgeologicconditionandenvironmentalgeologicconditionalongthepipeline,analyzestheirharmstothepipelineconstructionandoperationandputsforwardcorrespondingcountermeasures.
Keywords:SecondWesttoEastGasPipelineProject;environmentalgeology;engineeringgeology;spe-cialrockandsoil
（12）ApplicationofGeophysicalInformationTechniqueinDesignofSecondWesttoEastGasPipeline
PANGBo（PetroChinaDaqingOilfieldEngineeringCo.,Ltd.,Daqing163453,China），LIShan-shan,LIUWei
Abstract:Thenewcooperativedesignmodebasedon3StechniqueisintroducedcombinedwiththepracticalexperienceofdigitalpipelineconstructioninWestSectionofSecondWesttoEastGasPipelinePro-—6—