輸氣站場放空系統(tǒng)安全設(shè)計的問題與建議

邱瑜杰

摘要：放空系統(tǒng)是天然氣長輸管道輸氣站場的重要安全設(shè)施，對整個輸氣站安全設(shè)計至關(guān)重要。本文從設(shè)計角度闡述了輸氣站場放空系統(tǒng)設(shè)計流程，并梳理目前輸氣站場放空系統(tǒng)安全設(shè)計中常遇到的放空防火間距控制、放空阻火器設(shè)置、放空噪音制三個方面的做法和存在的問題，最后針對各個問題提出了相應(yīng)的設(shè)計建議。

關(guān)鍵詞：輸氣站場;放空;設(shè)計;建議

引言

放空系統(tǒng)是天然氣長輸管道輸氣站場的重要安全設(shè)施，放空系統(tǒng)設(shè)計是否科學(xué)合理，對后續(xù)輸氣管道和輸氣站場能否安全運營，起著關(guān)鍵性的作用。隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，天然氣的用氣需求日益上升，長輸管道的設(shè)計壓力、管徑也屢創(chuàng)新高，如中俄東線，最大設(shè)計壓力可達(dá)12MPa，最大管徑為1422mm，使得輸氣站場放空系統(tǒng)設(shè)計難度相應(yīng)提升。另外，隨著我國城市化建設(shè)水平不斷提升，地方政府和人民群眾對生命財產(chǎn)安全以及環(huán)保方面的要求越來越嚴(yán)，輸氣站放空伴隨的噪聲、環(huán)境問題也日益突出。以上多個原因，均使得放空系統(tǒng)在安全評價和安全設(shè)施設(shè)計審查中受到高度重視。

1、輸氣站場放空系統(tǒng)的一般設(shè)計流程

輸氣站場放空系統(tǒng)設(shè)計一般按站內(nèi)緊急放空和站外線路放空兩種工況分別核算后確定，設(shè)計步驟如下：

1.1站內(nèi)緊急放空設(shè)計

①根據(jù)站場工藝設(shè)計參數(shù)確定放空源初始放空壓力與放空溫度，根據(jù)管道布置確定待放空天然氣總體積。并利用Aspen HYSYS軟件模擬計算放空源的最大瞬時放空流量、最低放空溫度，放空目標(biāo)為15min內(nèi)系統(tǒng)壓力降至氣源壓力的一半。

②根據(jù)管道布置，利用Aspen Flare System Analyzer軟件建立放空立管路模型，試算并最終確定各放空匯管、放空立管尺寸參數(shù)，并計算放空噪音值。此過程一般控制放空馬赫數(shù)不高于0.5。

③利用PHAST軟件模擬放空立管放空的擴(kuò)散半徑、放空火炬放空的熱輻射半徑，并根據(jù)模擬結(jié)果確定合理的放空立管、放空火炬安全間距。

1.2站外線路放空設(shè)計

站外線路放空設(shè)計過程與站內(nèi)緊急放空設(shè)計過程第②、③步相同，主要區(qū)別在于第①步中，線路放空計算采用TGNET軟件確定線路放空的最大瞬時放空流量、最低放空溫度，放空目標(biāo)為12h內(nèi)系統(tǒng)壓力降至常壓50kPa。

2、輸氣站場放空系統(tǒng)安全設(shè)計常見問題

2.1放空防火間距存在“規(guī)范盲區(qū)”問題

目前，放空立管防火間距執(zhí)行GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》相關(guān)規(guī)定：當(dāng)輸氣站用放空立管放空時，如果放空量不超過1.2×104m3/h，放空立管到輸氣站的間距不應(yīng)小于10m;如果放空量不超過4×104m3/h，放空立管到輸氣站的間距不應(yīng)小于40m。但是，以上放空防火間距規(guī)定存在“盲區(qū)”。

首先，對于放空量大于4×104m3/h的情形，規(guī)范沒有明確規(guī)定。在實際放空過程中，瞬時放空流量最大值出現(xiàn)在放空初始階段。在放空最后階段，放空量隨時間推移呈現(xiàn)迅速衰減變化，瞬時放空流量明顯減小。對于高壓力、大管徑的線路放空而言，放空初始流量很容易超過4×104m3/h，比如初始壓力12MPa、總?cè)莘e200×104m3的天然氣放空，瞬時放空流量可達(dá)9～10×104m3/h。在此種情況下，放空立管防火間距是參照40m間距設(shè)置，還是增大安全間距，抑或是否改為點火放空，幾種做法存在爭議。

其次，規(guī)范對輸氣閥室放空立管防火間距也沒有明確規(guī)定。國內(nèi)長輸管道根據(jù)地區(qū)等級不同每32、24、12、8km必須設(shè)置線路截斷閥室，在線路放空方面，閥室與站場承擔(dān)著幾乎等同的放空工作。站場放空立管設(shè)置于站外，以滿足規(guī)范防火間距要求，然而閥室放空立管設(shè)置國內(nèi)做法不盡相同。例如西一線、西二線參照站場放空立管布置要求將放空立管設(shè)置在閥室圍墻40m以外區(qū)域，西三線、中俄東線則將閥室設(shè)置在圍墻內(nèi)，兩種做法均無規(guī)范可循。

2.2放空系統(tǒng)是否設(shè)置阻火器存在兩難選擇

阻火器是安裝于易燃易爆氣體管路上，用于防止外部火焰返竄回火、阻止火焰蔓延的裝置。目前，輸氣站放空系統(tǒng)是否設(shè)置阻火器存在兩難選擇。一方面，阻火器是由具有許多毫米級細(xì)小通道或孔隙的固體材料的阻火元件組成，其結(jié)構(gòu)不利于放空氣體的順暢排除。而且由于放空氣體經(jīng)節(jié)流膨脹后溫度很低，一旦放空溫度低于天然氣露點溫度，或者外界雨水通過放空立管流入管道，容易使阻火器發(fā)生冰堵。另一方面，如不設(shè)置阻火器，對于點火放空而言，存在回火隱患，明顯不合理;對于冷放空而言，雖然一般情況下放空過程無明火，但仍存在易燃易爆云團(tuán)被外部火源以及遇雷電意外點燃的風(fēng)險，如不采取防回火措施，也存在安全風(fēng)險。

2.3放空系統(tǒng)設(shè)計較少考慮放空降噪的需求

輸氣站場放空過程伴隨高噪聲問題，噪聲主要來源是放空立管出口高速噴出的天然氣形成的強烈噴注噪聲，噴注噪聲具有聲級高、頻帶寬、傳播遠(yuǎn)的特點。降低噪聲的主要方法是控制放空流速和排放壓力，放空流速每減小一半，噪聲減小24dB。但是目前國內(nèi)多數(shù)輸氣站場放空系統(tǒng)的設(shè)置較少考慮放空降噪需求，如超音速放空立管的流速可達(dá)300m/s，放空噪音超過115dB，一般放空立管流速達(dá)到150m/s，放空噪聲超過85dB，強烈的噪聲會給操作人員及群眾帶來強烈不適和恐慌。

3、輸氣站場放空系統(tǒng)安全設(shè)計的建議

3.1 對于GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》的“規(guī)范盲區(qū)”問題，由于該標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)仍為現(xiàn)行，因此，輸氣站場放空系統(tǒng)設(shè)計一方面仍然要嚴(yán)格執(zhí)行該規(guī)范的相關(guān)規(guī)定;另一方面，對于用冷放空流量大于4×104m3/h的“規(guī)范盲區(qū)”工況以及閥室的放空工況，建議設(shè)計過程中一定要建立放空擴(kuò)散模型，并以放空氣體50%濃度爆炸下限的擴(kuò)散半徑作為確定防火間距的依據(jù)，并在施工圖紙中根據(jù)該擴(kuò)散半徑標(biāo)出放空安全警戒線。同時建議運營人員在放空作業(yè)時，應(yīng)嚴(yán)格按照施工圖紙要求設(shè)立警戒，隔絕火源。此外，對于高風(fēng)險地區(qū)設(shè)置的放空立管，建議增加熱輻射強度半徑的復(fù)核防火間距，防止放空氣體意外被點燃引起不可接受后果發(fā)生。最后，也建議標(biāo)準(zhǔn)主管部門、主編部門在后續(xù)修訂中，填補“規(guī)范盲區(qū)”，合理指導(dǎo)放空系統(tǒng)的安全設(shè)計。

3.2放空系統(tǒng)管道阻火器就像一把雙刃劍，即避免了管道回火安全隱患，又增大了放空系統(tǒng)堵塞風(fēng)險。建議在阻火器設(shè)置時遵循以下原則：①對于冷放空，由于出現(xiàn)放空氣體被意外引燃概率較低，因此可以考慮不設(shè)置阻火器，但在放空前應(yīng)做好更加嚴(yán)格的防火安全排查，避免在雷暴天氣進(jìn)行放空操作。②對于點火放空，如條件允許，盡量采用其它防回火措施，如放空匯管采用氮氣吹掃+燃料氣保壓，放空火炬采用速度密封器。③如果必須設(shè)置阻火器，應(yīng)規(guī)定阻火器的流通能力和壓力降在設(shè)計允許范圍內(nèi)。另外，建議對阻火器設(shè)置待爆破裝置的旁通回路，阻火器前后設(shè)置壓力檢測裝置，以判斷阻火器是否存在堵塞，防止阻火器堵塞后管道憋壓的情況發(fā)生。

3.3為了盡可能減少放空噪聲，建議放空系統(tǒng)設(shè)計時，由于放空壓力通常在臨界壓力以下，可適當(dāng)增大放空立管管徑以降低放空立管出口流速，將流速控制在30～40m/s，以達(dá)到降噪目的，但放空流速不宜再低，否則反而不利于放空氣體擴(kuò)散。另外，國內(nèi)輸氣站均未使用過放空消聲器，但在化肥廠、熱電廠以及各類空分裝置的排氣放空口上已有普遍應(yīng)用，其消聲效果可達(dá)30dB，因此建議在新建站場放空立管逐步推廣放空消聲器的使用，對于已建站場而言也具備改造可能。

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