國外長輸管道工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性

杜 娟 李 煉 賈戰(zhàn)營 朱興艷 張彥明

〔1中國石油管道科技研究中心 河北廊坊 065000；2中國石油西氣東輸管道公司長沙管理處 湖南長沙 410000；3中國石油西南管道天水輸油氣分公司 甘肅天水 741002；4中國石油華北油田分公司第四采油廠 河北廊坊 065000〕

國外長輸管道工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性

杜 娟1李 煉2賈戰(zhàn)營3朱興艷3張彥明4

〔1中國石油管道科技研究中心 河北廊坊 065000；2中國石油西氣東輸管道公司長沙管理處 湖南長沙 410000；3中國石油西南管道天水輸油氣分公司 甘肅天水 741002；4中國石油華北油田分公司第四采油廠 河北廊坊 065000〕

分別介紹了美國、加拿大、俄羅斯和澳大利亞等國石油長輸管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中截?cái)嚅y室的間距與選址原則、泄壓閥的設(shè)定值、原油管道輸油溫度、順序輸送油品的排序原則、輸油站的壓力保護(hù)原則、輸油站緊急停輸原則以及輸油泵房通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等先進(jìn)內(nèi)容，與我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比，指出了存在的差異和可以借鑒之處，提出了改進(jìn)我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議。

石油 長輸管道 標(biāo)準(zhǔn) 介紹 改進(jìn) 建議

近年來，我國油氣管道行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。截止2015年，長輸油氣管道已達(dá)15萬km。借鑒國外管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)理念，對提高我國管道設(shè)計(jì)水平和保障管道運(yùn)行安全具有重要意義，如通過開展俄羅斯高寒凍土區(qū)管道壓力試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)研究，保障了中俄原油管道順利投產(chǎn)[1]。美國、加拿大、俄羅斯和澳大利亞等管道行業(yè)發(fā)達(dá)國家制定了管道系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、施工、試壓、投產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)、壽命評估直至廢棄的綜合性標(biāo)準(zhǔn)，如美國標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8-2014《輸氣和配氣管道系統(tǒng)》、加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA Z662-2011《油氣管線系統(tǒng)》、俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД 153-39.4-056-2000《干線輸油管道運(yùn)行技術(shù)規(guī)程》和澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 2885.3-2012《氣體與液體石油管道-第3部分：運(yùn)行和維護(hù)》。這類標(biāo)準(zhǔn)具有較強(qiáng)的通用性、權(quán)威性和技術(shù)先進(jìn)性，代表了國際管道行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展趨勢[2-3]。本文以管道工藝設(shè)計(jì)為例，研究了上述國外標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)條款內(nèi)容和技術(shù)指標(biāo)及與國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的重要差異，結(jié)合我國管道工程實(shí)踐，提出了對我國管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)建議。

1 截?cái)嚅y室的設(shè)計(jì)

1.1 截?cái)嚅y室間距

針對截?cái)嚅y室間距，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定位于一級、二級、三級和四級地區(qū)的管道分別不大于32 km、24 km、16 km和8 km；國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50253—2006《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定輸油管道截?cái)嚅y間距不應(yīng)超過32 km。

美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的截?cái)嚅y室間距與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一致。ASME B31.4-2012《液態(tài)烴和其他液體管道輸送系統(tǒng)》規(guī)定在山區(qū)、穿越河流、穿越人口密集區(qū)等特殊情況下，輸油管道截?cái)嚅y室間距允許適當(dāng)調(diào)整；加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA Z662針對原油管道的截?cái)嚅y的間距不進(jìn)行要求，天然氣管道的截?cái)嚅y室間距允許在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行25 %的距離調(diào)整。

國外標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于截?cái)嚅y室間距的調(diào)整具有靈活性，具有借鑒意義。

1.2 截?cái)嚅y室選址原則

截?cái)嚅y室的選址原則，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)置在不受地質(zhì)災(zāi)害及洪水影響、交通便利，以及便于接近和檢修操作的位置，還應(yīng)考慮與架空電力線、通信線的距離應(yīng)大于 1.5倍桿高，與民房的距離不應(yīng)小于30 m等安全距離要求。例如國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50253規(guī)定在穿跨越大型河流、湖泊、水庫和人口密集地區(qū)的管道兩端或根據(jù)地形條件認(rèn)為需要，均應(yīng)設(shè)置線路截?cái)嚅y。

美國管道行業(yè)截?cái)嚅y室的選址原則是，為了使截?cái)嚅y室之間管道破裂后造成的損失最小，即污染的修護(hù)成本、罰款以及與管道泄漏相關(guān)的訴訟費(fèi)用最小。例如ASME B31.8規(guī)定截?cái)嚅y設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素是維修和維護(hù)時(shí)氣體的放空量、泄漏或斷裂時(shí)氣體的泄漏量和對隔離管段氣體的排放時(shí)間、環(huán)境敏感區(qū)氣體的排放及供氣連續(xù)性的影響與管道附近區(qū)域未來的發(fā)展。雪佛龍公司在位于美國加利福尼亞州康特拉科斯達(dá)縣(Contra Costa)的原油管道項(xiàng)目中，于管道穿越人口密集區(qū)、在一段長度約為30英里(約48 km)的管線上，共設(shè)計(jì)了5個(gè)遠(yuǎn)程控制閥室和7個(gè)手動閥室。

美國管道行業(yè)截?cái)嚅y室的選址原則重視管道失效后果和危害性對社會公眾環(huán)境的影響，設(shè)計(jì)理念更為合理，具有借鑒意義。

2 泄壓閥的設(shè)定值

國外標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8和CSA Z662規(guī)定管道系統(tǒng)中任何一點(diǎn)的運(yùn)行壓力不超過管道最大允許操作壓力(Maximum Allowable Operation Pressure，MAOP)的1.1倍。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50251規(guī)定輸氣站和輸氣管道低點(diǎn)等可能存在超壓的位置應(yīng)設(shè)計(jì)泄壓閥，泄壓閥設(shè)定值P0應(yīng)根據(jù)MAOP具體值范圍區(qū)間確定：

(1)P0=MAOP+0.18，MAOP≤1.8MPa；

(2)P0=1.1MAOP，1.8MPa≤MAOP≤7.5MPa；

(3)P0=1.05MAOP，MAOP>7.5MPa

由此可見，對于油氣站場處于低壓范圍的工藝管道，以及中壓范圍的長輸管道，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于泄壓閥設(shè)定值基本一致；對于大口徑、高壓力的長輸管道，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定值偏于保守，降低了管道運(yùn)行壓力調(diào)節(jié)的允許范圍，實(shí)際上長輸管道已廣泛應(yīng)用高強(qiáng)度水壓試驗(yàn)，試壓強(qiáng)度接近管道標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度，遠(yuǎn)高于1.1倍MAOP。從方便管道運(yùn)行管理角度，建議國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)提高泄壓閥設(shè)定值為1.1倍MAOP。

3 原油管道的輸送溫度

輸送溫度是影響含蠟原油管道能耗的主要因素，考慮管道停輸后低溫啟動的安全性，含蠟原油管道輸送溫度不宜過低[4]，例如國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5536—2014《原油管道運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定原油管道最低進(jìn)站溫度應(yīng)以安全、經(jīng)濟(jì)為原則，高于原油凝點(diǎn)3℃為宜。國內(nèi)管道企業(yè)一般按照冬季、夏季、春秋季平均地溫?cái)?shù)據(jù)制定輸送計(jì)劃和確定進(jìn)出站溫度。以冬季為例，土壤地溫?cái)?shù)據(jù)相對大氣環(huán)境溫度存在滯后效應(yīng)。我國北方地區(qū)2月氣溫最低，但土壤溫度3月份最低，因此按照季節(jié)確定管道輸送溫度存在偏差。俄羅斯標(biāo)РД 153-39.4-056-2000規(guī)定根據(jù)原油性能和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，制定每月最佳輸送溫度。相對而言，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定更為合理， 有助于降低管道能耗和實(shí)現(xiàn)管道優(yōu)化運(yùn)行。

4 管道順序輸送油品的排序原則

國外成品油管道不僅實(shí)現(xiàn)了化工產(chǎn)品和成品油的順序輸送，還實(shí)現(xiàn)了原油和成品油以及成品油和液化石油氣、重質(zhì)油品的順序輸送。例如美國科洛尼爾管道有10個(gè)供油點(diǎn)和281個(gè)出油點(diǎn)，輸送汽油、柴油和航空燃料油等118種油品[5]。目前國內(nèi)成品油管道只能實(shí)現(xiàn)若干種類的油品順序輸送，例如90號、93號和97號汽油，0℃、-10℃和-20℃柴油，柴油安排在不同型號汽油中間輸送，不存在不同類型柴油排序，汽油排序也比較簡單。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6695—2007《成品油管道運(yùn)行規(guī)范》規(guī)定批次順序應(yīng)考慮相鄰油品的兼容性，以保障油品質(zhì)量為原則，宜選擇密度和理化性質(zhì)相近的油品相鄰輸送。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД 153-39.4-056-2000規(guī)定在順序輸送不同型號汽油時(shí)，相鄰油品應(yīng)辛烷值偏差最小。順序輸送不同型號柴油時(shí)，相鄰油品應(yīng)閃點(diǎn)偏差最??；若閃點(diǎn)偏差相同，相鄰油品應(yīng)硫含量偏差最小。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)具有借鑒意義，建議國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)完善管道順序輸送油品的排序原則。

5 輸油站壓力保護(hù)的原則

輸油站壓力控制參數(shù)和超壓保護(hù)措施是管道工藝設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，保證管道運(yùn)行壓力處于允許范圍內(nèi)是提高管道系統(tǒng)可靠性的前提。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5536—2014《原油管道運(yùn)行規(guī)范》規(guī)定輸油站壓力保護(hù)參數(shù)包括最低/最高進(jìn)站壓力、進(jìn)站壓力報(bào)警值、最低/最高出站壓力、出站壓力報(bào)警值、安全閥泄壓設(shè)定值、泄壓罐高/低報(bào)警值等。中石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 28—2012《原油管道密閉輸油工藝操作規(guī)程》規(guī)定管道進(jìn)站壓力低于最低允許進(jìn)站壓力或出站壓力高于最高允許出站壓力時(shí)，調(diào)節(jié)出站壓力調(diào)節(jié)閥開度或者對變頻調(diào)速電機(jī)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，如進(jìn)站壓力或出站壓力繼續(xù)降低或者升高，再依次采取停運(yùn)本站輸油泵、停運(yùn)全線輸油泵、泄壓罐泄壓等保護(hù)措施。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД 153-39.4-056-2000規(guī)定輸油站保護(hù)參數(shù)包括最低/最高進(jìn)站壓力、進(jìn)站壓力報(bào)警值、壓力調(diào)節(jié)閥的進(jìn)站壓力調(diào)節(jié)值、壓力調(diào)節(jié)閥的出站壓力調(diào)節(jié)值、壓力調(diào)節(jié)閥最大差壓、泄壓罐最高液位/報(bào)警液位等。

針對輸油站壓力保護(hù)控制參數(shù)，中俄標(biāo)準(zhǔn)基本一致。中俄標(biāo)準(zhǔn)差異在于，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)將壓力調(diào)節(jié)閥作為壓力變化或異常工況時(shí)的應(yīng)對措施，不屬于超壓保護(hù)范圍，管道超壓保護(hù)傾向于采用停運(yùn)輸油泵、泄壓罐泄壓等緊急措施。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)將壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)值作為控制參數(shù)，盡可能利用壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證管道壓力處于正常范圍，不傾向于采用停運(yùn)輸油泵、泄壓罐泄壓等緊急措施，這反映了中俄原油管道設(shè)計(jì)理念的差異，即俄羅斯原油管道主要敷設(shè)在高寒凍土區(qū)和人口稀少地區(qū)，原油性質(zhì)好，管道運(yùn)行壓力變化??；我國管道多數(shù)送高凝高粘原油，管道運(yùn)行壓力變化大，加之社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展快，管道多穿越人口密集區(qū)，管道泄漏爆炸風(fēng)險(xiǎn)大，管道運(yùn)行控制安全余量小。簡言之，俄羅斯原油管道側(cè)重于壓力控制，我國原油管道側(cè)重于超壓保護(hù)。

6 輸油站緊急停輸原則

中石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 28—2012《原油管道密閉輸油工藝操作規(guī)程》規(guī)定如發(fā)生下列緊急工況，管道調(diào)度中心應(yīng)采取緊急停輸措施：①水擊超前保護(hù)系統(tǒng)故障；②管道干線或站場發(fā)生地震、洪水、泥石流等自然地質(zhì)災(zāi)害時(shí)間；③管道干線或站場發(fā)生原油泄漏事故；④管道干線或站場發(fā)生危及公眾、操作人員、設(shè)備或環(huán)境等的安全事故。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД 153-39.4-056-2000規(guī)定在下列條件或參數(shù)下，應(yīng)啟動應(yīng)急保護(hù)裝置，使輸油站停止運(yùn)行：①輸油站進(jìn)站壓力、泵機(jī)組匯管最低壓力或者給油泵最低壓力超限；②管道干線壓力或出站壓力(壓力調(diào)節(jié)閥之后)最高壓力超限，或者壓力調(diào)節(jié)閥故障；③原油泄壓罐中達(dá)到緊急液位；④站場有害氣體污染程度超過允許值。

關(guān)于輸油站緊急停輸原則，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)針對緊急工況采取管道緊急停輸，如自然災(zāi)害、原油泄漏和人員傷亡安全事故等，針對管道壓力變化等異常工況認(rèn)為屬于可控制范圍，其他異常工況包括通信系統(tǒng)故障、壓力調(diào)節(jié)閥故障和SCADA系統(tǒng)故障等，首先維持管道運(yùn)行狀態(tài)不變，若5min內(nèi)不能恢復(fù)，再采取降低輸量、停運(yùn)輸油泵等措施。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于管道運(yùn)行參數(shù)控制，如發(fā)生壓力保護(hù)值超標(biāo)則執(zhí)行管道緊急停輸，如壓力調(diào)節(jié)閥故障、泄壓罐故障均視為緊急工況，而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)則視為異常工況。對于管道緊急停輸?shù)臈l件，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，這與俄羅斯輸油站壓力保護(hù)原則相對應(yīng)，即主要通過壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制管道運(yùn)行壓力處于正常范圍內(nèi)，如壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障即執(zhí)行緊急停輸準(zhǔn)則，可能會增加相應(yīng)管道啟停的次數(shù)，但保證了管道運(yùn)行壓力的穩(wěn)定性。

7 輸油泵房通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

輸油泵房是輸油站最重要的生產(chǎn)設(shè)施，安全性至關(guān)重要。其通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參照建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)條款多為推薦性指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)適用性有待提高[6]，例如國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB 50253規(guī)定輸油站通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50019—2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》和SH/T 3004—2011《石油化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)定》，輸油泵房宜設(shè)置機(jī)械通風(fēng)設(shè)施，通風(fēng)換氣次數(shù)宜為10次/h。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД 153-39.4-056-2000規(guī)定輸油泵房易燃?xì)怏w濃度超過最低爆炸下限10 %，自動通風(fēng)系統(tǒng)啟動，同時(shí)發(fā)出燈光和聲音報(bào)警信號；可燃?xì)怏w濃度超過爆炸下限20 %時(shí)啟動緊急通風(fēng)裝置；易燃?xì)怏w濃度超過爆炸下限30 %時(shí)切斷泵機(jī)組。輸油泵房日常通風(fēng)方式為上部1/3區(qū)域的自然通風(fēng)和下部2/3區(qū)域的機(jī)械通風(fēng)，機(jī)械通風(fēng)設(shè)施定期運(yùn)行(8次/h)。

對于通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行頻率，中俄標(biāo)準(zhǔn)基本一致。我國輸油泵房一般設(shè)置油氣檢測探頭，與軸流風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，油氣濃度達(dá)到一定程度，風(fēng)機(jī)自動啟動。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通風(fēng)系統(tǒng)與易燃?xì)怏w濃度、切斷泵機(jī)組的邏輯控制關(guān)系，順序依次采用自動通風(fēng)、緊急通風(fēng)和停運(yùn)輸油泵的措施，具有借鑒意義。

8 建議

(1)有關(guān)截?cái)嚅y室設(shè)計(jì)，建議借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于截?cái)嚅y室間距調(diào)整和截?cái)嚅y室基于管道失效后果和危害性的選址原則。(2)從方便管道運(yùn)行管理角度，建議國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)提高泄壓閥設(shè)定值為1.1倍MAOP。(3)借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)原油性能和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，制定原油管道每月最佳輸送溫度，降低管道能耗和實(shí)現(xiàn)管道優(yōu)化運(yùn)行。(4)借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于多種油品順序輸送的排序原則。(5)我國和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于輸油站壓力保護(hù)原則和輸油站緊急停輸原則略有差異，隨著中俄原油管道的建設(shè)運(yùn)行，以及進(jìn)口輕質(zhì)原油的不斷增加，建議對輸送輕質(zhì)原油管道研究基于管道運(yùn)行壓力控制和緊急停輸原則的適用性。(6)借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于通風(fēng)系統(tǒng)與易燃?xì)怏w濃度、切斷泵機(jī)組的邏輯控制關(guān)系，順序依次采用自動通風(fēng)、緊急通風(fēng)和停運(yùn)輸油泵的措施。

[1] 馬偉平，李云杰，邢進(jìn)超. 中俄管道試壓標(biāo)準(zhǔn)差異分析[J]. 油氣儲運(yùn)，2011，30(10)：785-789.

[2] 王強(qiáng)，明廷宏，蔡亮. 美國石油學(xué)會油氣管道標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2013，29(3)：24-29.

[3] 王力，韓曉玲，李彬. 澳大利亞管道運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)AS 2885.3-2012剖析[J]. 天然氣與石油，2014，32(2)：19-22.

[4] 劉揚(yáng)，李玉春，成慶林. 含蠟原油管道低輸量安全運(yùn)行方案優(yōu)化研究[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備，2012，(5)：1-3，37.

[5] 于達(dá)，謝萍，黃忠勝．對我國成品油管道建設(shè)的幾點(diǎn)思考[J]. 油氣儲運(yùn)，2014，33(1)：1-4．

[6] 涂慶，賈光義，李道強(qiáng). 油庫泵房自然通風(fēng)研究[J]. 石油庫與加油站，2007，16(3)：30-32.

2016-11-24。

杜娟，女，工程師，山東鄄城人，1980年生，2004年畢業(yè)于天津商業(yè)大學(xué)國際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易專業(yè)，現(xiàn)主要從事科技期刊的編輯出版工作。