澀寧蘭管輸系統(tǒng)方案優(yōu)選

蘇 欣,郭艷林,陳 鳳,陳 靜,陳 杰

(中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司,四川成都610017)

澀寧蘭管輸系統(tǒng)方案優(yōu)選

蘇 欣,郭艷林,陳 鳳,陳 靜,陳 杰

(中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司,四川成都610017)

介紹澀寧蘭管輸系統(tǒng)的三個比選方案,對三個方案的優(yōu)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(jīng)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(yōu)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(shè)計中,設(shè)計人員應(yīng)從“安全第一、環(huán)保優(yōu)先、以人為本、經(jīng)濟適用”出發(fā),采用合理科學(xué)的多目標(biāo)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(yōu)選;層次分析法

0 引言

澀寧蘭輸氣管道系統(tǒng)由一線(已建)和復(fù)線(在建)組成,一線全長931.29 km,復(fù)線全長921.4 km,管徑均為Ф660 mm,設(shè)計壓力均為6.3 MPa,整個管輸系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)相連接[1～4 ]。實地勘察發(fā)現(xiàn)管線末段八盤峽—蘭州段的工程地質(zhì)條件復(fù)雜,建筑物分布較多,在蘭州水源地附近,復(fù)線必須繞行經(jīng)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(fù)線穿越黃河后向東敷設(shè)約19 km進入蘭州末站的施工難度、蘭州市城市管網(wǎng)的現(xiàn)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(fù)線末段的建設(shè)提出如下三個比選方案。

1 比選方案

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

1.1 方案一:復(fù)線末站設(shè)在原蘭州末站

澀寧蘭復(fù)線與老線并行敷設(shè)至老線蘭州末站,即復(fù)線穿越黃河,翻越龍爪山,繞開水源保護地,天水支線從復(fù)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(yōu)點是澀寧蘭老線與復(fù)線在末端互為備用,無論那條管線出現(xiàn)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(zhì)條件復(fù)雜,建筑物分布較多,在蘭州水源地附近,復(fù)線必須繞行,經(jīng)現(xiàn)場踏勘,發(fā)現(xiàn)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(jīng)反復(fù)論證,現(xiàn)場踏勘才最終確定的,而如果復(fù)線再與老線并行敷設(shè),很可能在施工過程中給老線的安全平穩(wěn)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?xùn)|岸至蘭州末站管線出現(xiàn)事故,不能保證蘭州市保安用氣。

1.2 方案二:復(fù)線末站設(shè)在黃河?xùn)|岸

澀寧蘭復(fù)線管道穿越黃河。黃河西復(fù)線35#閥室與老線31#閥室連通,復(fù)線末站設(shè)在黃河的東面,與老線32#閥室連通,在復(fù)線末站向天水支線供氣,同時可向蘭州燃?xì)饧瘓F河口門站供氣,使蘭州城市燃?xì)夤艿雷罱K形成兩個供氣口,保證蘭州城市燃?xì)獍踩€(wěn)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(yōu)點是: a.復(fù)線在黃河?xùn)|、西面與老線進行連通,實現(xiàn)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(fù)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(xiàn)有城市管網(wǎng),通過蘭州燃?xì)夤镜腄N700管道為蘭州構(gòu)建了雙進氣點,在老線末端管道事故狀態(tài)下,蘭州城市用氣也可得到保障; d.減少了復(fù)線建設(shè)投資。

該方案的缺點是: a.天水支線的起點始于復(fù)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(nèi)的走向與原復(fù)線在蘭州境內(nèi)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(qū)只局限在門站東側(cè)或南側(cè)的狹長空地上,且門站東側(cè)所靠的山體有滑塌的可能,該地段不適合建站。故復(fù)線末站不能依托該站建設(shè),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(shè)相應(yīng)的公用工程,且配置相應(yīng)的運行管理人員,增加了運行管理費用。

1.3 方案三:復(fù)線末站設(shè)在黃河西岸,與蘭銀線河口首站合建

澀寧蘭復(fù)線管道穿越黃河。復(fù)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(nèi)設(shè)置復(fù)線收球裝置即為蘭州城市燃?xì)夤庹{(diào)壓、計量設(shè)施。復(fù)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?xì)夂涌陂T站連接(該段管道設(shè)計壓力為6.3 MPa) ,并通過蘭州城市燃?xì)釪N700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?xì)饬T站、蘭州石化、中油CNG及天水支線用戶供氣,復(fù)線末站計量調(diào)壓至1.6～2.5 MPa通過35#閥室給蘭州城市燃?xì)夂涌陂T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?xì)獾谋０补?。在澀寧蘭老線黃河穿越段事故情況下,復(fù)線天然氣可不調(diào)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(fù)線35#閥室內(nèi)手動調(diào)壓設(shè)施,給蘭州城市燃?xì)夂涌陂T站供氣。

圖3 方案三示意圖

該方案的優(yōu)點是: a.復(fù)線在黃河?xùn)|、西面與老線進行連通,實現(xiàn)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?xì)夤镜牧魅T站和河口門站蘭州構(gòu)建了雙進氣點,在老線末端管道事故狀態(tài)下,蘭州城市用氣也可得到保障; c.復(fù)線末站與蘭銀河口首站合建,節(jié)省了征地及公用設(shè)施的建設(shè),便于日常的生產(chǎn)運行管理,節(jié)省了投資; d.由于減少了19 km的管道建設(shè),故減少了復(fù)線建設(shè)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(jié)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(yōu)選

三個比選方案各有優(yōu)缺點,如何定量地選擇出最優(yōu)建設(shè)方案,需要綜合考慮管道建設(shè)安全性、經(jīng)濟性和施工難易等各方面的因素,這是一個多目標(biāo)多層次的決策優(yōu)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。由于模糊綜合評價涉及邀請專家打分,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還不普及且對一般設(shè)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(fù)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(xué)家T.L.Saaty教授于20世紀(jì)70年代初期提出的一種簡便、靈活而又實用的多準(zhǔn)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(jié)構(gòu)模型,見圖4;

b.構(gòu)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(jié)構(gòu)

由于AHP在很多文獻中均有詳細(xì)介紹,本文在此不再贅述。

2.2 澀寧蘭管輸系統(tǒng)方案優(yōu)選

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

圖5 澀寧蘭方案優(yōu)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(fù)線末站相連,且澀寧蘭末端管道老線與復(fù)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(fù)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(jīng)濟性

三方案相同部分投資不計,以方案一為基準(zhǔn),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(jīng)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(yōu)先順序為方案三、方案二、方案一,即從安全性、經(jīng)濟性和施工難易程度三個方面綜合考慮方案三是最優(yōu)方案,這與設(shè)計最終確定方案也是一致的。

3 結(jié)論與建議

本文對澀寧蘭輸氣管道系統(tǒng)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(jīng)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(yōu)方案,計算結(jié)果與實際工程確定方案一致,說明AHP可以應(yīng)用于類似方案優(yōu)選決策。

目前輸氣管道設(shè)計方案優(yōu)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(jīng)濟進行定量分析后,選擇最經(jīng)濟的方案,筆者認(rèn)為這種做法尚不完全符合中石油的“安全第一、環(huán)保優(yōu)先、以人為本、經(jīng)濟適用”的設(shè)計理念,有時最經(jīng)濟的不一定是最安全的,最人性化的,在中石油的設(shè)計理念中經(jīng)濟是排在最后的,因此,建議在以后的設(shè)計中,應(yīng)采用合適的多目標(biāo)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(fù)線工程工藝分析計算說明書[ Z].成都:中國石油工程設(shè)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(yè), 2006, 26 (2) : 126-128.

[3] 蘇 欣,陳 靜,楊汗清,等.澀寧蘭輸氣管道復(fù)線抗震設(shè)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.

1006-5539 (2010) 04-0018-04

A

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(shè)計工作。