歐洲壓氣站規(guī)劃設計關鍵問題推薦做法

王品賢 孫芳芳 孟虎林 于方涌

（1. 中國石油天然氣管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運行分公司，河北 廊坊 065001；2. 中油管道建設工程有限公司，河北 廊坊 065001；3. 中國石油青海油田分公司管道輸油處，青海 格爾木 816000）

0 概述

我國長輸管道行業(yè)發(fā)展迅速，到2016年12月長輸油氣管道超過12萬km，其中天然氣管道超過7萬km。長輸油氣管道設計施工處于國際先進水平，重要原因之一就是吸取國外先進管道標準的實踐經(jīng)驗，例如以美國標準ASME B31.8《氣體輸送和配送管道系統(tǒng)》為參考文件，制定了GB 50251《輸氣管道工程設計規(guī)范》總則性文件；借鑒美國標準ASME 31.8S《氣體管道完整性管理系統(tǒng)》理念，全面實施長輸管道完整性管理。另外，隨著一帶一路國家能源戰(zhàn)略實施，開展俄羅斯管道標準研究[1]?？傮w看，北美和俄羅斯標準是研究重點，但對歐洲管道標準研究較欠缺。本文選取壓氣站輸送工藝設計的若干問題，介紹了歐洲標準EN 12583-2014實踐經(jīng)驗，對于提高我國天然氣管道壓氣站設計水平具有借鑒 意義。

1 歐洲標準EN 12583-2014簡介

歐洲標準化委員會（CEN）是世界上具有重要影響力的國際標準化組織，制定了管材、管道管材、設計、檢測、防腐和完整性等方面的標準。歐洲標準編號代碼是EN，歐洲標準相當于歐洲國家的國家標準，具有很強的技術權威性和通用性，例如英國執(zhí)行的是BS EN 12583-2014《Gas Infrastructure-Compressor Stations-Functional Requirement/天然氣基礎設施-壓縮機站-基本要求》。該標準主要內(nèi)容是壓氣站設計、施工、運行、操作和維護等方面的基本要求，包括了天然氣從氣田集輸站進入長輸管道以及接入城市配氣管網(wǎng)的全業(yè)務流程，例如輸送、分輸、儲存、升壓、壓力調(diào)節(jié)、計量、加臭、氣體質(zhì)量跟蹤等，也是歐洲天然氣管道領域的綜合性和代表性標準。

2 壓氣站設計原則

2.1 基本原則

EN 12583規(guī)定壓氣站設計應保證供氣系統(tǒng)可靠、安全、穩(wěn)定。管理者應制定管道系統(tǒng)設施維護檢修計劃，盡可能減少停輸和放空損失。保障管道系統(tǒng)穩(wěn)定性的途徑有管道監(jiān)控和保護部件冗余設計，維持必要備品備件，實時監(jiān)控管道運行狀況，重視失效事故調(diào)查，盡可能以高輸量進行輸送，備用壓縮機功能性運行檢查等。國家標準GB 50251規(guī)定壓氣站設計多為一般性原則，例如保護環(huán)境、節(jié)約能源和土地，協(xié)調(diào)與交通、公眾、電力等其他行業(yè)關系，鼓勵新技術工藝創(chuàng)新等。

針對壓氣站設計基本原則，我國強調(diào)環(huán)境保護和安全。歐洲標準致力于實施冗余設計、監(jiān)控管理等方法保障管道供氣可靠性。天然氣作為高效清潔能源和重要基礎設施，保障供氣可靠性具有重要政治和社會意義，也是改善北方地區(qū)能源供給方式和霧霾天氣的重要途徑。建議我國標準將提高和保障壓氣站供氣穩(wěn)定性的相關技術措施作為設計基本 原則。

2.2 布局原則

EN 12583規(guī)定應按照輸送工藝流程、站場和單體設備安全、方便人員操作和氣候地質(zhì)等因素，進行壓氣站設備區(qū)和功能區(qū)的整體規(guī)劃布局，輸送工藝主要是過濾、計量、升壓和冷卻等流程；站場安全主要是規(guī)劃進出站閥門實現(xiàn)與管道干線的隔離；人員操作主要是考慮管道不停輸條件下檢測和維護時設施可接近性，以及減少人為誤操作的可視化 指示。

中國標準缺少壓氣站設備區(qū)和功能區(qū)整體規(guī)劃布局的原則，壓氣站平面圖尺寸主要考慮輸送工藝設施的安裝距離和相互安全距離，以及壓氣站邊界與居民區(qū)建筑物的安全距離。由于在設計階段缺少前瞻性和預見性的規(guī)劃原則，我國壓縮站建成后普遍存在安全隱患，例如表現(xiàn)在設備區(qū)與辦公區(qū)距離不足且無隔離墻防護，收發(fā)球筒距離太短對于內(nèi)檢測器和清管作業(yè)造成不便，油氣站場合建隔離措施有限等[2]。

2.3 HSE原則

EN 12583規(guī)定運營商應建立輸氣管道的安全管理系統(tǒng)（Safety Management System，SMS）和完整性管理系統(tǒng)（Pipeline Integrity Management System，PIMS）。國外管道實踐證明，SMS和PIMS可有效提高管道企業(yè)應對由于管材缺陷、腐蝕風險和第三方破壞造成的管道事故的應急處置能力，美國已制定SMS和PIMS的技術標準，具體可參照API RP 1173-2015《管道安全管理體系》和ASME B31.8S-2014《氣體管道完整性的管理體系》等。目前我國長輸管道已全面實施完整性管理程序，主要執(zhí)行國家標準GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》，與API RP 1173-2015《管道安全管理體系》對比得到，安全管理系統(tǒng)工作流程包括HSE原則、計劃和實施、檢查和糾正措施、管理評審和持續(xù)改進五個環(huán)節(jié)和階段，在實施步驟和流程方面，國內(nèi)外標準和做法基本一致。

在預防環(huán)境污染方面，歐洲標準更為苛刻，例如可能發(fā)生液體污染環(huán)境的壓氣站應進行防滲設計，可采用集油池或者站內(nèi)地下埋設防滲層的方式。國家標準GB 50251-2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》在壓氣站選址中注重防洪、地質(zhì)問題，未規(guī)定壓氣站可能的污染液體泄漏預防和控制措施；我國在輸油站、大型油庫的防滲設計方面也是非強制要求，調(diào)研俄羅斯做法是一般在儲罐防火堤內(nèi)地面以下1m處鋪設防滲膜，防滲膜上是厚度100～150mm的碎石塊或者混凝土。

3 緊急停運系統(tǒng)

歐洲標準EN 12583規(guī)定壓氣站站場ESD系統(tǒng)應實現(xiàn)的基本功能包括：

（1）泄漏火災爆炸等緊急工況或者管道檢修，站場ESD系統(tǒng)將壓氣站與管道干線隔離，不能通過控制室選擇控制，只能站控或者就地操作設備；

（2）站場ESD系統(tǒng)可控制和出發(fā)壓縮機組ESD系統(tǒng)，管道干線超壓情況下關閉站進出站閥門，壓氣站內(nèi)泄壓。

國家標準GB 50251規(guī)定輸氣站站場ESD系統(tǒng)應具備功能：

（1）壓氣站上游和下游的干線截斷閥關閉；

（2）壓氣站站內(nèi)緊急放空閥打開；

（3）壓縮機機組停機；

（4）切斷輸氣工藝設備電源，不包括消防 系統(tǒng)。

針對壓縮機ESD觸發(fā)條件和控制功能，歐洲標準EN 12583規(guī)定壓縮機ESD系統(tǒng)觸發(fā)后的設備控制邏輯程序為壓縮機進、出口閥門關閉，壓氣站放空閥打開，壓縮機組管道系統(tǒng)自動降壓。國家標準GB 50251規(guī)定壓縮機ESD系統(tǒng)觸發(fā)后，壓縮機進、出口閥自動關閉，防喘振閥自動開啟，壓縮機自動泄壓。可以看出，中歐標準在壓縮機ESD系統(tǒng)出發(fā)后的功能基本一致。

針對站ESD系統(tǒng)觸發(fā)條件、控制范圍和功能設計，歐洲標準EN 12583和國家標準GB 50251的差異在于觸發(fā)條件不同，歐盟標準EN 12583為緊急工況和管道檢修，國家標準GB 50251是壓縮機壓力、溫度、喘振等參數(shù)超標，歐盟標準EN 12583觸發(fā)條件更廣泛；此外歐盟標準EN 12583規(guī)定站ESD系統(tǒng)權限等級高于壓縮機ESD系統(tǒng)，即站場ESD系統(tǒng)可觸發(fā)壓縮機ESD系統(tǒng)，國內(nèi)壓縮機ESD系統(tǒng)是操作人員手動啟動，這體現(xiàn)了國內(nèi)外標準在自動化控制可靠性方面的差異。

4 壓縮機操作維護

離心式壓縮機主要應用干氣密封，相對機械密封、碳環(huán)密封等方式，具有泄漏量少、壽命長、更換簡單方面的優(yōu)勢。國家標準GB 50251規(guī)定干氣密封系統(tǒng)運行中應有泄漏量高限報警值。歐洲標準EN 12583規(guī)定應規(guī)定正常條件和異常工況下干氣密封和軸密封系統(tǒng)的泄漏量。可以看出歐洲標準針對干氣密封系統(tǒng)的運行要求更為細致。

生產(chǎn)實踐證明[3]，離心式壓縮機運行中主要失效情形是葉輪破裂、軸瓦磨損、軸偏心、密封泄漏量大和軸承振動大，失效原因按照嚴重程度依次是制造缺陷、旋轉失速和疲勞裂紋等，壓縮機維護保養(yǎng)主要即針對核心旋轉部件。歐洲標準EN 12583規(guī)定壓縮機組的所有旋轉部件，在組裝之前應在工廠車間的試運行期間進行動平衡、振動幅度和疲勞測試，壓氣站安裝施工和試運行期間進行振動檢查。我國長輸管道試運投產(chǎn)時間一般為輸送介質(zhì)到達末站后管道運行72h，僅依靠試運行階段無法檢測壓縮機部件缺陷問題。針對壓縮機旋轉部件在工廠預制階段的檢測試驗，國家標準GB 50251未見規(guī)定，建議補充完善。

一般認為油氣站場的輸油泵房或壓縮機房的采暖通風設計屬于輔助專業(yè)范疇，國家標準GB 50251輸氣站的采暖通風執(zhí)行國家標準GB 50019《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》，通風量為房內(nèi)空間換氣8～12次/h，一般情況下運行正常通風系統(tǒng)，可燃氣體濃度超標啟動事故通風系統(tǒng)。歐洲標準EN 12583規(guī)定壓氣站機房應采用自然通風和機械通風結合的方式，除防止可燃氣體濃度超標外，還應消減設備運行產(chǎn)生的過多熱輻射，避免人員操作設備時工作溫度過高。自然通風方式的進氣口應設計在壓縮機組機房接近貼近地面的位置，排氣口應設計在機房頂部較高的位置，盡可能減少對周圍熱輻射和大氣的影響。歐盟標準EN 12583先進性在于規(guī)定了自然通風系統(tǒng)的進出口位置，國內(nèi)標準GB 50251未見規(guī)定，建議補充完善。

5 壓氣站其他設備設施

5.1 可視化標識

針對輸氣站不同輸送介質(zhì)管道系統(tǒng)的涂色識別做法，包括輸氣管道（黃色）、消防水管道（綠色）、泡沫管道（紅色）等，歐盟標準EN 12583和國家標準GB 50251的要求基本一致。目前我國油氣站場在重要設備前粘貼可視化標識已成為普遍做法，有助于指導人員正確操作設備，避免誤操作。可視化標識主要是應用在站場運行和設備操作維護階段，管道干線線路安全和巡線主要依靠標志樁。EN 12583規(guī)定可能對操作人員存在危險的設備應安裝警示標識，在壓氣站入口應設立典型設備的分類警示標識，警告進入生產(chǎn)區(qū)域和設備運行區(qū)域可能發(fā)生的人員傷害因素，具有借鑒意義。

5.2 緊急疏散

國家標準GB 50251未規(guī)定壓氣站人員緊急疏散要求，規(guī)定了壓縮機房內(nèi)操作人員的疏散要求，即壓縮機組高于3m的操作平臺應設置兩條緊急逃生通道，操作平臺距離最近的機房出口不應大于25m，機房門應向外保持常開狀態(tài)。

歐洲標準EN 12583規(guī)定了輸氣站人員緊急疏散要求，即應設計至少兩個出入口，其中一個為主入口，寬度應滿足同時兩輛并行消防車進入。EN 12583規(guī)定了輸氣站站控系統(tǒng)室的人員進入條件，針對壓縮機組控制室、變電柜和壓縮機機房應設置門禁權限，未授權人員不能進入和操作設備，遠程控制模式下啟動設備同時啟動聲光報警系統(tǒng)，警告操作人員存在設備運行風險。我國大部分油氣管道所處環(huán)境惡劣，可能發(fā)生閑散人員和動物意外闖入的風險。歐洲標準既考慮了壓氣站整體人員疏散的要求，也考慮了重要場所授權進入的要求，國內(nèi)標準應借鑒。

5.3 放空系統(tǒng)

針對輸氣站放空系統(tǒng)，國家標準GB 50251規(guī)定了泄放閥泄壓值、放空管直徑、事故應急防控和管道計劃檢修放空等。主要問題是如何針對壓氣站高、低壓區(qū)域分別設置放空系統(tǒng)的原則存在爭議，高低壓串氣導致泄放閥超壓問題等[4]。例如國家標準GB 50251規(guī)定壓氣站高、低壓放空管線允許接入同一匯管系統(tǒng)。歐盟標準EN 12583規(guī)定壓氣站工藝匯管連接的管道含有多個放空閥，應避免串氣。壓縮機組應設計不同等級的放空閥。調(diào)研俄羅斯輸油站工藝管道高、低壓側劃分原則是進站管道至輸油泵進口端壓力匯管的管段屬于中壓，泵出口匯管至出站管道間的管段屬于高壓管道，排污管線、輸油泵放空管線屬于低壓管道。

6 結論

歐洲標準EN 12583在壓氣站設計領域的先進經(jīng)驗如下：

（1）輸氣站設計原則是保證供氣管網(wǎng)可靠性，通過冗余設計、強化監(jiān)控和失效管理等技術手段減少停輸時間；

（2）綜合考慮工藝流程、設備安全、方便操作等因素進行輸氣站設備區(qū)和功能區(qū)規(guī)劃布局；

（3）實施輸氣管道安全管理系統(tǒng)SMS和完整性管理系統(tǒng)PIMS；

（4）基于壓縮機運行參數(shù)超限、火災和管道維修條件觸發(fā)站ESD系統(tǒng)；

（5）壓氣站試運階段進行壓縮機密封系統(tǒng)和旋轉部件功能性試驗；

（6）壓氣站在設計階段實施站場設備可視化 管理；

（7）壓氣站重要場所授權進出條件。