国内外输气管道输送工艺设计对标研究

谢 辰 施昊彤 解 静 崔永旭

（1. 国家管网集团北方管道有限责任公司，河北 廊坊 065000；2. 国家管网集团建设项目管理分公司西四线甘宁（新疆）项目部，宁夏 中卫 755000；3. 中国石油长庆油田分公司伴生气综合利用项目部，陕西 西安 710016；4. 中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川 江油 621700）

0 引言

我国输气管道发展迅速，已建成西气东输、川气东送和中俄东线大型输气管道工程。安全可靠高效是管道行业发展目标。近年发生多次输气管道泄漏火灾事故，2018年6月10日中缅输气管道晴隆段发生泄漏燃爆事故，造成1人死亡、23人受伤，经济损失2145万元。我国管道标准系统性和先进性需改进，管道标准包括国标、行标和特种设备等标准化文件，缺少管道全生命周期综合性、权威性标准。提升标准先进性以增强对管道安全运营支撑作用十分必要。加拿大是天然气管道发达国家，2020年长输管道约11×104km，在长输管道准入、建设运营、安全监管和法规标准方面较为成熟，2014年加拿大长输管道事故率0.17次/（103·km·a），低于中国长输管道事故率1.0次/（103km·a）[1]。加拿大制定管道设计建设、运行维护和报废的全生命周期、综合性标准CSA Z662-2015《油气管道系统》，具有较强权威性和先进性，代表世界管道行业技术水平。针对输气管道输送工艺设计关键问题，包括输气站等级、建筑安全、出口和紧急停车系统，以及管道干线超压保护、埋深，开展中加标准对标分析，提出国家标准GB 50251-2015《输气管道工程设计规范》修订改进建议，对于提高我国长输管道设计水平和建设质量具有重要意义。

1 输气站等级

GB 50251规定输气站设置应符合市场和输送工艺要求，输气站与管道系统设计输量匹配；压缩机组选型应根据压气站流量、压比、出站压力和气质参数，考虑机组备用方式，进行技术经济比较后确定。CSA Z662规定压气站规模和设备选型，应满足正常和非正常条件下，单独或交替式保证安全高效运行。

针对输气站规模和设备选型，国标强调与输送工艺的符合性，提出机组备用原则。加标考虑正常和非正常工况要求，即压缩机运行和停运情形。由于气田产量、市场及用户需求变化、设备检修等原因，新建输气管道投产和正常运行过程中可能存在某输气站压缩机停运、多站越站运行情形。

2 建筑安全

GB 50251规定压气站建筑物防火、防爆和噪声控制应按照相关国家标准进行设计。输气站采暖通风和空气调节设计应符合国家标准GB 50019《采暖通风与空气调节设计规范》。压缩机组布置在露天或厂房内。在严寒地区、噪声控制地区或风沙地区宜采用全封闭式厂房，其他地区宜采用敞开式或半敞开式厂房。CSA Z662规定压气站建筑位置应考虑运行控制需求和站场火灾蔓延影响，建筑物周围应有足够空间保证消防设备操作移动。通风设备应保证员工在工作区域内避免因有害气体聚集而遭受危险。强制通风系统在探测到气体时自动启动，探测到火灾信号时自动停机。如气体密度小于空气，应设计开式房顶以增强通风效果。

针对输气站建筑，国标防火防爆要求是引用标准，缺少具体内容，针对压缩机厂房和调度控制中心是基本型式和功能。加标提出输气站火灾对建筑物的影响，通风系统和火灾探测系统的逻辑关系，以及增强建筑物通风的设计方式。近年油气站场、储气库、LNG站场等火灾爆炸影响区域成为研究热点，API制定标准API RP752-2009《化工行业永久性建筑物场所的风险管理》提出石油炼化行业基于火灾、爆炸和毒性物质泄漏的建筑物风险评价方法。

3 出口

GB 50251规定压缩机房每一操作层及其高出地面3m以上的操作平台（不包括单独的发动机平台），应设置两个安全出口及通向地面的梯子。操作平台上任意点沿通道中心线与安全出口之间的最大距离不大于25m。压缩机房设置的平开门应朝外开。CSA Z662规定妨碍人员在紧急情况下从站场内逃生的围墙应提供两个出口，出口位置应方便人员疏散至安全地带。压气站和泵站的建筑内60m范围内的门应向外开，人员不需钥匙从里面可以打开。

国标规定了压缩机厂房（操作平台）出口的要求，加标规定了输气站围墙和出口的要求，二者互有侧重，国标可补充其适用内容。

4 紧急停车系统

GB 50251规定输气站紧急联锁应具备下列功能：紧急截断阀关闭；紧急放空阀打开；压气站压缩机组停机并放空；切断除消防系统和应急电源以外的供电电源。CSA Z662规定紧急停车系统应具备停运压气站内压缩机设备、燃料气设备和电气设备的功能，不包括应急电气设备电源。输气站建筑设置火焰和危害气体探测系统，该系统启动触发紧急停机系统，允许停机限制范围是：停运压气站内压缩机设备、燃料气设备和电气设备，不包括应急电气设备；隔离并放空与压缩机连接管道系统和汇管。输气站应设置至少两处位置启动紧急停车系统，如站场有围墙，首选在出口大门附近；如没有围墙，在紧急出口附近；距离压气站边界不超过150m，位置易看到且易到达。

国标和加标关于紧急停车系统的功能基本相同，加标还规定紧急停车系统设置启动位置、数量和距离要求，以及紧急停车系统与火灾探测系统的逻辑关系，建议国标补充完善。

5 管道超压保护

CSA Z662规定应安装压力控制装置，保证在正常作业条件下，施加在管道系统上的压力不超过最大操作压力。若压力控制装置出现故障或其它原因可能引起管道系统压力超过最大操作压力，应安装过压保护装置，保证在异常情况下管道系统的最大操作压力不超过10%或35kPa的较大值。GB 50251规定存在超压的管道，应设置安全阀或压力控制措施。管道的安全阀定压P0应根据工艺管道最大允许操作压力P0确定，并符合下列规定：

（1）当P≤1.8MPa时，管道的安全阀定压P0应按下式计算：P0= P+0.18MPa；

（2）当1.8MPa＜P≤7.5MPa时，管道的安全阀定压P0应按下式计算：P0=1.1P；

（3）当P＞7.5MPa时，管道的安全阀定压P0应按下式计算：P0=1.05P；

（4）采用0.8强度设计系数的管道的安全阀，定压不应大于1.04P。

加标管道安全泄放压力为1.1倍最大操作压力。我国长输管道安全泄放压力为1.04倍或者1.05倍最大操作压力，国标关于管道安全泄压的设定值过于保守，降低了管道运行控制的允许范围和安全余量。新建长输管道已采用高强度水压试验，强度试验压力接近管材屈服强度，从管道运行管理角度，建议国内标准适当提高泄压阀设定值为1.1倍最大操作压力。

6 管道埋深

管道埋深不足易遭受机械施工和外力载荷损伤，山区管道砾岩管沟开挖土方工程量大[2]，河流穿跨越漂管、裸管造成管道弯曲变形，保证管道必要埋深对于安全运行维护至关重要。GB 50251规定埋地管道覆土层最小厚度满足如表1所示。CSA Z662规定管道埋深应满足如表2所示。

表1 国标输气管道最小覆土厚度

表2 加标输气管道埋深要求

针对管道埋深要求，加标更加严格细化，表现在加标规定管道埋深数值更大，更有助于保证管道本体安全，例如国标中一般地段、水田、岩石段管道埋深为0.6、0.8m、0.8m和0.5m；加标为0.6、1.2m和0.6m。加标关于管道埋深情形更加细化，例如规定了穿越公路、铁路（有/无套管），其管道埋深数值也远高于国标。

7 结语

加拿大标准CSA Z662-2015较强权威性和技术先进性，通过开展标准对标研究，在输气管道输送工艺设计方面以下理念和做法具有借鉴意义。

（1）新建输气站设计等级考虑单站压缩机停运、多站越站等非正常工况情形；

（2）输气站建筑设计考虑站场火灾爆炸事故的影响，推荐采用增强建筑物通风的设计方式；

（3）增加输气站围墙和出口位置、数量、距离、材质等安全设置要求；

（4）补充紧急停车系统启动位置要求以及紧急停车系统与火灾探测系统的逻辑关系；

（5）建议提高管道超压泄放压力设定值至1.1倍最大操作压力；

（6）适当增加管道埋深减少管道潜在风险隐患。