輸氣管道工程放空系統(tǒng)設(shè)置現(xiàn)狀及改進(jìn)建議

卜祥軍 胡 穎 張宏亮

1.中國石油管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部，北京 100101；

2.中國石油天然氣與管道分公司，北京 100007；

3.中國石油管道分公司，河北 廊坊 065000

0 前言

中國石油管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部成立以來，已經(jīng)建成天然氣管道超過3×104km。 如果閥室間距按16 km 計(jì)算，將建設(shè)放空管約1 875 座，站場按100 km 建設(shè)1 座，將建設(shè)具有點(diǎn)火功能的放空管約300 座。 目前單座放空管占地面積24×24 m2，征地面積576 m2，不含至放空區(qū)道路用地，總征地面積約1 252 800 m2（約1 879 畝）。 在我國人口眾多、土地資源日益緊張的國情下，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少土地資源占用是必要的。 輸氣站放空頻率比閥室高，站場設(shè)置放空管是合理的，但以后建設(shè)的輸氣站是否仍設(shè)置點(diǎn)火放空是值得討論的問題。 目前我國的冶金、制管、設(shè)備制造、施工及檢驗(yàn)技術(shù)水平不斷提高，加之實(shí)施管道完整性管理，管道出現(xiàn)事故放空的概率會進(jìn)一步降低，閥室放空管的優(yōu)化布置或閥室放空優(yōu)化設(shè)計(jì)也是需要討論的問題。 為此，在保證安全生產(chǎn)的前提下，統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范運(yùn)行和維護(hù)操作程序，科學(xué)合理地進(jìn)行站場及閥室放空設(shè)計(jì)意義重大。

1 國內(nèi)外規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對比分析

1.1 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

我國輸氣管道工程放空設(shè)計(jì)主要遵循GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》［1］、GB 50251-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］、SY/T 10043-2002《泄壓和減壓系統(tǒng)指南》［3］。 另外， 可借鑒的規(guī)范有GB 50160-2008 《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》［4］、GB 50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》［5］， 包括了石油化工企業(yè)火炬及放空管的設(shè)計(jì)，以及城鎮(zhèn)燃?xì)夤こ陶緢龇派⒐芎途€路截?cái)嚅y的設(shè)計(jì)。

GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》適用于輸氣管道新建、擴(kuò)建、改建的站場防火設(shè)計(jì)。 其中，4.0.8 條規(guī)定火炬和放空管與石油天然氣站場的間距為：火炬大于等于90 m； 放空管放空量等于或小于1.2×104m3/h 時(shí)，不應(yīng)小于10 m；放空量大于1.2×104m3/h 且小于或等于4×104m3/h 時(shí)，應(yīng)不小于40 m。與站外周圍設(shè)施的距離，火炬通過熱輻射計(jì)算確定，放空管為可能攜帶液體的高架火炬的一半，即60 m。 同時(shí)，該規(guī)范的6.8.8 條對間歇排放的可燃?xì)怏w排氣筒或放空管口，提出了應(yīng)高出10 m 范圍內(nèi)的平臺或建筑物頂2.0 m 以上。 對位于10 m 以外的平臺或建筑物頂，應(yīng)滿足斜上45° 范圍內(nèi)無平臺或建筑物，并應(yīng)高出所在地面5 m。 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了火炬及放空管的設(shè)計(jì)要求， 但對放空量大于4×104m3/h 沒有要求。

GB 50251-2003 《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》是我國天然氣長輸管道工程設(shè)計(jì)的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，該規(guī)范分別對閥室和站場的放空設(shè)計(jì)提出了如下要求：第3.4.2 條“輸氣干線截?cái)嚅y上下游均應(yīng)設(shè)置放空管，放空管應(yīng)能迅速放空兩截?cái)嚅y之間管段內(nèi)的氣體，放空閥直徑與放空管直徑應(yīng)相等”；第3.4.6 條“放空氣體應(yīng)經(jīng)過放空豎管排入大氣，并應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)和安全防火要求”；第3.4.7 條“輸氣干線放空豎管應(yīng)設(shè)置在不致發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)和危害居民健康的地方，其高度應(yīng)比附近建（構(gòu)）筑物高出2 m 以上，且總高度不應(yīng)小于10 m”；第3.4.8 條“輸氣站放空豎管應(yīng)設(shè)置圍墻外，與站場及其他建（構(gòu)）筑物的距離應(yīng)符合GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的規(guī)定。 其高度應(yīng)比附近建（構(gòu)）筑物高出2 m 以上，且總高度不應(yīng)小于10 m”。 由此可以看出，該標(biāo)準(zhǔn)對輸氣管道工程的放空設(shè)計(jì)提出了原則要求， 對站場放空豎管要求在圍墻外并符合GB 50183-2004 的規(guī)定， 對閥室放空豎管強(qiáng)調(diào)了設(shè)置在不致發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)和危害居民健康的地方。

GB 50160-2008 《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》是與石油天然氣工程建設(shè)最接近的防火規(guī)范，適用于石油化工企業(yè)新建、擴(kuò)建或改建工程的防火設(shè)計(jì)。 該規(guī)范區(qū)域布置中沒有對放空管與周圍設(shè)施距離提出要求，僅在5.5.11 款中規(guī)定間歇排放的排氣筒或放空管應(yīng)高出10 m范圍內(nèi)的平臺或建筑物頂3.5 m 以上， 位于排放口水平10 m 以外斜上45°的范圍內(nèi)不宜布置平臺或建筑物。 該條款與GB 50183-2004 中6.8.8 款要求相近。

GB 50028-2006 《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》為城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉錃庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)， 適用于壓力小于等于4 MPa 城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿垒斉錃庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)。 該規(guī)范對門站及儲配站根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置安全保護(hù)及放散裝置；對高壓儲氣罐區(qū)的設(shè)計(jì)，如果設(shè)置集中放散時(shí)，與站外建（構(gòu)）筑物的防火間距不應(yīng)小于25 m； 放散管管口高度應(yīng)高出距其25 m 內(nèi)的建構(gòu)筑物2 m 以上，且不得小于10 m。

SY/T 10043-2002 《泄壓和減壓系統(tǒng)指南》適用于煉廠、化工廠設(shè)計(jì)，GB 50183-2004 中火炬設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容是參照該規(guī)范執(zhí)行的。 煉廠、化工廠流體介質(zhì)明顯比輸氣管道復(fù)雜。該規(guī)范第1.3.24 條“壓力泄放系統(tǒng)定義為由壓力泄放裝置、管道及處理閃蒸氣、液體或氣體，泄壓系統(tǒng)可以僅由一個壓氣泄放閥或安全爆破片組成，排放管可無，可安裝在單個的容器或管道上”和第1.3.19 條“開式處理系統(tǒng)定義為不用容器而只用一根短尾管從泄壓裝置直接向大氣排放的處理系統(tǒng)”，以及第4.3 條對天然氣排放進(jìn)行了大量的描述，結(jié)論是直接排放到大氣中是安全的。

1.2 國外標(biāo)準(zhǔn)

由于我國輸氣管道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要參照美國設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即技術(shù)安全型設(shè)計(jì)理念，與俄羅斯距離安全型設(shè)計(jì)理念完全不同。 為此，本文僅與美國標(biāo)準(zhǔn)對比。

ASME B 31.8-2007《輸氣和配氣管道系統(tǒng)》［6］是美國天然氣管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 其輸氣管線上的閥門的“846.21”中要求如下：“a） 分段截?cái)嚅y應(yīng)該安裝在容易接近的地方，并應(yīng)加以保護(hù)，防止受損和閑人亂動。 若裝有排放閥時(shí)，應(yīng)將其安裝在便于將氣體向大氣排放而不致于產(chǎn)生危險(xiǎn)之處。 c）應(yīng)安裝排放閥，以便于位于管線主閥門之間的每段管線均能放空。 為使管線放空而配置的連接管的規(guī)格和能力，應(yīng)能在緊急情況下使管段盡快放空。 ”

API RP 521-2002 《泄壓和減壓系統(tǒng)指南》［7］第“4.3大氣排放中”的“4.3.1 概述”中明確泄壓排放直接排入大氣是安全的。

美國Universal Pegasus 公司是國內(nèi)目前合作較多的咨詢公司，西氣東輸一線管道工程其作為設(shè)計(jì)監(jiān)理公司參與到管道建設(shè)中，經(jīng)咨詢該公司設(shè)計(jì)人員得知，美國沒有放空的法律、法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)限制，主要依據(jù)工程實(shí)踐進(jìn)行設(shè)計(jì)，天然氣放空時(shí)應(yīng)做好噪聲防護(hù)，由于其無毒、無污染，可以直接排放至大氣中，濕氣放空應(yīng)考慮點(diǎn)火。

1.3 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的對比分析

a） GB 50183-2004 《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》與API RP 521-2002 《泄壓和減壓系統(tǒng)指南》適用范圍不同， 其放空部分內(nèi)容參考了API RP 521-2002 的作法。 GB 50183-2004 對放空管的設(shè)置距離進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。

b）GB 50251-2003《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》的閥室放空設(shè)計(jì)與ASME B31.8 《輸氣和配氣管道系統(tǒng)》的基本要求一致，GB 50251-2003 還要求了閥室放空豎管高度不小于10 m；GB 50251-2003 對站場放空進(jìn)行了要求，ASME B 31.8 沒有明確要求，ASME B 3.18 也沒有對API RP 521-2002 《泄壓和減壓系統(tǒng)指南》進(jìn)行引用。 總之，ASME B 31.8 對放空的基本原則是將氣體引至不致發(fā)生危險(xiǎn)之處排放。

c）GB 50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》截?cái)嚅y間距設(shè)置參照了《美國聯(lián)邦法規(guī)》（49-192）《氣體管輸最低安全標(biāo)準(zhǔn)》［8］。 對門站及儲配站的氣體排放均采用放散。

2 國內(nèi)外輸氣管道工程放空系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀

2.1.1 長輸管道現(xiàn)狀

從中國石油管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部承建的天然氣管道工程看，除個別閥室未設(shè)放空立管外，其他閥室均設(shè)有放空立管， 閥室的防火設(shè)計(jì)均參照GB 50183 -2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的五級站場考慮。 放空管與閥室及周圍設(shè)施防火距離分別為40 m 和60 m，高度通常為20～30 m。 站場放空管大都設(shè)置手動和自動點(diǎn)火裝置，與站場距離多為90 m，與周圍建筑物防火距離在設(shè)計(jì)上基本取90 m（個別按120 m）。 放空時(shí)間按10 h或12 h 兩種工況考慮。

從中國石油五大管道運(yùn)行企業(yè)了解到，站場放空管通常是在維修、站場擴(kuò)建時(shí)才使用，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示站場從未發(fā)生過由于事故觸動ESD 放空情況；閥室放空通常是在管道泄漏、維修或換管時(shí)使用，據(jù)中國石油組織的輸氣管道放空設(shè)計(jì)研究表明，近十年建設(shè)的輸氣管道因管道自身泄漏事故而造成閥室放空概率低。 中國石油西南油氣田公司運(yùn)行的輸氣管道， 涵蓋了20 世紀(jì)70 年代后建設(shè)的管道，由于時(shí)間跨度大，利用閥室放空的頻率要高些。

近年工程實(shí)踐表明，人口密集地區(qū)、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)輸氣管道閥室選擇非常困難，主要因素是放空豎管要求的防火間距。 例如：某管道地方規(guī)劃部門要求取消放空管，否則不予立項(xiàng)；曾有3 個管道項(xiàng)目的輸氣站要求放空管120 m 范圍內(nèi)永久征地等。

2.1.2 城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿垃F(xiàn)狀

北京和上海城市燃?xì)猸h(huán)網(wǎng)管徑1 016 mm，設(shè)計(jì)壓力已達(dá)到6.3 MPa， 超出規(guī)范要求的設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa 時(shí)，應(yīng)組織專家論證會。 閥室放空管不單獨(dú)設(shè)置區(qū)域，與閥室建筑單體距離很近，有的甚至利用建筑外墻作為放空管支撐，僅高出建筑屋頂2 m 以上。

2.2 國外現(xiàn)狀

從收集到阿拉斯加、 阿蘭斯管道等工程設(shè)計(jì)資料看，輸氣管道壓氣站采用了分區(qū)放空，放空豎管高度約3 m；閥室均未單獨(dú)設(shè)置放空豎管，僅有放空閥和一短管垂直地面安裝且端部用盲板封住，管頂端距地面一般未超過3 m。

咨詢美國環(huán)球公司技術(shù)專家得知，美國天然氣放空不存在法律障礙，從網(wǎng)頁上可以查到天然氣管道的環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告公示內(nèi)容，天然氣放空均是直接排放到大氣中，為減少溫室效應(yīng)，有些項(xiàng)目已經(jīng)開始利用壓縮機(jī)回收檢修時(shí)的天然氣，該方法經(jīng)濟(jì)且環(huán)保。 針對我國目前放空系統(tǒng)現(xiàn)狀，美國環(huán)球公司技術(shù)專家建議可以采用移動式放空火炬或放空管進(jìn)行放空。

2.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

a）國內(nèi)輸氣站均采用全站集中放空，并在站外設(shè)置放空豎管且大多數(shù)按點(diǎn)火放空設(shè)計(jì)，防火間距大。 國外壓氣站按分區(qū)放空設(shè)計(jì)，放空豎管放空站內(nèi)，天然氣直接排入大氣。

b）國內(nèi)閥室設(shè)有專門的放空豎管，并根據(jù)小時(shí)放空量確定了放空豎管與閥室的間距，造成占地大，征地難。國外閥室設(shè)計(jì)簡單，未設(shè)置單獨(dú)的放空區(qū)域，占地小。

c）由于現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中未明確放空量的計(jì)算，放空時(shí)間、放空壓力也無相應(yīng)規(guī)定，導(dǎo)致不同管徑、不同設(shè)計(jì)壓力、不同閥室間距、不同設(shè)計(jì)單位、不同建設(shè)單位，放空管與閥室距離均為40 m，國家安監(jiān)總局安全設(shè)施設(shè)計(jì)專篇審查，專家們也按此要求執(zhí)行。

d） 不論站場規(guī)模大小、壓力和管徑，所有站場放空管均設(shè)置點(diǎn)火功能， 大部分設(shè)計(jì)文件未作熱輻射計(jì)算。即使進(jìn)行熱輻射計(jì)算，由于不同設(shè)計(jì)單位或同一設(shè)計(jì)單位不同設(shè)計(jì)人員， 對規(guī)范中相關(guān)參數(shù)確定理解不同，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果相差很大。

我國管道閥室均設(shè)放空管的主要原因是我國輸氣和供氣管網(wǎng)系統(tǒng)不夠完善，儲氣庫少，供氣可靠性不高，用戶對管道的依賴程度高，因此閥室設(shè)置放空管對管道事故后的盡快放空有利。 我國近幾年通過大量的管道建設(shè)，中緬線、西二線、西三線管道工程的相繼建成，多氣源大幅提升了供氣可靠性，隨著我國管道建設(shè)水平的進(jìn)一步提升，事故放空的概率將進(jìn)一步降低。 因此，需要更新設(shè)計(jì)理念，借鑒國外管道的作法，站場放空由目前的點(diǎn)火放空改為直接放空更為合理。 閥室放空應(yīng)在有條件的地點(diǎn)設(shè)置放空豎管，對無條件放空的閥室可不設(shè)放空豎管，但應(yīng)確保相鄰截?cái)嚅y之間的管段至少有一處放空豎管。

3 改進(jìn)措施與建議

a） 由于線路截?cái)嚅y屬線路附屬設(shè)施， 建議GB 50251-2003 《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂時(shí)補(bǔ)充增加閥室與周圍建筑和其他設(shè)施之間的最小間距要求。

b） 由于天然氣比空氣輕，在放空擴(kuò)散時(shí)，排放的天然氣均處于放空口以上的空間， 不會在地面產(chǎn)生聚集，且放空通常屬于事故工況。 放空時(shí)作好人員疏散、警戒以及消除點(diǎn)火源工作，直接放空是安全的，直接放空與點(diǎn)火放空相比麻煩會更少。 因此， 建議在GB 50183-2004 《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》修訂時(shí)明確輸氣管道站場應(yīng)設(shè)置放空管。

c）建議在GB 50183-2004 《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》修訂時(shí)，放空管與周圍設(shè)施防火間距應(yīng)通過計(jì)算可燃?xì)怏w擴(kuò)散范圍確定，擴(kuò)散區(qū)邊界空氣中可燃?xì)怏w濃度不應(yīng)超過其爆炸下限的50%， 這樣的要求更加科學(xué)合理。

d）建議在GB 50183-2004 《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》修訂時(shí)，明確輸氣管道線路截?cái)嚅y（室）設(shè)置放空立管時(shí)， 不應(yīng)限制放空立管與工藝閥門防火間距，但應(yīng)滿足安裝和檢修需求。 截?cái)嚅y（室）內(nèi)的非防爆電氣設(shè)備應(yīng)布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)以外。

［1］GB 50183-2004，石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.GB 50183-2004，Code for Fire Protection Design of Petroleum and Natural Gas Engineering［S］.

［2］GB 50251-2003， 輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.GB 50251-2003，Code for Design of Gas Transmission Pipline Engineering［S］.

［3］SY/T 10043-2002， 泄壓和減壓系統(tǒng)指南［S］.SY/T 10043-2002，Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

［4］GB 50160-2008，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.GB 50160-2008， Fire Prevention Code of Petrochemical Enterprise Design［S］.

［5］GB 50028-2006， 城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范［S］.GB 50028-2006， Code for Design of City Gas Engineering［S］.

［6］ASME B 31.8-2007， 輸氣和配氣管道系統(tǒng)［S］.ASME B 31.8-2007，Gas Transmission and Distribution Piping Systems［S］.

［7］API RP 521-2002，泄壓和減壓系統(tǒng)指南［S］.API RP 521-2002，Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

［8］49-192，氣體管輸最低安全標(biāo)準(zhǔn)［S］.49-192，Gas Pipeline Safe Minimum Standard［S］.