基于標準規(guī)范體系的長輸管道和工業(yè)管道辨析

劉 波，張曉莉

（中國石油工程建設有限公司 華北分公司，河北 任丘 062550）

工業(yè)管道（GA）與長輸管道（GC）同為特種設備壓力管道，它們能不能比、怎么比是一個有爭議的話題。很多人認為，工業(yè)管道比長輸管道更復雜，監(jiān)管要求也更高。原因是工業(yè)管道設計參數(shù)范圍廣、工藝流程復雜且技術條件苛刻，而長輸管道輸送介質單一，設計工況溫和。實際上，特種設備壓力管道只是一個管道大類，它還包含了許多分支類別，而且分支類別管道還包含更小的分支類型。工業(yè)管道與長輸管道屬于不同的壓力管道分支類別。這兩種管道使用工況有顯著差別，如長輸管道可能穿越河流、山脈、隧道等，而工業(yè)管道可能會在高溫、高壓條件下使用。這些差別體現(xiàn)在管道功能、屬性、執(zhí)行的標準規(guī)范、材料選擇、設計計算、監(jiān)督監(jiān)管等方面［1］，因此不能簡單地界定長輸管道和工業(yè)管道哪個更復雜、哪個監(jiān)管要求更高。長輸管道和工業(yè)管道頂層的監(jiān)督監(jiān)管法律法規(guī)主要包括《特種設備安全法》［2］（中華人民共和國主席令第四號）和《特種設備安全監(jiān)察條例》［3］（中華人民共和國國務院令第549號），同時兩者在實際的建設和生產(chǎn)過程中的執(zhí)行又有很大區(qū)別。文中結合這兩個法規(guī)對管道建設和生產(chǎn)實際經(jīng)驗展開對比分析。

1 管道定義及范圍

1.1 定義

1.1.1 壓力管道

根據(jù)《特種設備安全監(jiān)察條例》，壓力管道是指利用一定的壓力，用于輸送氣體或者液體的管狀設備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1 MPa（表壓）的氣體、液化氣體、蒸汽介質或者可燃、易爆、有毒、有腐蝕性、最高工作溫度高于或者等于標準沸點的液體介質，且公稱直徑大于25 mm的管道。

1.1.2 長輸管道

根據(jù)《全國壓力管道設計和審批人員培訓教材（第四版）》［4］，長輸管道是指產(chǎn)地、儲存庫、使用單位之間的用于輸送（油氣）商品介質的管道，劃分為GA1級和GA2級。

根據(jù)TSG R1001—2008《壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則》（目前已廢止）［5］，長輸管道是指產(chǎn)地、儲存庫、使用單位之間的用于輸送商品介質的管道，劃分為GA1級和GA2級。

根據(jù)GB/T 34275—2017《壓力管道規(guī)范 長輸管道》［6］，長輸管道是指產(chǎn)地、儲存庫、用戶間的用于輸送（油氣）商品介質的管道。

根據(jù)GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》［7］，輸氣管道工程是指用管道輸送天然氣、煤層氣和煤制天然氣的工程，一般包括輸氣管道、輸氣站、管道穿（跨）越以及輔助生產(chǎn)設施等工程內容。

根據(jù)GB 50253—2014《輸油管道工程設計規(guī)范》［8］，輸油管道工程是指采用管道輸送原油、成品油和液化石油氣的建設工程，一般包括輸油管線、輸油站及輔助生產(chǎn)設施等工程內容。

1.1.3 工業(yè)管道

根據(jù)文獻［4］，工業(yè)管道是指企業(yè)、事業(yè)單位所屬的用于輸送工藝介質的工藝管道、公用工程管道及其他輔助管道，劃分為GC1級、GC2級以及GCD級。

壩址位于檀山溝村上游約1.4 km處，該處河流流向為N72°E，河床地面相對高程為3.0～8.5 m，河道寬約 260 m。河谷呈“V”字型，左岸坡坡度 30°～35°，右岸坡坡度50°～55°。兩岸坡大多基巖裸露，局部被松散層覆蓋，松散層厚度小于5 m。

根據(jù)文獻［5］，工業(yè)管道是指企業(yè)、事業(yè)單位所屬的用戶輸送工藝介質的工藝管道、公用工程管道及其他輔助管道。

根據(jù)《工業(yè)管道安全技術規(guī)程》（征求意見稿）［9］，工業(yè)管道是指企業(yè)、事業(yè)單位所屬的用于輸送工藝介質的管道、公用工程管道及其他輔助管道，包括工藝裝置、輔助裝置以及界區(qū)內公用工程所屬的工藝管道；火力發(fā)電廠界區(qū)內輸送蒸汽、汽水兩相介質的動力管道；工業(yè)制冷系統(tǒng)中輸送制冷劑介質的制冷管道。

TSG D0001—2009《壓力管道安全技術監(jiān)察規(guī)程—工業(yè)管道》［10］、GB/T 20801—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》［11］等均提出了類似的工業(yè)管道的范圍（不再贅述）。

1.2 許可范圍

2021-11，市場監(jiān)管總局通過《市場監(jiān)管總局關于特種設備行政許可有關事項的公告》〔2021年第41號〕制定了《特種設備生產(chǎn)單位許可目錄》［12］，明確了壓力管道的許可范圍，見表1。

表1 壓力管道設計、安裝許可參數(shù)級別

2 管道屬性分析

長輸管道和工業(yè)管道為兩大不同的管道體系，兩者的劃分與壓力、管徑、工藝參數(shù)、管道長度無關，下面從功能、外部環(huán)境、工藝屬性這3個方面分析總結兩者的主要區(qū)別。

2.1 功能

長輸管道是輸送商品介質的管道，連接產(chǎn)地、儲存庫以及用戶，從其中某個地方輸送至另一個地方，可以簡單理解為類似公路、鐵路的輸送通道。工業(yè)管道是輸送工藝介質的管道，為企業(yè)、事業(yè)單位服務，可簡單理解為企業(yè)內部管道。

2.2 外部環(huán)境

長輸管道將商品介質從某個地方輸送至另一個地方，一般為長距離的線性工程（也存在少數(shù)的距離較短的長輸管道），涉及的外部環(huán)境復雜，可能包括江河湖泊、沙漠、草原、山體等。工業(yè)管道作為企業(yè)內部管道，外部環(huán)境相對簡單，一般處于相對有限的空間內。

2.3 工藝屬性

3 管道主要技術分析

輸氣管道與工業(yè)管道雖然同屬壓力管道，但兩者功能和屬性不同，所處外部環(huán)境不同，因此管道全生命周期的各個環(huán)節(jié)都有區(qū)別。下面從執(zhí)行標準、管道壁厚計算、鋼管選材標準、站內管道安裝、焊接評定及焊縫檢測、站內管道試壓以及監(jiān)督檢驗這7個方面分析總結兩者的主要區(qū)別。

3.1 執(zhí)行標準

目前國內長輸管道的主要技術標準多引自ASME B31.8《Gas Transmission and Distribution Piping Systems》［15］，工業(yè)管道的主要技術標準多引自 ASME B31.3《Process Piping》［16］。作為兩大不同類別的管道系統(tǒng)，長輸管道和工業(yè)管道從設計到施工驗收的全過程各有一套標準體系，見表 2［17-37］。

表2 長輸管道和工業(yè)管道執(zhí)行標準對比

3.2 管道壁厚計算

以輸氣管道為例。長輸管道直管的壁厚計算執(zhí)行GB 50251—2015第5.1.2條的公式：

工業(yè)管道直管的壁厚計算執(zhí)行GB 50316—2000（2008年版）第6.2.1條的公式:

式（1）～式（4）中所有變量符號含義及使用的計算單位均與相應標準中的相同。

GB 50251—2015中管道壁厚計算公式（式（1））采用ASME B31.8的成果，該公式的計算忽略了徑向應力，GB 50316—2000（2008年版）（式（2）～式（4））中工業(yè)管道壁厚計算公式采用ASME B31.3的成果，該公式計算的應力包括環(huán)向應力、徑向應力和軸向應力［38］。

長輸管道和工業(yè)管道壁厚計算均考慮了安全系數(shù)，長輸管道由于管道線路長，外部環(huán)境差異性大，壁厚計算引入了與地區(qū)等級有關的強度設計系數(shù)F。工業(yè)管道壁厚計算時，考慮了鋼管的壁厚減薄附加量和腐蝕裕量，以設計溫度下的許用應力為計算基礎，而設計溫度下的材料許用應力由材料的力學性能除以相應的安全系數(shù)而得，許用應力與管道的外部管徑無關，是材料和壁厚的綜合體現(xiàn)。

以壓力為10 MPa，管徑D=1 016 mm管道為例，鋼管選取L485M鋼級，分別按長輸管道和工業(yè)管道計算壁厚。應用式（1）計算管道壁厚，按四級地區(qū)計算的長輸管道壁厚為26.19 mm，按三級地區(qū)計算的長輸管道壁厚為20.95 mm。應用式（2）～式（4）計算管道壁厚，按腐蝕裕量2 mm計算的工業(yè)管道壁厚為33.75 mm，因此設計過程中應首先明確管道的類別，選取正確的計算公式。

3.3 鋼管選材標準

長輸管道作為整個輸送系統(tǒng)的主體，鋼管用量大，大口徑、高壓力長輸管道已成為未來的主流方向，鋼管的選材是影響整個工程安全和投資的關鍵因素。另外，長輸管道輸送的介質以天然氣（干氣）和石油為主，工況條件（溫度、壓力）相對溫和，因此長輸管道也形成了配套的鋼管標準。目前國內長輸管道鋼管標準以GB/T 9711—2017《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》［39］為主，該標準也是在 API Spec 5L《Line Pipe》［40］和 ISO 3183《Petroleum and Natural Gas Industries-Steel Pipe for Pipeline Transportation Systems》［41］的基礎 上修 編而 來，對鋼 管鋼級、制造工藝、化學成分、水壓試驗、沖擊試驗等均提出了具體要求，目前已在國內輸氣管道上得到廣泛使用。

而工業(yè)管道由于其介質的屬性不同，且溫度、壓力等條件變化幅度大，因此管道選材更加復雜。GB 50316—2000（2008年版）對工業(yè)管道的選材有單獨的規(guī)定，要綜合考慮使用條件、經(jīng)濟性、耐蝕性、材料的焊接及加工等性能。工業(yè)管道的選材標準幾乎覆蓋了所有常見的鋼管標準，包括無縫鋼管和焊接鋼管、普通碳鋼和不銹鋼、常溫鋼管和低溫鋼等［20］。

另外針對低溫低應力工況，工業(yè)管道和長輸管道也有各自不同的規(guī)定。工業(yè)管道低溫低應力工況在GB/T 20801—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》中有明確描述，需同時滿足：①低溫下的最大工作壓力不大于常溫下最大允許工作壓力的30%。②管道由壓力、重量及位移產(chǎn)生的軸向拉應力總和不大于材料常溫許用應力值的30%，且不大于 50 MPa［11］。GB 50251—2015 對長輸管道的低溫低應力工況描述為，低溫低應力工況為設計溫度低于或等于-20℃的受壓管道及其組成件，其環(huán)向應力小于或等于1/6標準規(guī)定的最小屈服強度。當材料最小抗拉強度小于或等于540 MPa，其設計溫度升高50℃后，高于-20℃的低溫低應力工況，其材料可免做低溫沖擊試驗［7］。

3.4 站內管道安裝

長輸管道站內管道安裝按照GB 50540—2009《石油天然氣站內工藝管道施工規(guī)范（2012年版）》執(zhí)行，而工業(yè)管道按照GB 50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》執(zhí)行，以管道焊縫為例簡要說明兩者的不同。

按照 GB 50540—2009（2012年版）第6.2.10條，長輸管道直管段上兩對接焊口中心面間的距離不得小于鋼管1倍公稱直徑，且不得小于150mm。而按照GB 50235—2010第6.0.2條，工業(yè)管道直管段上兩對接焊口中心面的距離，當公稱尺寸大于或等于150 mm時，不應小于150 mm；當公稱尺寸小于150mm時，不應小于管子外徑，且不小于100mm。雖然兩者規(guī)定的焊縫距離都是為了避免焊縫應力集中，但長輸管道和工業(yè)管道執(zhí)行的要求卻不同，這和兩個體系的選材、壁厚計算等都有直接的關系。

3.5 焊接評定及焊縫檢測

長輸管道焊接工藝評定按照GB 50251—2015第11.1.2條執(zhí)行：焊接工藝評定和焊接工藝規(guī)程，線路應符合現(xiàn)行GB/T 31032《鋼質管道焊接及驗收》，站場應符合現(xiàn)行SY/T 0452《石油天然氣金屬管道焊接工藝評定》的有關規(guī)定。工業(yè)管道焊接工藝評價按照GB 50236—2011《現(xiàn)場設備、工業(yè)金屬管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》第5.0.2條執(zhí)行：焊接工藝評定應按現(xiàn)行NB/T 47014《承壓設備焊接工藝評定》的規(guī)定執(zhí)行。

長輸管道站內管道焊接檢測執(zhí)行GB 50540—2009（2012年版）第7.4.2條，無損檢測應按現(xiàn)行SY/T 4109《石油天然氣鋼質管道無損檢測》的規(guī)定進行，超出現(xiàn)行SY/T 4109適用范圍的其他鋼種的焊縫應按現(xiàn)行NB/T 47013《承壓設備無損檢測》的要求進行無損檢測及焊縫缺陷等級評定。工業(yè)管道焊接檢測按照GB 50235—2010第8.3條及第8.4條執(zhí)行：現(xiàn)場焊接的管道和管道組成件的承插焊焊縫、支管連接焊縫和補強圈焊縫、密封焊縫、支吊架與管道支架焊接的焊縫，以及管道上的其他角焊縫應按現(xiàn)行GB 50184的有關規(guī)定，對其表面進行磁粉檢測或滲透檢測。磁粉檢測或滲透檢測應按現(xiàn)行NB/T 47013的有關規(guī)定執(zhí)行。

近年來，隨著焊縫質量引起的事故逐漸增多，工程實際對焊縫的質量控制越來越嚴，雙百檢測、第三方復檢等手段為常見的措施。而對于外部環(huán)境復雜、施工周期長的長輸管道而言，提高焊縫檢測標準也成為地方質檢部門的重要手段，如陜西省市場監(jiān)督管理局在2020-04下發(fā)《關于進一步加強壓力管道安全監(jiān)管工作的通知》［42］，明確提出油氣長輸管道無損檢測標準統(tǒng)一按照NB/T 47013的有效版本要求執(zhí)行，這可能是未來的大趨勢之一。

3.6 站內管道試壓

長輸管道站場閥室試壓按照GB 50251—2015第11.2.3條及第11.2.4條執(zhí)行：站場閥室強度試驗應采用水作試驗介質，試驗壓力不應小于設計壓力的1.5倍，試壓時間不小于4 h；嚴密性試驗應采用空氣或其他不易燃和無毒的氣體作試驗介質，試驗壓力應為設計壓力，試壓時間不小于24 h。

工業(yè)管道試壓按照GB 50235—2010第8.6.1條、第8.6.4條及第8.6.6條執(zhí)行：管道安裝完畢、熱處理和無損檢測合格后，應進行壓力試驗，壓力試驗應以液體為試驗介質。承受內壓的地上鋼管道及有色金屬管道試驗壓力應為設計壓力的1.5倍，穩(wěn)壓10 min后將試驗壓力降至設計壓力，再穩(wěn)壓30 min。輸送極度、高度危害介質以及可燃介質的管道，必須進行泄漏性試驗，試驗介質宜采用空氣，試驗壓力為設計壓力，穩(wěn)壓10 min。

3.7 監(jiān)督檢驗

作為不同類別的管道，長輸管道和工業(yè)管道有不同的監(jiān)督檢驗規(guī)則和要求。需要注意的是，TSG D7006—2020《壓力管道監(jiān)督檢驗規(guī)則》明確提出，長輸管道站場內壓力管道，施工監(jiān)檢按照工業(yè)管道執(zhí)行，其監(jiān)檢機構應具有工業(yè)管道安裝監(jiān)督檢驗資質。這也容易被誤解為長輸管道站場內壓力管道需按工業(yè)管道來設計，根據(jù)《全國壓力管道設計和審批人員培訓教材（第四版）》表1.3.1，天然氣輸氣站內部管道、原油成品油輸油站內部管道由設計確定壓力管道類別，并按相應標準規(guī)范設計、施工，但是按工業(yè)管道類別監(jiān)督檢驗。也就是說站內管道的壓力管道類別應根據(jù)設計文件來定，而實際工程中長輸管道站內工程多以GB 50251和GB 50253為依據(jù)，避免了一個輸送體系執(zhí)行兩套標準造成的諸多不便。

4 結語

長輸管道和工業(yè)管道是兩大不同類別的壓力管道，其設計、施工、監(jiān)督管理等均有可作為依據(jù)的獨立完善的標準體系，實際工程中應區(qū)分兩者的類型，按各自的要求區(qū)別對待?？梢灶A見，隨著未來工程建設的發(fā)展，長輸管道和工業(yè)管道在材料、焊接、監(jiān)檢等方面可能會出現(xiàn)局部的融合，但兩者的功能和屬性決定著兩者無法相互替代。