以北极规划输气管道工程为依托,建立埋地管道与冻土热交换相互作用数值计算模型,探究了埋地管道在连续多年冻土区、非连续多年冻土区和季节冻土区内,按照不同操作温度(5、-1和-5℃)运行情况下管道周围冻土温度演化过程。计算结果表明:同一区域不同管温对冻土上限值影响差异较大,尤其是在非连续多年冻土区,无论管道是正温输送还是负温输送,由于管道的运营,极大地影响了冻土上限值。5℃正温管道将导致冻土上限下降1～3倍管径;-1℃和-5℃负温管道将有助于提高冻土人为上限。建议在连续多年冻土区管道采用-1℃输送温度;在非连续多年冻土区冬季采用-1℃输送温度,夏季可以是正温,接近环境大气温度,但全年输气平均温度要小于0℃;在季节冻土区,若按照负温输送,反而容易引起管基土冻胀,建议输气温度不作特别控制,与温带地区管道类似,正温输送。希望能够为北极多年冻土区天然气管道建设提供新的思路。
多年冻土区油气管道工程在许多方面都有别于常温地区的油气管道工程,如偏僻的地理位置和敏感脆弱的环境,更重要是其特殊的气候、水文地质和工程地质条件以及冻融岩土灾害等条件。这使得管道设计、建设、运营、维抢和管道系统安全以及完整性管理等方面面临一系列的特殊难题。不同于已建成并运营至今的美国阿拉斯加(Alyeska)原油管道、加拿大罗曼井(Norman Wells)原油管道、中俄原油管道(漠河—大庆段)和格尔木—拉萨成品油管道,多年冻土区的天然气管道在输运介质、输送温度、环保要求等方面和输油管道有很大差异,将面临一系列新问题和新挑战。通过对多年冻土区天然气管道冷却输送工艺,管道—冻土水、热、力耦合计算,压气站失效后下游管道最低金属温度超限,基于应力设计局限、敷设方式单一、管道运营期监测系统可靠性等冻土区天然气管道特有的技术难题探讨,初步给出相应的解决方案构想,希望能够为冻土区天然气管道建设提供新的思路。