天然氣管道站場分區(qū)延時放空的探討

范振寧

摘 要：伴隨天然氣管道的不斷發(fā)展和管網的逐步完善，合建站、樞紐站、聯(lián)絡站日益增多，輸氣站場的規(guī)模越來越大，站場發(fā)生事故需泄放的天然氣總量和放空強度隨之增大，放空點火時對周邊環(huán)境的影響范圍也相應擴大，對站場選址、降低放空系統(tǒng)經濟性提出了更高的要求。本文以降低站場事故放空時的最大泄放量、優(yōu)化站場放空系統(tǒng)的設計為目的，結合HYSYS軟件DP動態(tài)模型計算分析結果，探討站場分區(qū)延時放空設計的必要性和注意事項。

關鍵詞：天然氣；輸氣管道；站場放空；分區(qū)延時

1 研究背景

在天然氣輸氣管道長距離、大口徑、高壓力發(fā)展趨勢日益明顯的背景下，管道沿線壓氣站、樞紐站等大型場站的事故放空因其瞬時泄放量大導致放空系統(tǒng)總管管徑大、火炬立管尺寸大、輻射熱影響范圍大、噪聲強度大等一系列問題，降低了站場放空系統(tǒng)設計的經濟性，增加了站場選址的難度。

國外北美地區(qū)大型站場為降低對放空系統(tǒng)的要求多采用分散式分區(qū)放空的方式，即結合站場功能分區(qū)，每一分區(qū)內分別設置放空立管進行泄放；而國內受土地資源制約，多采用集中放空方式，即不同分區(qū)的放空集中至一處，由同一立管泄放。目前國內新版《輸氣管道工程設計規(guī)范》首次引入分區(qū)延時放空的理念，為站場事故放空設計的優(yōu)化提供了規(guī)范許可。

2 研究目的

本文以降低站場事故放空時的最大泄放量、優(yōu)化站場放空系統(tǒng)的設計為目的，結合HYSYS軟件DP動態(tài)模型計算分析結果，探討分區(qū)延時放空設計的必要性。

3 標準規(guī)范解讀

天然氣管道站場發(fā)生火災、大面積天然氣泄漏等事故時，往往需要緊急切斷進出站關斷閥，同時放空站場管道及設備內的天然氣。事故工況下能否及時放空站內的天然氣對事故的控制十分關鍵。國內外標準規(guī)范推薦做法為：設置緊急放空系統(tǒng)，使其能在15min內將站內設備及管道壓力從最初的壓力降至設計壓力的50%。該準則是根據容器的壁溫與對應破壞應力之間的關系而確定的。火災工況下在管道、設備金屬溫度達到脆性轉變溫度前，將其內部壓力泄放，避免高溫、高壓對壓力管道、容器的毀壞性破壞。規(guī)范未對泄放過程的壓降速率提出要求，認為只要15min內將壓力降至設計壓力的50%即可。

4 分區(qū)延時放空對站場泄放的影響

同樣以某管道壓氣站為例，對站場緊急放空采用分區(qū)延時放空理念進行設計，分析其與常規(guī)緊急放空設計的異同。

壓氣站內設置有兩處緊急放空閥，一處為進出站及過濾分離區(qū)，總管容約400m3；另一處為增壓冷卻區(qū)，總管容約600m3。兩處均設置DN150緊急放空閥（閥后設置限流孔板）。常規(guī)設計中，站場事故工況下，兩處緊急放空閥同時開啟泄放，各處壓力及泄放流量情況見圖1。

由圖1分析可知，站場緊急放空時，全站放空量將是兩處緊急放空量的加和，峰值約21.6萬kg/h。這對放空系統(tǒng)下游管網及終端處理設備提出了更高的要求。

采用分區(qū)延時放空理念進行設計，站場緊急工況下首先開啟增壓冷卻區(qū)緊急放空閥，開啟放空5min后，再行開啟進出站及過濾分離區(qū)的緊急放空閥；分析站場減壓泄放過程中壓力、泄放量的變化情況。各處壓力及泄放流量情況見圖2。

由圖2分析可知，采用分區(qū)延時放空后，全站泄放峰值量18.9萬m3/h，比全站同時泄放峰值量21.6萬kg/h降低2.7萬kg/h。但需注意的是，延時開啟的BDV放空區(qū)域（進出站及分離區(qū)）壓力將于20min時方能達到起始壓力的50%。

若要實現兩處BDV緊急泄放同時于15min時泄放至起始壓力的50%，則需要提高延時放空管路的泄放口徑，但峰值泄放量也會相應增加（23.1萬kg/小時，高于21.6萬kg/小時）。計算結果見圖3。

因此，對于不能實現分區(qū)報警切斷的站場，分區(qū)延時放空意義不大；對于具備分區(qū)報警切斷功能的站場，分區(qū)延時放空可以降低站場峰值泄放量，開啟延時時間越長，越有利于全站峰值泄放量的降低。

5 結論

（1）在滿足泄放要求的條件下，適當延長緊急放空閥的開啟時間，可采用先慢后快不等比方式進行泄放，降低單處緊急放空的瞬間最大量；

（2）對站內設置的多處緊急放空閥，可按覆蓋區(qū)域內設備的重要程度及泄放容積大小，先后逐次延時開啟，對不同放空閥的Q-t曲線進行疊加，保證瞬時泄放量疊加后不超限；

（3）對于不能實現分區(qū)報警切斷的站場，分區(qū)延時放空意義不大；

（4）規(guī)范僅對站場緊急放空的時間及壓力作出要求，未對放空過程的壓降速率提出要求，為站場分區(qū)延時放空提供了規(guī)范許可；

（5）建議國內規(guī)范修編時結合API RP 521中對金屬材料軟化溫度的實驗，明確火災工況下壓力泄放過程的速率要求。

本文旨在對天然氣管道大型站場降低事故放空時瞬時放空量的分區(qū)延時放空理念進行探討，為后期管道站場放空系統(tǒng)優(yōu)化提供一種思路，供行業(yè)同仁參考。

參考文獻

[1] GB 50251-2012輸氣管道工程設計規(guī)范[M]

[2] API RP521泄壓和減壓系統(tǒng)導則[M]