國內外輸氣管道輸送工藝設計對標研究

謝 辰 施昊彤 解 靜 崔永旭

（1. 國家管網集團北方管道有限責任公司，河北 廊坊 065000；2. 國家管網集團建設項目管理分公司西四線甘寧（新疆）項目部，寧夏 中衛 755000；3. 中國石油長慶油田分公司伴生氣綜合利用項目部，陜西 西安 710016；4. 中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621700）

0 引言

我國輸氣管道發展迅速，已建成西氣東輸、川氣東送和中俄東線大型輸氣管道工程。安全可靠高效是管道行業發展目標。近年發生多次輸氣管道泄漏火災事故，2018年6月10日中緬輸氣管道晴隆段發生泄漏燃爆事故，造成1人死亡、23人受傷，經濟損失2145萬元。我國管道標準系統性和先進性需改進，管道標準包括國標、行標和特種設備等標準化文件，缺少管道全生命周期綜合性、權威性標準。提升標準先進性以增強對管道安全運營支撐作用十分必要。加拿大是天然氣管道發達國家，2020年長輸管道約11×104km，在長輸管道準入、建設運營、安全監管和法規標準方面較為成熟，2014年加拿大長輸管道事故率0.17次/（103·km·a），低于中國長輸管道事故率1.0次/（103km·a）[1]。加拿大制定管道設計建設、運行維護和報廢的全生命周期、綜合性標準CSA Z662-2015《油氣管道系統》，具有較強權威性和先進性，代表世界管道行業技術水平。針對輸氣管道輸送工藝設計關鍵問題，包括輸氣站等級、建筑安全、出口和緊急停車系統，以及管道干線超壓保護、埋深，開展中加標準對標分析，提出國家標準GB 50251-2015《輸氣管道工程設計規范》修訂改進建議，對于提高我國長輸管道設計水平和建設質量具有重要意義。

1 輸氣站等級

GB 50251規定輸氣站設置應符合市場和輸送工藝要求，輸氣站與管道系統設計輸量匹配；壓縮機組選型應根據壓氣站流量、壓比、出站壓力和氣質參數，考慮機組備用方式，進行技術經濟比較后確定。CSA Z662規定壓氣站規模和設備選型，應滿足正常和非正常條件下，單獨或交替式保證安全高效運行。

針對輸氣站規模和設備選型，國標強調與輸送工藝的符合性，提出機組備用原則。加標考慮正常和非正常工況要求，即壓縮機運行和停運情形。由于氣田產量、市場及用戶需求變化、設備檢修等原因，新建輸氣管道投產和正常運行過程中可能存在某輸氣站壓縮機停運、多站越站運行情形。

2 建筑安全

GB 50251規定壓氣站建筑物防火、防爆和噪聲控制應按照相關國家標準進行設計。輸氣站采暖通風和空氣調節設計應符合國家標準GB 50019《采暖通風與空氣調節設計規范》。壓縮機組布置在露天或廠房內。在嚴寒地區、噪聲控制地區或風沙地區宜采用全封閉式廠房，其他地區宜采用敞開式或半敞開式廠房。CSA Z662規定壓氣站建筑位置應考慮運行控制需求和站場火災蔓延影響，建筑物周圍應有足夠空間保證消防設備操作移動。通風設備應保證員工在工作區域內避免因有害氣體聚集而遭受危險。強制通風系統在探測到氣體時自動啟動，探測到火災信號時自動停機。如氣體密度小于空氣，應設計開式房頂以增強通風效果。

針對輸氣站建筑，國標防火防爆要求是引用標準，缺少具體內容，針對壓縮機廠房和調度控制中心是基本型式和功能。加標提出輸氣站火災對建筑物的影響，通風系統和火災探測系統的邏輯關系，以及增強建筑物通風的設計方式。近年油氣站場、儲氣庫、LNG站場等火災爆炸影響區域成為研究熱點，API制定標準API RP752-2009《化工行業永久性建筑物場所的風險管理》提出石油煉化行業基于火災、爆炸和毒性物質泄漏的建筑物風險評價方法。

3 出口

GB 50251規定壓縮機房每一操作層及其高出地面3m以上的操作平臺（不包括單獨的發動機平臺），應設置兩個安全出口及通向地面的梯子。操作平臺上任意點沿通道中心線與安全出口之間的最大距離不大于25m。壓縮機房設置的平開門應朝外開。CSA Z662規定妨礙人員在緊急情況下從站場內逃生的圍墻應提供兩個出口，出口位置應方便人員疏散至安全地帶。壓氣站和泵站的建筑內60m范圍內的門應向外開，人員不需鑰匙從里面可以打開。

國標規定了壓縮機廠房（操作平臺）出口的要求，加標規定了輸氣站圍墻和出口的要求，二者互有側重，國標可補充其適用內容。

4 緊急停車系統

GB 50251規定輸氣站緊急聯鎖應具備下列功能：緊急截斷閥關閉；緊急放空閥打開；壓氣站壓縮機組停機并放空；切斷除消防系統和應急電源以外的供電電源。CSA Z662規定緊急停車系統應具備停運壓氣站內壓縮機設備、燃料氣設備和電氣設備的功能，不包括應急電氣設備電源。輸氣站建筑設置火焰和危害氣體探測系統，該系統啟動觸發緊急停機系統，允許停機限制范圍是：停運壓氣站內壓縮機設備、燃料氣設備和電氣設備，不包括應急電氣設備；隔離并放空與壓縮機連接管道系統和匯管。輸氣站應設置至少兩處位置啟動緊急停車系統，如站場有圍墻，首選在出口大門附近；如沒有圍墻，在緊急出口附近；距離壓氣站邊界不超過150m，位置易看到且易到達。

國標和加標關于緊急停車系統的功能基本相同，加標還規定緊急停車系統設置啟動位置、數量和距離要求，以及緊急停車系統與火災探測系統的邏輯關系，建議國標補充完善。

5 管道超壓保護

CSA Z662規定應安裝壓力控制裝置，保證在正常作業條件下，施加在管道系統上的壓力不超過最大操作壓力。若壓力控制裝置出現故障或其它原因可能引起管道系統壓力超過最大操作壓力，應安裝過壓保護裝置，保證在異常情況下管道系統的最大操作壓力不超過10%或35kPa的較大值。GB 50251規定存在超壓的管道，應設置安全閥或壓力控制措施。管道的安全閥定壓P0應根據工藝管道最大允許操作壓力P0確定，并符合下列規定：

（1）當P≤1.8MPa時，管道的安全閥定壓P0應按下式計算：P0= P+0.18MPa；

（2）當1.8MPa＜P≤7.5MPa時，管道的安全閥定壓P0應按下式計算：P0=1.1P；

（3）當P＞7.5MPa時，管道的安全閥定壓P0應按下式計算：P0=1.05P；

（4）采用0.8強度設計系數的管道的安全閥，定壓不應大于1.04P。

加標管道安全泄放壓力為1.1倍最大操作壓力。我國長輸管道安全泄放壓力為1.04倍或者1.05倍最大操作壓力，國標關于管道安全泄壓的設定值過于保守，降低了管道運行控制的允許范圍和安全余量。新建長輸管道已采用高強度水壓試驗，強度試驗壓力接近管材屈服強度，從管道運行管理角度，建議國內標準適當提高泄壓閥設定值為1.1倍最大操作壓力。

6 管道埋深

管道埋深不足易遭受機械施工和外力載荷損傷，山區管道礫巖管溝開挖土方工程量大[2]，河流穿跨越漂管、裸管造成管道彎曲變形，保證管道必要埋深對于安全運行維護至關重要。GB 50251規定埋地管道覆土層最小厚度滿足如表1所示。CSA Z662規定管道埋深應滿足如表2所示。

表1 國標輸氣管道最小覆土厚度

表2 加標輸氣管道埋深要求

針對管道埋深要求，加標更加嚴格細化，表現在加標規定管道埋深數值更大，更有助于保證管道本體安全，例如國標中一般地段、水田、巖石段管道埋深為0.6、0.8m、0.8m和0.5m；加標為0.6、1.2m和0.6m。加標關于管道埋深情形更加細化，例如規定了穿越公路、鐵路（有/無套管），其管道埋深數值也遠高于國標。

7 結語

加拿大標準CSA Z662-2015較強權威性和技術先進性，通過開展標準對標研究，在輸氣管道輸送工藝設計方面以下理念和做法具有借鑒意義。

（1）新建輸氣站設計等級考慮單站壓縮機停運、多站越站等非正常工況情形；

（2）輸氣站建筑設計考慮站場火災爆炸事故的影響，推薦采用增強建筑物通風的設計方式；

（3）增加輸氣站圍墻和出口位置、數量、距離、材質等安全設置要求；

（4）補充緊急停車系統啟動位置要求以及緊急停車系統與火災探測系統的邏輯關系；

（5）建議提高管道超壓泄放壓力設定值至1.1倍最大操作壓力；

（6）適當增加管道埋深減少管道潛在風險隱患。