西气东输管道范文

西气东输管道范文（精选10篇）

西气东输管道 第1篇

1 管道在土壤中腐蚀特点

X80钢是超低碳、微合金高强钢[1], 具有强度高, 韧性高, 焊接性良好并有一定的抗氢脆腐蚀, 应力腐蚀性能。X80钢在管道沿线不同特点土壤中的实验表明pH值对金属的腐蚀影响不大, Cl-离子对腐蚀起主导作用。钢表面的腐蚀产物分为内外两层, 内层锈层主要为Fe3O4, 分布较为均匀、致密, 与基体结合很牢, 能在一定程度上阻碍腐蚀性介质渗入到基体上, 对钢基体具有一定的保护性。表层腐蚀产物主要为α-FeOOH、β-FeOOH, 质地疏松, 起不到保护作用。在腐蚀初期以全面腐蚀为主, 随着腐蚀的进行以局部腐蚀为主。按照钢材上的锈层对钢基体的保护程度腐蚀过程可以分为初期、中期与后期三个时期。在腐蚀初期, 锈层不连续、不致密, 对钢基体起不到保护作用;在腐蚀中期, 锈层有足够的厚度和致密性, 具有一定保护性;在后期, 外锈层从内锈层脱落, 对钢基体的保护性又降低。对焊缝而言, X80管线钢母材的耐蚀性能高于焊缝, 焊缝处存在剩余应力, 且无内涂层, 在整个管道中, 焊缝处最容易发生腐蚀。

2 抑制腐蚀的措施

管道中的水露点低于交接压力下最低环境温度5℃, 在正常情况下, 管道中无游离水析出, 而且管道中酸性气体含量很少, 管道中涂有内涂层, 能够有效防止腐蚀性物质与管壁的接触, 管道的内腐蚀很小。因此管道的腐蚀主要来自于环境土壤中的电化学腐蚀、电干扰以及生物腐蚀, 可以通过阴极保护, 电干扰防护与外防腐层抑制管道的腐蚀。

2.1 阴极保护

阴极保护分为强制电流法和牺牲阳极法, 西二线采用长输管道常用的强制电流系统。每隔1公里设置1支电位测试桩、每隔10 km设置一支电流测试桩 (设电流桩处不再设电位桩) 、与其它管道交叉处设置1支电位测试桩, 河流穿越段两侧设置两支电流桩, 穿电气化铁路其中一侧设置1支电位测试桩。由于管道距离长、施工周期较长, 管道下沟回填后距离强制电流阴极保护系统投入使用还有一段时间, 为防止该时间内管道发生电化学腐蚀, 在土壤电阻率低于20Ω·m地段, 采用以牺牲阳极方法作为临时性阴极保护。牺牲阳极采用带状锌阳极, 并通过测试桩与管道连接。在河流段的穿越管道, 在穿越段两侧各埋设一组锌牺牲阳极进行保护。待全线阴极保护系统运行后, 纳入全线阴极保护系统, 实施强制电流阴极保护, 并以牺牲阳极组作为补充保护。

2.2 电干扰防护

在管道沿线, 管线附近的交流输电路以及直流电器对管道不可避免的会产生干扰, 导致管道腐蚀。管线在一些局部地段不可避免地与已建的110 kV (或高于110 kV) 高压交流输电线路并行或交叉, 交流感应电压会引起交流腐蚀, 而且这种腐蚀是阴极保护所不能完全有效控制的。为了减轻线路上交流电和雷电对管道系统的影响, 抑制交流腐蚀, 西二线在持续干扰影响区, 采取沿线以一定间距, 设置可低电压启动的去耦器排流保护, 既不泄漏管道上的阴极保护电流, 又能起到持续排流和防雷电流冲击的双重作用。管道组焊以后下沟回填以前, 管道与大地绝缘, 由于高压输电线路与管道形成大电容, 在高压输电线路走廊附近的管道连续焊接长度超过300 m时, 采取临时接地, 以消除容性影响, 避免管道上焊工或其它施工人员的电击。

管道沿线的直流电设备以及电路、已有管道的阴极保护系统都会对管道产生直流干扰。产生直流干扰以后, 杂散电流从管道上流出位置为的阳极区, 会发生腐蚀, 而杂散电流流入管道的区域为阴极区, 虽不会发生腐蚀, 但常伴随着出现管/地电位负偏移过大, 有超出管道防腐层析氢电位, 产生过保护的可能。无论阳极区还是干扰程度较大的阴极区, 都进行防护控制。在管道组焊完成后根据现场实测来确定排流防护的方式以及排流点位置。

2.3 外防腐层

管道的腐蚀主要来自于外腐蚀, 对外腐蚀的除使用阴极保护以外, 外防腐涂层也是重要的保护方法。为保证运输、施工过程中防腐层的完好, 管道埋地后防腐层的保护效果以及使用寿命, 防腐层应当具有几项重要的性能[2]。

(1) 良好的电绝缘性, 能够对管道与土壤之间形成良好的绝缘, 防止阴保电流的流失, 保证管道能够得到良好的保护。

(2) 一定的耐阴极剥离强度的能力, 在水下管道中, 在涂层破损以及漏涂处, 受阴保电压的影响, 裸露的钢铁可能产生氢气, 导致涂层脱落, 因此涂层应当具备一定的抗剥离能力。

(3) 足够的机械强度, 能够防止搬运过程中和土壤压力, 保证确保管道施工时受弯曲而不损坏, 并能承受与土壤之间的摩擦而不损伤, 并能抵抗较集中的负荷。

(4) 有良好的稳定性, 耐老化, 化学稳定性好, 并且耐水性与耐热性好, 使用温度下以及服役期间能够保持较好的状态。

(5) 防腐层破损后易于修补, 防腐层难免破坏, 在破坏以后应能便于现场施工, 方便的修补损坏的防腐层。

(6) 耐细菌性能, 能够防止土壤中的细菌对管道防腐层造成破坏。

西二线管道采用的防腐层能够满足以上六点要求。结合西气东输一线工程外防腐的经验, 管道外防腐采用三层PE。三层PE结构具有综合性能最好、性价比最高的特点[3]。由于压缩机站出站温度>50℃, 三层PE防腐层的外层全部采用耐高温型聚乙烯材料。在整条管线中, 还大量采用冷弯与热煨弯管, 同时存在大量的焊缝, 对这些部位根据需要以及施工特点采取对应的防腐层。由于冷弯管可用带三层PE防腐层的直管经冷弯机弯制而成, 故仍采用三层PE防腐层。而热煨弯管由于其形状特殊, 在作业线上进行外防腐层的涂敷预制工艺控制复杂、生产速度较慢, 而采用双层熔结环氧粉末防腐层可以在弯管防腐作业线进行预制。双层熔结环氧粉末涂层方法受人为因素影响相对较小, 应用较多, 工艺较成熟, 能够保证防腐层的质量, 且不会产生阴极保护屏蔽的问题[4]。管道补口采用带无溶剂液体环氧底漆的高温型聚乙烯热收缩带, 与高温型三层PE防腐层的耐温匹配。聚乙烯热收缩带在结构和相容性方面与三层PE相近性较好, 底漆与热熔胶间的化学键结合, 不仅提高了底漆与热熔胶间的粘结可靠性, 同时现场施工中降低了预热温度, 有利于解决大口径管加热慢、施工难度大的问题。

3 结语

西气东输二线管道腐蚀以及防腐措施的特点为以下几点。

(1) 管道内腐蚀很小, 主要为外腐蚀。

(2) 在土壤中Cl-对管道的腐蚀起主要作用。

(3) 对管道采取强制电流保护措施, 采用排流的方法消除交、直流的干扰, 在管道建设过程中采取临时的阴极保护措施。

(4) 管道与冷弯管外防腐层采用3层PE, 热煨弯管采用双层熔结环氧粉末, 管道补口使用聚乙烯热收缩带。

参考文献

[1]吕彦民, 李作文, 赵文杰.X80钢管道焊接技术[J].油气田地面工程, 2008, 27 (9) :53-54.

[2]龚树鸣.长输天然气管道外防腐涂层选择[J].天然气与石油, 2001, 19 (1) :24-3 0.

[3]屠海波, 程明, 陈彰兵, 等.天然气与石油[J].2007, 25 (6) :25-27.

西气东输管道 第2篇

一、编制依据 1.1 技术规划及标准

1.2.1部颁《公路工程技术标准》 JTG B01-2003 1.2.2部颁《公路桥涵设计通用规范》 JTG D60-2004 1.2.3部颁 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 JTG D62-2004 1.2.4部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》 JTG D63-2007 1.2.5部颁《公路圬工桥涵设计规范》 JTG D61-2005 1.2.6部颁《公路涵洞设计细则》 JTG/T D65-04-2007

二、工程概况

225省道是南通市域由南向北的干线通道, 在道路桩号 K0+406.6处与西气东输管道及光缆线路交汇,斜交角度 65°。采用 4.6*2.0盖板涵对西气东输管道及光缆线路进行加固保护,盖板涵净宽 *净 高 :4.6m*2.0m,上游长度 25m ,下游长度 22m ,合计 47m。为确保西 气东输管道及光缆的安全,采用机械配合人工,分二次开挖施工。盖 板涵基础及挡墙采用 C20钢筋砼浇筑,盖板采用 C30钢筋砼板。

三、项目管理体系

根据本分项工程施工特点,组建管理机构、确定各部门职能、确 定岗位职责分工和选择合适的岗位人员, 以及部门之间和岗位之间相 互关系。

工程管理组织机构见下图

四、施工机具配置

五、工期安排

西气东输管道保护涵施工横道图

六、施工工艺

1、总体施工方案

对 K0+406.6交叉处的西气东输管道采用钢筋砼盖板涵保护,盖 板涵长度为 47m。为保证西气东输管道安全, 采用先机械开挖至管顶 50cm 处,再由人工每隔 2米挖设一个探坑 , 进一步明确管道及光缆线 路,施打拉森钢板桩(距管顶 50cm , 对管道基础进行保护;然后, 采用机械配合人工方式对涵台基础进行开挖;盖板涵边墙采用 C20 钢筋砼现浇,盖板为 C30 钢筋砼预制盖板。开挖过程中,测量人员 随时对开挖标高进行跟踪测量,专职安全员对施工过程旁站监管。

2、具体施工步骤

(1、探测管道具体位置和埋深;施工前在西气东输现场人员监 督下进行人工开挖探坑, 找到管道及光缆具体位置;开挖时注意铁锹 别碰到管壁,以免破坏管道防腐层。为提高管道位置精确度,探坑根 据现场情况,每隔 5m 挖设 1个;确定西气东输管道、光缆的准确位 置及明确走向后, 沿管道位置树立施工标志牌, 并沿管道中心撒上白 灰线。

(2、开挖前基坑降水;确定西气东输管道位置后,在路基外侧, 距管道中心位置 4米处,管道上、下游各打 20M 深水井一座,降低管 道位置地下水位,为开挖施工做准备(详见拉森钢板桩布置图。(3、在管道两侧距管道 2.6m 的位置开挖砼挡墙基坑。挡墙底在 满足设计承载力情况下与西气东输管道中心坐落于同一平面上。基坑 长 47m ,下部为 1.6m*0.5m的挡墙基础, 上部位 0.6m*2.35m的砼挡

墙。基坑分两次开挖。

(4、基坑开挖前,技术人员首先对原地面进行抄平,再根据图 纸和开挖深度把开挖线定出并撒上白灰线, 然后再进行开挖。基坑开 挖时,底部每侧留 20cm 工作平台,开挖坡度按 1:1进行开挖。基坑 开挖时先采用机械开挖, 开挖至管道顶 50cm ,再由人工每隔 2米挖 设一个探坑,将管道位置进一步明确, 在管道两侧 50cm 位置用石灰 粉画出拉森钢板桩的中心线, 打设拉森钢板桩对管道进行保护(详见 拉森钢板桩布置图及钢板桩入土深度计算。钢板桩打设完毕后,在 钢板桩外侧进行机械配合人工二次开挖, 开挖至设计标高。严禁在基 坑旁边堆放土方, 基坑开挖时,安全人员全过程旁站监管,时刻注意 基坑边坡土及管道基础的变化, 如若发现有裂缝等意外现象, 及时停 止施工,并向有关部门汇报。

(5、坑开挖时,在基坑周围安装防护栏杆,并加围挡,基坑内 设置供施工人员上下的专用梯道, 宽度不小于 1米。基坑边坡的顶部 设置排水措施,基坑底四周设置排水沟和集水井,并及时排除积水。施工现场采用防水型灯具, 基坑周围醒目位置安装安全警示标志及安 全警示灯。

(6、基坑挖好后,清除基坑内的松散土,并用小型人工夯对基 底进行夯实。(7、基坑检验合格后,进行盖板涵的施工。盖板涵工程施工顺 序:①施工准备→②基础施工→③侧墙施工④→盖板施工

a、基础施工顺序: ①碎石垫层→②钢筋及模板安装→③浇筑砼→④拆模→⑤养生 B、侧墙施工顺序:

①施工准备→②测量放样→③钢筋及模板安装→④浇筑砼→⑤ 拆模→⑥养护(8、砼挡墙模板拆除后,对基坑进行回填。回填采用碎石(挡 墙外侧和砂(靠管道侧。回填时挡墙两侧要对称进行,且要分 层 回填,每填筑厚度不大于 30cm ,然后用小型人工夯进行夯实。(9、钢板桩的拔除。基坑回填(靠管道侧 至管道顶 50cm ,拔 除钢板桩,以便重复使用。先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动 1~ 2min ,使钢板桩周围的土松动,产生“液化” ,减少土对桩的摩阻力, 然后慢慢往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况, 发现上拔困难或拔 不上来时,应停止拔桩,先振动 1~2 min 后往下锤 0.5-1.0m 再往上 振拔,如此反复可将桩拔出来。对拔桩后留下的桩孔,必须及时回填 砂砾。

(10、基坑回填完毕后,进行 C30钢筋砼盖板。盖板尺寸为 47m *4.6 m *2m,内布置上下两层 钢筋网。盖板在预制场地提前预制。盖板砼强度达到设计强度的 100% 后方可进行安装。安装时,盖板与 盖板下土面留 10cm 空隙。

(11、盖板搭设完毕后, 把盖板两头间隙用高标号砂浆塞实, 进 行固定。

七、质量保证体系及质量保证措施

1、质量保证体系

成立以项目经理为首、各个相关部门各负其责的质量保证体系。

项目质量保证体系框图

2、严格报检程序

每一道工序都得自检、监理检验及西气东输相关人员检验合格 并拍照留底后,方可进行下道工序。

3、砼质量控制（1、砼原材料质量控制

原材料应按技术质量要求由专人采购与管理。

原材料进场后, 应对原材料的品种、规格、数量以及质量证明书 等进行验收核查, 并按有关标准的规定取样和复验。经检验合格的 原 材料方可进场。对于检验不合格的原材料, 应按有关规定清除出 场。及时建立“原材料管理台账”。

水泥、矿物掺和料等应采用散料仓分别存储。袋装粉状材料在运 输和存放期间应用专用库房存放,不得露天堆放,且应特别注意防 潮。

粗骨料应按技术条件要求分级采购、分级运输、分级堆放、分级 计量。原材料应有符合工厂化生产的堆放地点和明确的标识, 骨料堆 场 应进行硬化处理。

(2、砼搅拌质量控制

严格按试验室定好的砼配合比进行施工。采用强制性搅拌机、电 子计量系统、含水率实时监测系统,高性能混凝土搅拌符合设计规 定。

（3、混凝土运输条件

运输道路平顺畅通 , 选用与生产、浇筑能力相匹配的专用混凝土 运输车。夏季对运输车采取保温隔热措施。

（4、混凝土浇筑质量

混凝土入模前, 应测定混凝土的温度、坍落度和含气量等工作性 能指标;只有拌合物性能符合技术条件要求的混凝土方可入模浇筑。

混凝土的浇筑应采用分层连续推进的方式进行, 浇筑间隙时间 不 得超过 90min。

（5、混凝土振捣质量

混凝土振捣采用插入式高频振动棒、附着式平板振捣器(盖板预 制 振捣设备。振捣时严格按照施工规范进行在振捣混凝土过程中, 应加强检查模板支撑的稳定性和接缝的密合情况,以防漏浆。

（6、混凝土养护质量

混凝土振捣完毕, 应及时采取保湿措施对混凝土进行养护。保湿 养护要达到 7d 以上。当混凝土采用带模养护方式养护时,应保证模 板接缝处混凝土不失水干燥。

八、安全生产管理体系及安全保证措施

1、安全产生管理体系

2、安全保证措施

(1、严格贯彻执行国家颁发的《建筑安装安全技术操作规

项 目 经 理 项目安全管理领导小组 组长 项目副经理 项目总工 安全负责人 安全管理领导小组 副组长

各施工队 队长 安全管理领导小组 成员 项目经理部 各部负责人 安全管理领导小组成员

施工队协管员 专职安全员

治 安 管 理 防 灾 管 理

车 辆 交 通 管 理 施 工 机 械 管 理 消 防 管 理

范》、《施工现场临时用电安全技术规范》等有关规定。实行施行 现场标准化管理。

(2、建立健全现场安全管理网络, 落实安全责任制。本工程贯 彻实行项目经理负责制。由项目经理对现场安全工作全面负责, 主持 日常安全管理工作, 项目工程师负责安全技术工作。项目经理部配备 专职安全员黄燕锋,各班组设兼职安全员。

(3、完善和健全安全管理各种台帐;开展安全教育工作,施工 前做好技术安全交底工作;特殊工种全部持证上岗。

(4、施工前项目部设专人开展对项目部成员的消防安全的教育 工作。(5、严格执行特殊工种持证上岗制度, 未经培训领证不得上岗。

(6、进入现场人员必须戴好安全帽。现场应按要求设置各种安 全标志牌。(7、基坑周围安装防护栏杆和围挡。安全员加强工地巡查。施 工现场安排专人 24小时值守。

(8、施工过程中, 为保证管道安全, 燃气公司专业人员到现场 协调指挥。

九、紧急预案

1、为保证西气东输盖板涵加固工程的顺利进行,我部成立以项 目经理季军为首的应急小组。

(1、应急小组组长:(项目经理

成员:(项目总工、(专职安全员、(施工队长。(2、联系电话:(3、应急小组人员手机要求全天 24小时开通。

2、施工时,现场专人负责指挥,保证管道安全,避免明火及管 道燃气泄露, 若有事故发生, 事故现场有关人员应立即报告项目部应 急小组,同时联系消防部门(拨打 119 ,应急小组迅速采取有效措 施组织抢救,现场疏散人员,防止事故扩大,减少人员伤亡和财产损 失,发生人员严重中毒和伤亡的应立即通知 120进行抢救。

南通市通州区 225省道改线工程Ⅰ标 二 0一三年一月二十日 钢板桩的入土深度计算

土的内摩擦角 ψ=22º,土的重度 r=18 KN/m3,h=2.3m,土压力修正系 数 =2.4,安全系数 =1.2。

(1计算作用于板桩上的土压力强度并绘简图 主动土压力系数 Ka=tg2(45-ψ/2= tg2(45-22/2=0.67 被动土压力系数 Kp=tg2(45+ψ/2= tg2(45+22/2=1.48 主动土压力强度值 Pb=eAh=rhKa=18×

2.3×0.67=27.74KN/m2

(2计算 y 值

y =Pb/r(K•Kp-Ka=27.74/18×(2.4×1.48-0.67=0.53m(3按简支梁计算等直梁的两支点反力(P0和 Ra C 点力矩为零 ∑ MC=0

O 点反作用力 P0 =[1/2×2.3×27.74×(2/3×2.3+27.74×0.53×(2.3+0.53/3]÷(2.3+0.53=30.15KN 作用力平衡 ∑ Q=0

A 点反作用力 Ra=1/2×2.3×27.74+1/2×0.53×27.74-30.15=9.1KN(4计算板桩最小入土深度 t0 X= [2.3×30.15/18×(2.4×1.48-0.67 ]0.5=1.16m t0=X+y=1.16+0.53=1.69m t=1.2t0=1.2×1.69=2.0m 板桩总长 L=h+t=2.3+2=4.3m,取 5m。拉森钢板桩的布置 拉森钢板桩的布置如下图

玉龙股份：西气东输大单值得期待 第3篇

本周晨会，长江证券推荐了玉龙股份（601028），公司此前发布公告，其全资子公司伊犁玉龙钢管有限公司于2012年10月31日获得中国石油天然气集团2012年一级物资供应商的准入资质（即能源一号网）。长江证券认为，获得一级物资供应商资质并不代表玉龙股份就可以获得相关订单，但至少新疆子公司已经通过了第一个门槛。并且由于玉龙股份过去也有重大项目供货经验，有利于公司获得西气东输三线及其他工程相关订单。

二级市场上，玉龙股份上市以来基本以波段运行为主，7-8元一带为此前两次调整的“谷底”，具有较为坚实的估值支撑，目前公司股价调整亦接近这一价格区域。

据悉，伊犁玉龙公司成立于2009年11月18日，地处油气管网建设干线集聚区新疆，目前公司拥有高钢级高强度螺旋埋弧管产能15万吨，是公司战略布局东、西—支、干两线的重要一环。然而一直以来，受供货资质等影响，伊犁玉龙订单不足、产能难以完全释放。事实上，玉龙股份今年业绩下滑除了低端产品盈利大幅下滑外，另一个重要的原因就是伊犁玉龙不达预期，由于产能利用率低，伊犁玉龙未能在油气输送管的大单上取得突破，且产品在低端市场售价低，而新疆钢材成本高、运距远、吨管折旧高，这导致伊犁玉龙今年亏损。

长江证券的观点是，伊犁公司获得中石油一级物资供应商资质表明公司已获得中石油认可，有利于公司未来承接相关订单，尤其此时正值西气东输三线开工，供应商资质的获得有望促进公司产能释放。

安信证券亦持相同观点，认为伊犁玉龙盈利能力较弱的原因是并没有拿到新疆主线管网的订单，而这源于伊犁玉龙之前没有进入能源一号网，现在这个问题已得到解决，伊犁玉龙有望在2013年走出底部，实现扭亏为盈。具体的判断是：伊犁玉龙入网后按照中石油的承诺，有望拿到西气东输三线中卫至陕西段的订单。另外，中石化新粤浙煤制气管线拿到路条，预计将于2013年开始建设，中石化内部企业仅有沙市钢管，预计将较大比例地向民营企业采购，伊犁玉龙也有望拿到订单。更值得关注的是，伊犁玉龙也在等待中亚C线（哈萨克斯坦至中国）段的建设，公司入围中技开短名单，凭借距离优势有望入围。

除伊犁玉龙的良好发展前景外，玉龙股份其它募投项目也将逐步贡献业绩：德阳5万吨螺旋埋弧焊管预计2013年二季度投产，12万吨JCOE于2013年下半年投产，本部12万吨JCOE于2013年底或2014年初投产。这些项目进度值得投资者加以关注。

西气东输管道 第4篇

中石油称, 西三线东段干线吉安-福州段工程起于西二线江西吉安联络站, 途经江西、福建两省, 终到福建福州末站。管道总长817公里, 管道直径1016-1219毫米, 设计压力10兆帕, 设计年输气量150亿立方米。全线设11座站场和36座阀室。

西三线是继西二线全线建成投产之后的又一条能源战略通道, 对保障中国天然气供应安全具有重要意义。西三线东段吉安-福州段森林植被覆盖率高, 线路通过长江流域, 水域面积广阔, 穿越河流众多, 山地延绵, 地质地理环境复杂, 环保要求极高。

据悉, 西三线东段工程采用“业主+监理+EPC”的管理模式, 由管道建设项目经理部全面统筹组织工程施工建设, 总承包商分别为川庆油建公司和管道局。目前, 西三线东段线路建设已有1098人、647台套设备进入施工现场, 随着线路工程的全面展开, 将有更多人员和设备投入施工建设中。

谈西气东输工程与新疆地区经济 第5篇

谈西气东输工程与新疆地区经济

西部大开发背景下的西气东输工程使新疆地区的资源优势转化为经济优势成为可能.西气东输项目的`巨大投入将对新疆地区的财政收入、石油化学工业的建设、边远贫困地区的经济启动产生巨大影响.同时将促进新疆的交通、通信、人才、科技、服务业等多领域多行业的高速发展.

作 者：邢治河 齐志斌 作者单位：中国石油天然气股份有限公司规划总院刊 名：石油规划设计英文刊名：PETROLEUM PLANNING & ENGINEERING年，卷(期)：13(1)分类号：F2关键词：天然气输送 长输管道 建设 新疆 经济 影响 评价

西气东输管道 第6篇

1 后沟隧道工程概况

后沟隧道位于陕西省商洛市商州区, 隧道水平长度1621.8 m, 纵向坡度采用人字坡设计, 隧道进口坡度为6‰, 隧道出口坡度为13.3‰。穿越处设计压力为12 MPa, 管道运营温度为60℃, 管道安装温度不低于15℃, 环境试压温度30℃, 管径为1 219 mm, 钢管材质为L555M。隧道所处线路段地区等级为二级。隧道内管道安装采用支墩架空敷设方式。

2 补偿器形式

在管道工程中, 常用补偿器有自然补偿器和人工补偿器两种[2]。

自然补偿器是利用线路中弯管的变形对热伸长进行补偿。自然补偿器有L形和Z形。L形补偿器利用管道本身弯管变形进行补偿, 由一个弯头及两个臂组成, 其长臂不能超过25 m;Z形补偿器由两个相反方向的90°弯头组成, 两个水平臂之和一般不大于50 m, 短臂约占总长的1/4~1/2, 弯曲应力不超过80 MPa。

人工补偿是管道无法进行自然补偿时给管段内加装人工补偿器对热伸长进行补偿。人工补偿器有方形、波纹形、填料式及球形等几种形式。方形补偿器由4个弯头组成, 补偿能力大, 轴向推力小, 但占地面积大;波形补偿器利用金属薄板压制并拼焊而成, 一般有1~4个波, 每个波的补偿量为5~20 m, 强度弱, 补偿能力小, 轴向推力大, 只用于压力较低 (0.6 MPa) 的煤气管道及其他管道;填料式补偿器由插管和套筒组成, 两者间以压实的填料进行密封, 安装方便, 占地面积小, 流体阻力小, 补偿能力大, 但是轴向推力大, 易漏, 制造麻烦, 一般用于安装方形补偿器有困难的地方;球形补偿器由外壳、球体、密封圈压紧法兰组成, 适用于三向位置的热力管道, 缺点是存在侧向位移、易漏, 须加强维修。

综合考虑造价、补偿能力等方面因素, 自然补偿器 (Z形、L形) 和人工补偿器 (方形) 符合西气东输三线隧道穿越管道补偿要求。

3 建模计算

后沟地貌为秦岭山地, 植被繁茂, 进出洞口周边场地受限。洞门外管道设置补偿器, 补偿器用固定墩与线路段隔断, 固定墩最大推力为100t。管道在压力和温度作用下, 三种补偿器是否能保证管道的安全运营, 须通过计算进行最终确定。

管道温度补偿采用管道应力分析软件CAESAR II进行分析。

3.1 计算模型

管道温度补偿计算输入参数见表1。

根据后沟隧道穿越管道安装平面图 (图1–3) , 分别建立Z形、L形、方形补偿器状况下的管道整体计算模型 (进出口截面图) , 见图4–6。管道在固定墩位置边界条件为固定约束, 管道在管道支座上按滑动考虑, 埋地部分管道按软件提供的土壤模型进行模拟。

3.2 应力校核

管道应力分析需要对持续应力、热胀应力和操作应力状态分别进行校核。

(1) 持续应力状态需要满足下式要求[3]:

式中σsus——持续应力 (MPa) , 内压引起和外荷载引起的应力;

[σ]——许用应力 (MPa) , 试压时的许用应力[σ]可乘以1.3倍提高系数;

σs——钢管的屈服应力 (MPa) ;

F——强度设计系数。

(2) 热胀应力状态需要满足下式要求:

式中σexps——热胀应力 (MPa) , 温度和荷载变化引起的应力;

(3) 操作应力状态需要满足下式要求:

式中σopes——操作应力 (MPa) , 内压、荷载和温度引起的应力;

3.3 输出结果

对方形、Z形、L形补偿器的强度试压工况和运营工况分别进行计算, 计算结果见表2, 其中, σs为钢管屈服应力, σs=555MPa。

通过上表, 可以看出方形、Z形补偿器满足应力校核, L形补偿器超出了应力校核范围。

各补偿形式下管道进出口变形图见图7–9, 补偿器变形位移见表3。

通过上表可得出, 三种形式的补偿器变形位移均在允许变形位移范围内, 但方形补偿器变形位移最小。

4 结束语

通过软件可得出Z形、方形补偿形式满足强度试压工况和运营工况的应力校核, L形超出了应力校核范围;三种形式的补偿器变形位移均在允许变形位移范围内。后沟隧道属于秦岭隧道, 穿越处占地为一级林地, 征地占地过大会破坏环境生态, 且隧道间间距较小, 方形补偿器占地面积大, 不符合后沟隧道地形条件。最终确定后沟隧道的补偿器形式为Z形。

MPa

本文利用CAESAR II建模计算并结合周边环境确定隧道补偿器形式, 为西气东输三线94条山岭隧道穿越提供了可靠的设计依据, 为管道的安全运营提供了理论保障。

参考文献

[1]闫术明.江苏LNG外输跨海管道的安装设计[J].油气储运, 2013 (3) .

[2]徐至钧.管道工程设计与施工手册[M].北京:中国石化出版社, 2004.

[3]唐永进.压力管道应力分析[M].北京.中国石化出版社, 2003.

西气东输管道 第7篇

1 自控调压系统设备组成及现场工作流程

自控调压系统主要由现场阀门系统和仪表自控系统组成。位于现场的阀门系统由电动执行机构驱动, 主要负责生产工况的实时调整。位于机柜间的逻辑控制系统主要用于接收现场仪表系统传送的实际工况和下达分输限定阀位指示。

忠武线与西二线的压力、流量控制系统现场阀门均是由安全切断阀、监控调压阀、工作调压阀按照从上游至下游的顺序, 串联撬装在一起的监控式调压系统, 如图1所示。安全切断阀、监控调压阀、工作调压阀可独立工作, 正常情况下, 安全切断阀和监控调压阀处于全开状态, 由工作调压阀对下游压力进行控制。供气流量超过设定值时, 控制器和工作调压阀则切换到流量控制状态, 此时控制器输出控制信号, 限制分输流量。当工作调压阀出现故障, 无法控制下游压力时, 监控调压阀开始工作, 以维持下游压力的安全范围。若监控调压阀也出现故障, 不能控制下游压力时, 安全切断阀则自动切断气源, 同时控制器开启备用回路, 保证下游管道和设备的安全。

2 忠武线压力、流量自控调节实现过程

2.1 忠武线自控调压系统通讯流程

在自控调压运行的过程中, PKS上位机作为主设备将符合当前生产要求的压力、流量以及分输量上限值写入PLC的寄存器中。站控Quantum PLC系统作为Modbus从设备收到上位机写入的数据值后, 再作主设备将数据写入DCM-4216串口服务器中;串口服务器通过Modbus RTU协议将设定值传送给RMG调压控制柜;RMG调压柜中Protronic 500控制器接收到DCM传送的设定值数据后, 进行PID运算。同时, DCM串口服务器从Protronic 500控制器与流量计算机中取出阀位反馈值、现场阀位值;从流量计算机中取出标况分输气量存入DCM中, 网络结构如图2所示。

2.2 忠武线自控调压系统站控PLC程序

站控Quantum PLC从DCM的寄存器中取出存放在站控Quantum PLC内部寄存器中供PKS上位机读取。站控Quantum PLC中的程序如图3所示。程序中的TCP_IP_ADDR模块, 用于实现Modbus设备到以太网之间的通讯, Map_Idx为Modbus设备的Modbusaddress, Slot_ID为站控Quantum PLC的NOE以太网模块槽号。IP_B4~IP_B1分别代表TCP/IP4协议中的IP地址。READ_REG与WRITE_REG分别为从DCM中读数和向DCM中写数据。REG为使能位;SLAVEREG为DCM寄存器的偏移地址;REG_READ与REGWRIT为PLC寄存器地址;STATUS为错误代码。

3 西二线压力、流量自控调节实现过程

3.1 西二线自控调压系统通讯流程

西二线的自控调压系统网络结构如图4所示, 位于值班室的操作员工作站通过上位机将生产要求的相关的参数通过TCP/IP协议传送到冗余通讯服务器, 位于服务器中的Server程序将参数传送给分输站的PLC系统。站控PLC系统接收到生产限定指标参数后通过与现场上传的阀位、瞬时流量以及调压撬前后压力数据的比较以及PID运算, 将阀位开度信号反馈给现场的电动阀执行机构。流量计算机将采集的气体标况瞬时流量数据传送到PLC系统的模拟量通道中供PLC控制器进行PID运算, 其余现场的工况流量、计量温度、计量压力等工艺属通过Mox串口服务器读取流量计算机得到, 并传送给冗余通讯服务器, 冗余通讯服务器将这些现场数据保存在数据库中, 操作员工作站中的上位机软件通过访问冗余数据服务器的数据库读取现场工艺数据, 并显示在HMI界面中。

3.2 西二线自控调压系统站控PLC程序

西二线的自控逻辑直接写在PLC系统中, 采用梯形图程序块形式编写, 如图5所示。主要分为阀状态、控制模式、PID手动控制、压力调节、流量调节、保护流量调节、高压保护调节、低压保护调节、手自动无扰切换以及故障误动作屏蔽逻辑。

由于西二线的流量数据是PLC的模拟量通道直接从流量计算机端读取过来的, 所以PLC通讯程序如图6所示, 只需要将接在远程I/O机架上的AI数据读取上来并赋予一个变量即可, 图中的两个AI通道分别为第八槽第五通道与第八槽第六通道。

4 两种调节方式的对比

通过对忠武管道以及西二线调节阀自控方式的比较分析, 笔者得出以下体会:

忠武线调压方式的优、缺点:

(1) 忠武线采用的独立机柜式控制, 将自动调压系统独立于站控Quantum PLC系统之外, 自控调压系统即使在站控Quantum PLC系统故障停运的情况下依旧可以独立地依照事先设定好的工艺参数进行天然气分输流量、压力的调节, 这样的设计方式有利于稳定地进行天然气输送生产以及系统维护作业活动。

(2) 网络结构简单、层次分明。从图3中可以看出, 用于自控调节的标、工况分输数据均由流量计算机通过RS-485通讯进入SCS系统流量控制机柜, 过程中无需接入串口服务器、信号分配器等其他通讯设备, 减少了系统故障点。数据流向清晰, 站场内的所有第三方智能设备的数据均由DCM-4216服务器读取并储存在自身的服务器中, 站控Quantum PLC系统只需要从DCM-4216服务器中读取数据, 并且PKS服务器不需要额外配置通道用于第三方智能设备的通讯。

(3) 忠武线的独立机柜式设计的缺点是需要占用额外的空间位置及控制设备, 增加了投资成本。这种设计方式适合分输站场在有着软硬件冗余和场地预留的情况下进行扩容改造时使用。

(4) 控制网络中存在单点故障, 从图3中分析得出, 当自控网络中的DCM-4216服务器出现故障时, 上位机系统将无法接受日分输量、瞬时流量在内的所有第三方智能设备的通讯数据。

(5) PID参数重新整定或工况参数重新设定困难。由于采用独立的第三方控制系统, 厂家在出厂前已经将程序固化到系统中, 流量控制系统在实际使用过程中属于一个黑箱结构, 一旦完成投产调试工作, 参数即固定在控制系统中, 如果实际运行中发现现场的工况条件改变, 将很难再根据现场实际情况重新设定参数。

西二线调压方式的优、缺点:

(1) 西二线采用站控Allen-Bradley PLC系统控制电动调节阀的方式进行流量调节, 将流量调节逻辑囊括在站控系统中, 这种设计方式具有第三方设备难以达到的的灵活性和定制性, 且不需要额外的资金、场地投入, 有利于按照现场实地工况实时修改PID整定参数并准确、迅速的查找判断自控系统故障。

(2) 具有良好的网络冗余结构。如图5可以分析得出, 在分输站自控网络中, 任一网络节点的通讯或设备出现故障均不会影响系统的稳定性, 最大限度的保障了工艺站场生产运行稳定。

(3) 西二线自控系统的缺点是无法查看现场PID控制输出曲线。分输站场在实际分输的过程中, 流量调节是否稳定、压力变化是否平稳取决于PID参数的设定情况。但在站场配置的PLC系统及上位机系统不提供输出曲线查询功能, 不利于现场工况参数的整定。

目前在西气东输新建站场中, 多采用西二线的自控方式, 同时为了弥补西二线PID系统的不足, 西气东输管道公司正在研发一种增强型的PID调节天然气管道分输自适应控制系统, 能够有效的弥补站控Allen-Bradley PLC系统在数据采集、控制策略上的不足。

5 结语

调节阀作为长输管道高低压管网链接的枢纽, 是天然气输送和天然气压力调节的重要设备, 以上两种电动调节阀的自控系统方式均是目前在用的调节阀控制逻辑, 日常生产过程中运行稳定, 可谓历久弥新。本文从调压系统硬件结构、自控逻辑、网络结构以及通信方式相互结合的角度, 分别分析与介绍忠武管道与西二线两个长输天然气管道的电动调节阀自控调节的实现过程, 简要的分析、比较两个自控调节系统的优缺点情况, 将在今后工程项目的选型以及网络配置起到积极作用。

参考文献

[1]王海峰, 彭太翀.西气东输二线分输压力流量控制逻辑优化[J].自动化仪表.2013年, 第34卷第1期:89-94

[2]纳学礼.调压撬在天然气配输站中的应用分析[J].实用科技.2013年:282

[3]李金凤.几种典型DCS系统调节器原理对比介绍[J].自动化仪表.2009年, 第七期:43-45

[4]王锋.电动调节阀自适应控制在天然气调压中的应用[J].中国化工贸易.2013年, 第三期:87

[5]德国RMG燃气设备有限公司.RMG SCS2001调压系统工作调节阀控制原理[M/CD]

西气东输管道 第8篇

关键词：滑坡,ANSYS,黄土高原

边坡稳定分析方法, 主要有:极限平衡分析和数值模拟分析。极限平衡法, 是在实际工程中应用最广泛的方法。

其基本原理:

首先假设土体是一个刚体, 属于理想的塑料材料, 它的损坏是由于滑体沿滑动面在滑动, 位于滑动表面的土壤受到破坏;

第二种假设已知滑动面, 滑动面可以是平面, 圆弧面或其他不规则曲面, 通过隔离表面的滑动体进行静态分析, 确定载荷沿滑面边坡的滑动发生。

极限平衡法主要包括:1) 瑞典条分法、2) 简化毕肖普法、3) 简化简布法等。

ANSYS是融结构、热、流体、声学、电磁于一体的大型计算机辅助工程 (C A E) 通用有限元分析软件, 它的应用范围十分广泛。A N-SY S的分析过程可概括为前处理→分析计算→后处理。处理模块主要有实体建模、材料定义、网格划分和加载;在分析和计算模块在A N SY S提供的结构静态分析、动态分析、运动学分析、热分析、电磁场分析、声场分析、流体、压电分析分析模型;在后处理模块采用通用后处理模块PO ST1和时间进程的后处理模块PO ST2。

ANSYS具有四大特点:

1) 建模能力强;

2) 求解能力强;

3) 后处理能力强;

4) 开放性好。

1 工程实例

1.1 工程概况

西气东输子长段D D 258~D D 259要经过黄土高陡边坡广泛分布的黄土梁峁区, 冲沟发育, 边坡坡度大, 非常陡峭。在水的作用下, 一边的冲沟侵蚀、沟溯源侵蚀, 坡角的破坏, 导致边坡失稳, 容易产生地质灾害如滑坡和崩塌。水沿着陡坡段管沟泄流, 会强烈侵蚀管道周围填土, 导致管道悬空, 危及安全的管道。在上下黄土梁峁段, 黄土崩塌、滑坡、水土流失现象尤为严重, 由于管弯头, 容易产生应力集中, 稳定的高陡边坡应重点加强。

因为管道施工在陡坡上非常困难, 而且施工会严重损害原始地貌和植被, 植被恢复是困难的, 植被破坏会产生严重的土壤侵蚀, 危及高边坡上管道的安全, 边坡实景如下图1所示。

1.2 地层岩性

根据现场的钻井和实验室土壤测试, 该地区由第四纪全新世形成人工填土、第四纪后期更新的礼仪在黄土、残积土, 第四纪更新在礼貌的黄土沉积地层结构和岩性, 自上而下描述如下:

1) 素填土:本层厚2.90~3.50m, 层底标高为996.90~997.60m。

2) 黄土:本层揭露厚度为6.50~10.10m, 相应层底标高为986.90~987.50m, 相应层底埋深为13.00~13.50m。

3) 古土壤:本层揭露厚度为3.6~4.1m, 相应层底标高为983.30~983.3m, 相应层底埋深为17.10~17.50m。

4) 黄土:本层揭露厚度为11.30~12.00m, 相应层底标高为972.00~971.70m。

2 数值模拟

2.1 建立模型

管线工程下边坡 (斜坡) 植被较发育, 坡度为45°左右, 坡高约30米。上边坡 (斜坡) 植被不发育, 坡度为60°左右, 坡高约30~35米。上下边坡之间是一个宽约15米的平台。坡体底层稳定。

据此, 可以简化二维边坡模型为下图2。

本例采用平面应变的分析方法, 模型尺寸如图2所示, 单元选用精确度更高的二阶单元PLA N E82, 这种单元有八个单元, 比只有四个节点的PLA N E42单元能更精确地求解。模型赋予材料参数后, 进行网格划分, 共划分出2760个单元, 8531个节点。模型网格图见图3。

2.2 计算结果分析

边坡的失稳判断准则除了收敛性准则之外, 还有塑性区判据准则。当边坡的强度折减系数不断增大, 边坡的塑性应变增大, 塑性区也随着扩大, 当塑性区发展成一个贯通区域, 边坡就不稳定, 此时求解也不收敛, 边坡进入一个临界状态。与之同时, 水平位移也变大。因此, 主要通过观察后处理中边坡塑性应变、塑性区、位移和收敛来判断边坡稳定性与否。A N SY S计算出的部分图形如图4~图7所示。

上面一系列图片反映出:当强度折减系数从K=1.0到K=1.215增大时, 台阶上边坡的塑性区不断增大, 直至贯通到坡顶位置, 说明边坡此时已经失稳, K=1.215时求解不收敛也正印证这个事实;X方向上位移从0.11998m增加到0.17309m。

通过放大K=1.215时的X向位移云图, 我们可以看出边坡的塑性贯通区边界云图发生了突变, 表明此处位移发生突变。

如图8所示。

由此可知, 此边坡的临界安全系数处于1.210~1.215之间。

继续细化折减系数, 求解K=1.211, K=1.212, K=1.213, K=1.214几种情况, 得出结论:

当K=1.213时, 塑性区已经贯通。

由此可得, 根据A N SY S得出的边坡的最小安全系数为F=1.213。

3 结论

西气东输工程是国家的重大工程之一, 该工程经过黄土高原地区, 其管线安全受到以滑坡为代表的地质灾害的威胁。

本文针对这种情况, 选取西气东输子长段 (属黄土高原地区) 一处高边坡, 首先对其进行工程地质条件分析, 建立二维模型, 利用A N SY S数值模拟软件, 计算出了理想二维状态下的边坡的安全系数;根据前文分析的结果可得出以下结论:

1) 通过工程地质条件分析, 得出该处边坡可能的破坏模式为上部滑塌破坏、坡脚冻融破坏和坡面冲刷破坏。

2) 西气东输管道在理想的滑坡作用下, 将会发生大变形甚至破坏, 如果土体塌落宽度过大, 也会对管道的安全运营带来威胁。

参考文献

[1]吴世佳.边坡稳定性分析的极限平衡法与FLAC模拟方法的对比研究[D].太原理工大学, 2011.

[2]夏建芳, 叶南海.有限元法原理与ANSYS应用.北京:国防工业出版社, 2011.

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[4]林冬, 雷宇等.横向滑坡对管道的影响试验[J].石油学报, 2011.

[5]刘慧.滑坡作用下地埋管线反应分析[D].大连理工大学硕士论文, 2008.

[6]童华.长输管线大变形设计理论研究[D].西南石油学院硕士论文, 2005.

[7]王磊, 邓清禄.滑坡作用对输气管道危害的静力学分析[J].工程地质学报, 2010.

[8]常全信, 李文浩, 吴灵锐等.子长县志[M].西安:山西人民出版社, 1993.

[9]王念秦, 张倬元.黄土滑坡灾害研究[M].兰州:兰州大学出版社, 2005.

西气东输正式通过国家竣工验收 第9篇

国家能源局副局长吴吟出席西气东输管道工程竣工验收会议并讲话。他指出, 作为一项跨地区、跨行业, 上中下游一体化、产供销一条龙的宏大工程, 西气东输在我国天然气管道建设史上占据重要地位。它借鉴先进经验, 建立了一整套适合工程建设实际的项目组织管理体系;坚持科技创新, 积极研究推广高新技术;加强统筹协调, 屡次创造中国管道建设史上的奇迹, 在工程建设、运营管理等方面积累了宝贵经验, 取得了突出成绩。

集团公司副总经理廖永远出席验收会议并讲话。廖永远讲话指出, 西气东输工程是党中央、国务院实施西部大开发战略的标志性工程, 是举世瞩目的国家重点工程, 是新世纪我国特大型基础设施建设项目之一。工程荣获了“国家环境友好工程”和“国家开发建设项目水土保持示范工程”称号。工程自投产运行以来, 运营管理规模不断迈上新台阶, 始终保持了安全平稳运行的良好态势, 生产运行管理日趋成熟规范, 工程建设稳步推进, 天然气销售快速增长, 取得了良好的经济效益、社会效益、生态效益和多方面的成绩。

中国石油股份公司总工程师黄维和出席验收会。由国家相关部委、油气储运工程和安全环保等专业的20多位专家组成的西气东输工程竣工验收委员会认为:西气东输工程建设内容完成, 工程质量优良;安全、环保、水土保持、职业卫生和消防、节能设施均通过国家及有关部门专项验收;试运行以来生产运行稳定, 设备运行正常, 生产能力达到设计要求;工程经济效益、社会效益和环境效益显著。竣工验收委员会专家组组长史兴全说, 西气东输工程通过国家竣工验收, 标志着工程全面进入正常运行管理、充分发挥效益的新阶段。

西气东输工程从决策启动到全线投产历时4年零8个月, 比国外同类工程缩短一半工期。2004年10月全线正式投入商业运营来, 管道连续安全平稳运行。储气库、联络线、增输压气站等配套项目持续加快, 成功将西气东输和陕京二线、忠武管道、涩宁兰管道相连接, 实现了华北、华东、华中、西北地区天然气供气气源多元化, 提高了北京及华北地区、上海及长江三角洲地区、两湖地区以及西宁、兰州、银川等地天然气供应的可靠性。为缓解天然气供需缺口矛盾, 中国石油又增建、扩建了12座压气站, 使管道年输气能力由120亿m3增加到170亿m3。

西气东输管道 第10篇

江都 - 如东线自投产以来,各站场频繁发生网络风暴,多个站场的监控管理与数据采集系统 ( Supervisory Control and DataAcquisition. 简称SCADA) 系统局域网内的设备同时出现通讯中断或闪断,紧急截断系统( Emergency Shut Down. 简称ESD) 系统报错并停止运行,站场与北京调控中心通讯中断,严重影响了站场生产的安全平稳运行。

1 江都 - 如东线系统介绍

江都 - 如东线由冀宁管道江都站起,向东经泰州站、泰兴站、如皋站、南通站最后到达如东站,站场与站场之间共设有11座RTU阀室。江都 - 如东线是西气东输管道工程建设重要的管线,地理位置关键,分输任务艰巨,负责江苏中部地区及长三角地区的能源供给,年设计输量135亿方。

1. 1 站场间网络架构

在江都 - 如东线,站场SCADA系统和阀室RTU系统均连接至SIXNET交换机,各站场、RTU阀室之间的SIXNET交换机互相级联,实现站场与站场,站场与RTU阀室之间的通讯。( 图1)RTU阀室同时将数据传递至上游站场和下游站场,再由通过站内网络发送至站场HMI和北京调控中心HMI。

1. 2 站场内网络架构

站场SCADA系统的核心网络设备为思科交换机和路由器。PLC系统、ESD系统、远程通讯接口服务器、路由器和SIXNET交换机均连接至思科交换机,由交换机负责站内数据的转发。一旦思科交换机运行不稳定,会导致站场内所有设备出现通讯中断或闪断。思科路由器作为站场网络的网关,连接北京调控中心与站场SCADA系统,负责站场与北京调控中心) 的数据转发[1],若路由器运行不平稳,会导致站场与北京调控中心出现通讯中断。

2 江都 - 如东线网络架构的优化

网络风暴产生的原因很多,包括网卡或网络设备故障,网络环路诱发,网络病毒和黑客软件的攻击等。从江都 - 如东线历次网络故障来看,由网卡或网络设备故障引起的网络风暴几乎占故障总数的全部,这类网络风暴很难从源头上根除,但是可以通过优化网络架构,以缩小影响范围,降低对系统的危害[2]。

2. 1 站场间网络架构的优化

网络架构优化前,江都 - 如东线的所有站场与RTU阀室同在一个广播域中,当网络风暴出现时,大量的广播包从一个站场扩散到整条江都 - 如东线,导致整条线路上的站场和RTU阀室同时出现网络故障。为了减小网络风暴的危害范围,对站场重新划分VLAN,对站与站之间进行网络隔离。在各站场的SIXNET交换机上,为站场分配不同的VLAN ID,不同ID的站场不能通过SIXNET交换机进行通讯,VLAN的划分分别是: 江都站VLAN101,泰州站为VLAN 102,泰兴站为VLAN 103,如皋站为VLAN104,南通站为VLAN 105,如东站为VLAN 106。RTU阀室将连接至上游站场的接口分配上游的VLAN ID,连接至下游站场的接口分配下游的VLAN ID。修改完毕后,站场之间的数据链路层通讯被隔断,各站场处于不同的广播域中,若出现网络风暴,站场间不会相互影响,缩小了网络风暴的危害范 围,提升了网 络通讯质量[3]。

2. 2 站场内 SCADA 系统的优化

2. 2. 1 环网的处理

江都 - 如东线站场ESD系统与两个思科交换机之间存在物理上的网络环路,虽然环路可以增强网络的冗余性能,但也可能引起网络风暴或加重网络风暴的危害。优化前,思科交换机上已经启动了生成树协议,阻塞了交换机的级联接口( 图2) 。虽然环网已经被阻断,却引发了另外一个后果,即ESD系统承担了在两交换机之间转发数据包的职能。当网络风暴出现时,ESD系统不得不同时处理大量的广播包,当数据包的数量超过ESD系统的处理能力时,ESD系统会报错并且停止运行。为了在阻断环网的同时减轻ESD系统的负荷,对环网进行处理。在思科交换机上,手动将交换机级联接口的开销设为环网路径的最小开销,生成树协议根据算 法阻断开销更 高的路径,即原有的ESD系统与思科 交换机之间的路径,而启用思科交 换机之间路径( 图3) 。通过以上方法,使思科交换机 能够通过级联 路径直接进行通讯,不必通过ESD系统,减少了ESD系统的负担[4]。

2. 2. 2 禁用路由器的多余广播

江都 - 如东线思科路由器上配置了EIGRP和OSPF两种动态路由协议,两种协议均会周期性的向站内局域网广播路由器更新。而两台思科路由器分别接到两台思科交换机,未与其他路由器直接相连,因此向站内广播的更新无任何路由器能够接收。为提升网络质量,将思科路由器连接站内的接口设置为被动接口,即不主动广播路由更新[5]。通过以上方法,减少了站内局域网的多余广播,提升了网络质量。

2. 2. 3 接口风暴控制

为降低网络风暴的危害,对思科交换机、SIXNET交换机之间的级联接口进行风暴控制,对广播包进行过滤,限制这些接口转发过多的广播包。长时间对站场正常运行时的网络数据包收发情况进行监测,发现思科交换机之间的最大通讯带宽不超过80 kbit,思科交换机与SIXNET交换机的最大通讯带宽不超过20 kbit。根据测试数据对思科交换机进行配置,将思科交换机级联接口的广播流量限制设为接口带宽( 100 Mbit) 的0. 1% ,将思科交换机与站场SIXNET交换机级联接口的广播流量限制设为接口带宽的0. 05% 。当接口的广播超过限制值时,多余的广播包会被丢弃。通过以上设置,对网络风暴产生的海量广播包进行了有效的控制。

2. 2. 4 ESD 系统参数的优化

ESD系统作为站场的安全仪表系统,当站场工艺处于危险状态时,自动将工艺停止并置于安全状态。ESD系统处理器一方面运行内存中的应用程序,另一方面处理外部设备发送来的数据,当站场发生网络风暴时,转发而来的过多广播包加重了ESD系统的负荷,导致ESD系统不能在规定时间内运行完内存中的程序,自诊断程序误判断应用程序出错,将系统停运。网络风暴引起的ESD系统停运,极大影响了站场的安全性。为降低系统停运的可能性,对系统参数进行优化[6]。根据模拟测试情况,对参数进行优化( 表1) 。

3 结束语

对江都 - 如东线的网络架构优化后,进行了为期1年的试运行,期间江都 - 如东线站场SCADA系统局域网内出现所有设备通讯中断或闪断0次,ESD系统报错停运0次,正常运行时站场的数据包由原有的70 packet/s降为不到10 packet/s。试运行结果显示: 网络架构的优化达到既定目标,网络通讯的质量、可靠性和安全性得到了极大的提高。

摘要：针对西气东输江都-如东线频繁出现网络故障的情况,基于江都-如东线现有网络架构,分析了网络系统存在的不足,对网络架构进行了优化,重新划分了局域网,处理了网络环网,禁用了路由器的多余广播,进行了风暴控制,优化了ESD系统参数,提出了在江都-如东线进行网络架构优化的方案。通过对思科交换机、思科路由器、SIXNET交换机和ESD系统的配置进行修改,以及为期1年的试运行,实现了网络故障零发生的目标,提高了网络通讯的质量,保证了系统的可靠性和安全性。