國(guó)內(nèi)外輸氣管道閥室間距設(shè)計(jì)對(duì)標(biāo)分析

1中油管道建設(shè)工程有限公司

2中油國(guó)際管道公司中烏天然氣管道項(xiàng)目

3中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司

4中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司

5中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道中原輸油氣分公司

截?cái)嚅y室是輸氣管道線路工程的重要設(shè)施，作用是便于管道分段管理維護(hù)，管道發(fā)生事故時(shí)截?cái)喙芏危瑴p少氣體放空損失，防止事故擴(kuò)大，降低事故對(duì)公眾和環(huán)境的影響[1]。閥室間距是管道線路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，對(duì)于控制管道事故、保障閥室安全具有重要意義。閥室間距涉及運(yùn)行控制、安全、征地和投資成本等因素，我國(guó)長(zhǎng)輸管道一般按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定間距設(shè)置截?cái)嚅y，截?cái)嚅y間距調(diào)整較謹(jǐn)慎且缺乏靈活性，可能對(duì)管道運(yùn)行和維護(hù)造成不便[2]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，農(nóng)田占用、交通、地物，特別是人口密集區(qū)，都可能影響截?cái)嚅y設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置截?cái)嚅y非常困難[3]。因此，應(yīng)研究確定閥室間距的設(shè)置原則，科學(xué)合理地設(shè)置閥室間距。

隨著管道設(shè)計(jì)技術(shù)的提升和智能化發(fā)展，我國(guó)法規(guī)和監(jiān)管部門(mén)對(duì)管道閥室設(shè)計(jì)提出了更高要求[4]。例如閥室應(yīng)設(shè)置為監(jiān)控閥室；管道出、入人口密集區(qū)設(shè)置線路截?cái)嚅y室。因此，應(yīng)對(duì)現(xiàn)行閥室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)深入研究，提出修訂和改進(jìn)建議。本文研究了國(guó)外管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中閥室間距設(shè)置的先進(jìn)理念，對(duì)于改進(jìn)我國(guó)管道閥室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保障管道安全具有指導(dǎo)意義。

1 我國(guó)管道閥室標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)國(guó)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(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)地區(qū)的管道沿線相鄰截?cái)嚅y的間距不宜大于32、24、16、8 km。截?cái)嚅y間距如因地物、土地征用、工程地質(zhì)或水文地質(zhì)造成選址受限的可做調(diào)增，一、二、三、四級(jí)地區(qū)調(diào)增分別不應(yīng)超過(guò)4、3、2、1 km。根據(jù)管道所處地區(qū)等級(jí)和實(shí)際狀況，特別是在環(huán)境保護(hù)區(qū)和高后果區(qū)，調(diào)整截?cái)嚅y間距已成為國(guó)外管道行業(yè)的普遍做法。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，在三、四級(jí)地區(qū)很難完全按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)閥室。參照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8—2016《氣體輸送和配送管道系統(tǒng)》和加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA Z662—2015《油氣管道系統(tǒng)》，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50251規(guī)定了閥室間距調(diào)增范圍為不大于間距規(guī)定值的12.5%。隨著管道運(yùn)行控制技術(shù)的改進(jìn)，事故概率總體呈下降趨勢(shì)。中國(guó)石油在乍得、蘇丹、尼日爾建設(shè)的原油管道，在人煙稀少地區(qū)閥室間距達(dá)到40～50 km。

設(shè)置截?cái)嚅y室的目的是盡可能降低管道事故造成的損失和影響，但是閥室本身也是整個(gè)管道系統(tǒng)的薄弱點(diǎn)[5]。例如2017年西氣東輸二線76#閥室燃爆事故，原因是閥室干線氣液聯(lián)動(dòng)閥上、下游引壓管接觸，因電位差發(fā)生打火引起閥室燃爆。該事故造成75#閥室與77#閥室間46 km管段上百萬(wàn)立方米天然氣全部排空才能進(jìn)行搶修作業(yè)。事故發(fā)生后寧夏政協(xié)委員質(zhì)疑截?cái)嚅y室距離的合理性和安全性，建議根據(jù)實(shí)際情況，劃分更加便于管道檢測(cè)和維修的分段區(qū)間，并加強(qiáng)管道安全保障措施[6]。

根據(jù)上述閥室事故教訓(xùn)，如某閥室發(fā)生事故，上、下游閥室間距過(guò)大導(dǎo)致較大放空損失；同理，相鄰閥室的管段發(fā)生事故，閥室間距過(guò)大也將造成較大放空損失。若閥室間距過(guò)小，相同長(zhǎng)度內(nèi)閥室數(shù)量增加，閥室發(fā)生事故的概率增加；另一方面，增加了管道建設(shè)成本、征地費(fèi)用及后期的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用[7]。因此，研究科學(xué)合理的閥室間距對(duì)于提高管道安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

2 國(guó)外管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)閥室間距規(guī)定

3.1 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8—2016《氣體輸送和配送管道系統(tǒng)》規(guī)定設(shè)置截?cái)嚅y室目的是發(fā)生緊急事故時(shí)截?cái)喙芫€，便于維護(hù)。設(shè)置閥室首要考慮因素是閥室位置應(yīng)便于進(jìn)入。位于一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)地區(qū)的管道，應(yīng)采用的閥室最大間距分別是32、24、16、8 km。

確定截?cái)嚅y間距時(shí)，管道運(yùn)營(yíng)商應(yīng)針對(duì)下列因素進(jìn)行評(píng)估：①管道維修和維護(hù)、泄漏或破裂導(dǎo)致的氣體放空量；②截?cái)喙芏蔚姆趴諘r(shí)間；③天然氣泄漏處的影響（持續(xù)放空產(chǎn)生的危害）；④管道運(yùn)行連續(xù)性；⑤管道操作維護(hù)的靈活性；⑥管道周邊未來(lái)的發(fā)展；⑦嚴(yán)重影響管道運(yùn)行和安全的重要事件。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8規(guī)定的閥室間距是在調(diào)查行業(yè)慣例并基于工程判斷的基礎(chǔ)上，依據(jù)行業(yè)普遍接受的工程經(jīng)驗(yàn)而制定的[8]，給出了兩種閥室間距確定準(zhǔn)則，第一種準(zhǔn)則規(guī)定了位于不同地區(qū)等級(jí)的閥室最大間距，第二種準(zhǔn)則是管道運(yùn)營(yíng)商針對(duì)管道運(yùn)行、維護(hù)、安全和規(guī)劃等因素進(jìn)行評(píng)估確定。

2.2 加拿大標(biāo)準(zhǔn)

加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA Z662—2015 《油氣管道系統(tǒng)》規(guī)定了輸氣管道閥室最大間距：一級(jí)地區(qū)無(wú)要求；二級(jí)地區(qū)25 km；三級(jí)地區(qū)13 km；四級(jí)地區(qū)8 km。閥室間距可以根據(jù)管道運(yùn)行、維護(hù)要求，以及管道地區(qū)進(jìn)出情況等因素進(jìn)行調(diào)增，但不超過(guò)25%。針對(duì)確定截?cái)嚅y室間距應(yīng)進(jìn)行評(píng)估的因素，加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA Z662與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8一致。

2.3 澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)

澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 2885.1—2012《氣體和液體石油管道第1部分：設(shè)計(jì)和施工》規(guī)定設(shè)置閥室目的是管道維護(hù)、運(yùn)行、維修時(shí)隔離管段，以及管道發(fā)生事故時(shí)保護(hù)環(huán)境和公眾安全。輸氣管道閥室最大間距推薦值：R1地區(qū)（鄉(xiāng)村地區(qū)）無(wú)要求，R2地區(qū)（鄉(xiāng)村人口居住區(qū)）30 km，T1（城市人口居住區(qū)）和T2（人口密集區(qū)）地區(qū)15 km。確定截?cái)嚅y室間距應(yīng)對(duì)下列因素進(jìn)行評(píng)估：①流體性質(zhì)；②供給安全性要求；③事故響應(yīng)時(shí)間；④截?cái)喙芏慰蛇M(jìn)出情況；⑤監(jiān)測(cè)事故的能力；⑥流體泄漏的后果；⑦截?cái)喙芏蔚捏w積；⑧壓力；⑨運(yùn)行和維護(hù)程序。

澳大利亞管道閥室間距同樣給出了兩種確定準(zhǔn)則，針對(duì)閥室間距對(duì)應(yīng)的地區(qū)等級(jí)分為三個(gè)等級(jí)，中國(guó)、美國(guó)和加拿大標(biāo)準(zhǔn)劃分為四個(gè)地區(qū)等級(jí)；針對(duì)確定截?cái)嚅y室間距應(yīng)進(jìn)行評(píng)估的因素，澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 2885.1與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)略有差異，強(qiáng)調(diào)了管道運(yùn)行控制、監(jiān)測(cè)和應(yīng)急能力等對(duì)閥室間距的影響。

2.4 英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS EN 1594—2013《天然氣基礎(chǔ)設(shè)施 最大操作壓力大于16 bar的管道 功能性要求》規(guī)定確定管道線路閥室間距時(shí)，應(yīng)考慮運(yùn)行壓力、管道直徑、到達(dá)閥室所需時(shí)間、與最近支線距離以及其他閥室的位置。

英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS EN 1594未規(guī)定具體的閥室間距數(shù)值，并將運(yùn)行壓力和管道直徑作為確定閥室間距的主要考慮因素，這與其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是不同的。

2.5 俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ Р 55989—2014《干線輸氣管道 10 MPa以上的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 要求》、СП 36.13330—2012 《干線管道規(guī)范匯編》 和SNIP

2.0 5.06-85—1997《干線輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》針對(duì)閥室間距要求一致，即輸氣管道截?cái)嚅y距離通過(guò)計(jì)算確定，但不超過(guò)30 km。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ Р 55989和SNIP 2.05.06-85—1997規(guī)定在氣體綜合處理裝置、壓縮機(jī)站、地下儲(chǔ)氣站和首站設(shè)施（安全閥）前后的輸氣管道上，距管道入口和出口的距離不小于以下距離：①1 000 m（直徑≥l 400 mm的輸氣管道）；②750 m（直徑＜l 400 mm且≥l 000 mm的輸氣管道）；③500 m（直徑＜l000 mm的輸氣管道）。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)СП 36.13330適用于設(shè)計(jì)壓力1.2～10 MPa的中低壓管道，與設(shè)計(jì)壓力10～25 MPa以上高壓管道要求的閥室間距相同，不超過(guò)30 km。由于地廣人稀，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)中輸氣管道未按照地區(qū)等級(jí)規(guī)定閥室間距。中國(guó)石油中亞A/B/C三線設(shè)計(jì)時(shí)所屬?lài)?guó)設(shè)計(jì)部門(mén)意見(jiàn)是按照閥室最大間距控制[9]；中俄東線天然氣管道設(shè)計(jì)時(shí)也遵從最大間距30 km的要求；西伯利亞天然氣管道閥室間距在27～30 km左右；俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司要求天然氣管道相鄰截?cái)嚅y室之間管段排空的時(shí)間不得超過(guò)1.5～2 h。

2.6 意大利法規(guī)

由于歷史特殊性，與其他歐洲國(guó)家不同，意大利許多技術(shù)條款不是由標(biāo)準(zhǔn)或者技術(shù)規(guī)范規(guī)定的，而是由法律和法令（條例）規(guī)定的[10]。意大利法規(guī)DM 17/04/2008要求高壓天然氣管道的截?cái)嚅y室應(yīng)每隔15 km設(shè)置一個(gè)，并要求在鐵路穿越段的上游和下游最多間隔2 km設(shè)置。

2.7 荷蘭標(biāo)準(zhǔn)

荷蘭標(biāo)準(zhǔn)NEN 3650-1—2003《管道系統(tǒng)要求第一部分：概述》規(guī)定應(yīng)在管道的起點(diǎn)和終點(diǎn)設(shè)置閥室。閥室應(yīng)便于進(jìn)入和維護(hù)。特殊情況下，通過(guò)設(shè)置額外的閥室降低管道介質(zhì)的泄漏量，設(shè)置額外的閥室應(yīng)考慮閥室自身安全問(wèn)題以及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)存在潛在失效可能的閥室，應(yīng)加強(qiáng)檢查。

荷蘭標(biāo)準(zhǔn)NEN 3650-1與ISO 13623相同，沒(méi)有具體規(guī)定閥室間距，閥室設(shè)置考慮因素更加寬松，僅要求管道的起點(diǎn)和終點(diǎn)設(shè)置閥室，該標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性在于提出了閥室自身的失效風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

2.8 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13623—2009《石油和天然氣工業(yè) 管道輸送系統(tǒng)》規(guī)定線路截?cái)嚅y室應(yīng)設(shè)置在管道的起點(diǎn)、終點(diǎn)，以及對(duì)下列因素有需求的位置：①運(yùn)行和維護(hù)；②控制緊急事件；③限制潛在泄漏體積。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13623對(duì)閥室設(shè)置間距沒(méi)有明確要求，僅規(guī)定了設(shè)置閥室需要考慮的因素，要求相對(duì)寬松。

3 國(guó)內(nèi)外管道閥室間距對(duì)標(biāo)分析

本研究收集國(guó)內(nèi)外管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)，其中8項(xiàng)規(guī)定了閥室間距數(shù)值要求；中國(guó)、美國(guó)、加拿大和澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)中閥室間距均與輸氣管道按照人口密度劃分的地區(qū)等級(jí)相關(guān)（表1）。為便于分析，表2列出了國(guó)內(nèi)外管道閥室間距數(shù)值和重要條款。

表1 國(guó)內(nèi)外管道閥室間距基本要求Tab.1 Basic requirement of pipeline valve box spacing at home and abroad

表2 國(guó)內(nèi)外管道閥室間距數(shù)值和重要條款Tab.2 Value and important provision of pipeline valve box spacing at home and abroad

由于世界各國(guó)國(guó)情各異，閥室間距及設(shè)置原則存在差異，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)還不統(tǒng)一，按照地域特點(diǎn)可劃分為四類(lèi)：

（1）美國(guó)、加拿大和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)和加拿大標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種閥室間距設(shè)計(jì)原則，一種是規(guī)定了位于不同地區(qū)等級(jí)的閥室最大間距，另一種是考慮管道運(yùn)行、維護(hù)、安全和規(guī)劃等多方面因素進(jìn)行評(píng)估確定。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)參考美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)確定閥室間距，但未針對(duì)閥室工程評(píng)估提出要求。

（2）澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)。澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)理念與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)一致，也規(guī)定了按照最大間距和工程評(píng)估確定閥室間距的原則，但在輸氣管道地區(qū)等級(jí)劃分方面與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)略有差異。

（3）歐洲標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)未明確規(guī)定閥室間距數(shù)值，但規(guī)定了設(shè)置閥室應(yīng)考慮的因素，例如荷蘭標(biāo)準(zhǔn)提出了應(yīng)考慮閥室自身安全問(wèn)題，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)將運(yùn)行壓力和管道直徑作為確定閥室間距的因素。

（4）俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)。俄羅斯輸氣管道閥室一般按照30 km設(shè)計(jì)，未考慮地區(qū)等級(jí)影響，可能與其地廣人稀特點(diǎn)有關(guān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)天然氣管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中閥室間距的條款主要參考了美國(guó)ASME B31.8和加拿大CSA Z662的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合我國(guó)多年應(yīng)用實(shí)踐，總體要求是合理的。結(jié)合其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，為進(jìn)一步確定合理的閥室間距，減少管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和方便維護(hù)，建議如下：

（1）借鑒美國(guó)和澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)做法，確定管道閥室間距時(shí)，管道運(yùn)營(yíng)商應(yīng)對(duì)運(yùn)行、監(jiān)測(cè)、維護(hù)、應(yīng)急、安全和規(guī)劃等多方面因素進(jìn)行評(píng)估。

（2）針對(duì)選址、征地困難或者人口密集區(qū)等情形，如嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定間距設(shè)置閥室困難，借鑒加拿大標(biāo)準(zhǔn)，輸氣管道截?cái)嚅y室間距允許在25%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整（即不超過(guò)8 km）。

（3）隨著運(yùn)行控制水平和自動(dòng)化程度的提高，管道事故概率總體呈下降趨勢(shì)。建議在人口稀少地區(qū)管道線路截?cái)嚅y間距可增加到32 km以上。

（4）借鑒荷蘭標(biāo)準(zhǔn)做法，建議開(kāi)展管道閥室設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)控制研究。