摘要 : 随着西气东输管道输气量的大幅提高，管道全线压力不断提升，部分管段出现了冻胀、变形等问题。分析了冻胀产生的原因：一是气体经过分输调压装置后，会在节流处迅速膨胀，产生急剧压降，导 致气体温度急剧降低，从而发生冻胀现象：二是土壤冻胀敏感性和地下水对冻胀的出现有直接影响。关键词：天然气管道；冻胀；分析；治理
Abstract: with the west-east gas transmission pipeline ShuQiLiang much of the increase, pipe pressure all rising, part of the pipeline section appeared frost heaving, deformation, etc. Analyses the reasons of the frost heave: one is the gas pressure regulating devices after points lost will swell place throttling, a sharp, pressure drop, guide the gas temperature sharply reduced, this produces the frost heave phenomenon: two is soil freezing expansion sensitivity and groundwater on the frost heave a direct effect. Keywords: natural gas pipeline; Frost heaving; Analysis; management
中图分类号：TU832.2+2 文献标识码：A文章编号：
1原因分析
西气东输管道在供气之初，站场分输量较低，约为10×1044m3／d，干线压力也较低，一般在4MPa左右，出站压力为2MPa，由于压力不大，所以冻胀问题不明显。但自2004年9月，伴随着西段投产和压缩机站的陆续投入运行，干线压力逐步提升，河南段的博爱站、郑州站逐渐显露出冻胀迹象， 安全隐患也随之增多。随着干线压力的提高，调压橇的压差逐渐变大，节流效应明显，造成支线出站温度较低(博爱站最低出站温度为一12℃)。管道长期低温运行，加之地下管道埋深处土壤含水较为丰富，这?个因素造成管道周围出现较厚的冻层。随着冻胀效应的产生，管道抬高，致使站内管网抬高变形。从博爱站院外管道附近挖开的两个坑可以看到，管道周围确实有厚度为50cm的冻层。综上所述，管道冻胀的原因主要有两个方面：一是天然气的性质在输气过程中，气体经过分输调压装置后会在节流处快速膨胀，产生急剧压降，而气体在极短时间内来不及与外界发生热交换，导致气体温度急剧降低，管道内压力每降低1MPa，温度降低约4～5℃，造成分输管道一直在0℃以下低温运行，从而发生冻胀现象；二是冻胀问题与上壤的冻胀敏感性和地下水有直接关系。
2防治措施
2.1加热法
目前国内外管道领域通用的,也是最有效的解决冻胀问题的做法就是加热。采用加热炉加热可以彻底消除冻胀，同时也可以解决下游用户的冻胀问题。对于冻胀较为严重而且空间狭小、管道分布密的站场，可采用国外生产的安全可靠、结构紧凑的分体式加热炉。
2．2换土法
换土法治理冻胀，首先将管道周围的冻胀性土壤置换成排水性好、冻胀性小的乱石和沙土，然后在管沟内设置防水层，防止地面和周围土壤的水渗入置换到土壤中，最后在管沟底部设计集水沟，将沟底积水引入竖井，再使用抽水设备将水及时排出。对压差较大的管段(主要是输至地方输气公司门站的管段)，采用涵洞处理，将管道与周围土层隔开，避免因压差大而造成管道温度的降低。
2．3绝热措施
对低温管路采取绝热措施，开挖出站管道和调压橇后的下汇管，管道防腐层检漏合格后，采用聚氨酯泡沫对管道和管汇进行绝热保温，保温层外做玻璃钢防水处理。
2．4其它措施
采取间歇输气方式，也可采用电伴热、管道保温等方法。与下游用户协调，尽量提高下游的供气压力，解决压差大而引起的降温问题。针对冻胀制定冬季运行应急预案，通过严密观察、精心测量并认真记录数据,密切监测冻胀现象，检查阀门位置的变化。在站场巡检过程中，重点检查调压部位，防止外漏现象的发生。
3管道冻胀现象的治理
3.1采用合理的管道复合修复技术
复合修复层由复合套筒、强力胶和具有极高抗压强度的填料3部分组成。复合套筒由复合管道公司在工厂根据客户的管径和压力预成型。其玻纤比例、线性弹性形变、弹性模量、抗拉强度、热膨胀系数得以精确地控制。玻纤保证了复合套筒的强度，而树脂使复合套筒具有记忆效应，使复合套筒得以紧紧包覆在管道表面。许多年来，复合管道公司一直处于运用复合技术修复管道的最前沿。60多个国家共计超过100000家单位使用成功率达到100％。在过去几年，该公司进行了大量的室内测试，证实了该技术是一种成功、可行的修复方案。
3.2一些国内专家的应对之法
其实，早在冻胀问题浮出水面之前，西气东输管道公司就未雨绸缪做了很多避免冻胀发生或降低冻胀影响的防护措施，比如说，对相关站场提高用户分输压力或间歇输送，采用增加电伴热、管道保温等方法，但随着西气东输全线输气能力特别是东段分输站压力不断提高，下游用户的承压能力已经提到最大，分输压差进一步增大，冻胀情况不可避免地接连发生。
进入冬季以来，西气东输管道日输气量已经达到4500万立方米，而分输温度在零摄氏度以下的站场就有24座。这就意味着20多座站场都有可能发生冻胀问题，而像淮阳、镇江、常州、无锡、宜兴、南京、芜湖这些站场都处于中东部经济发达地区，如果不采取可行的方法来遏制冻胀的发生或降低冻胀，将对管道安全平稳运行产生极大影响。
为了根治这一问题，2007年西气东输管道公司将冻胀治理作为专门课题立项研究，由生产运行处与中国石油大学共同对西气东输管线及国内外类似天然气分输站冻胀问题进行深入调研、分析，提出可行的解决办法，最终达到消除冻胀或降低冻胀对安全生产产生负面影响的目的。
在生产一线，相关管理处不仅针对冻胀现象专门制定了周密的冬季运行应急预案，站场人员还采取严防死守的方法严密观察、精心测量并认真记录数据。为了使测量更准确，郑州站员工将粉笔磨至适中插入阀座与支撑墩的缝隙中，每天派专人定时到现场监测冻胀现象变化，检查阀门位置的变化。如果粉笔被压紧或压碎，证明阀门在向阀座回落，冻胀现象有所改善；如果粉笔出现松动，说明冻胀现象有所加重。同时，这些站场值班人员注意力高度集中，在2小时一次的固定巡检过程中，重点检查调压部位，防止出现外漏现象。
为加快问题解决的进度，防冻胀课题研究小组还在郑州和博爱两个已经出现冻胀的站场利用防冻胀研究的阶段成果进行现场试验，对目前管道领域普遍采用的加热方法和国内外尚无规范可依的土壤置换法进行了可行性试验。专家们和一线运行人员之间形成了良性互动，共同跟踪分析，研究解决防冻胀的高招。
3.3对症下药成效显著
在郑州站，管道冻胀时，埋地管线隆起，穿墙部位将墙体顶裂，阀门错离阀座支撑墩。同时，管线穿行的路面有15厘米厚混凝土路面断裂，两边路面高度相差了18毫米。
针对此问题，郑州站采用了换土方法来治理冻胀。运行人员将管道周围的冻胀性土壤，置换成排水好、冻胀性小的卵石和沙土。然后在管沟内设置防水层，防止地面和周围土壤的水渗入置换土壤中。最后，在管沟底部设计集水沟，将沟内积水引入竖井，再使用抽水设备将水及时排出。经过一个冬天的观察，在运行工况相同的情况下，没有出现以往的冻胀现象。值班人员再也不用担心随时会发生故障，输气生产中一项最大的安全隐患就这样解除了。
目前，由于采取了管道保温、土壤置换法等一些措施，郑州站的冻胀情况已经得到很大缓解。
成功的试验坚定了课题研究者的信心。据悉，防冻胀课题将在今年年底完成研究验收工作，并将把研究成果推广应用到全线所有发生冻胀的场站。届时，不仅西气东输站场不再受到冻胀困扰，已建和新建的天然气管线也将借鉴研究成果而从中受益。
【参考文献】：
【1】石永春，张勇国，管道技术管理【M】北京科技出版社，2003
【2】天然气管道工程设计规范
【3】吴北南，干线输气管道优化运行研究，石油大学（北京）
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