輸氣管道工程放空系統設置現狀及改進建議

卜祥軍 胡 穎 張宏亮

1.中國石油管道建設項目經理部，北京 100101；

2.中國石油天然氣與管道分公司，北京 100007；

3.中國石油管道分公司，河北 廊坊 065000

0 前言

中國石油管道建設項目經理部成立以來，已經建成天然氣管道超過3×104km。 如果閥室間距按16 km 計算，將建設放空管約1 875 座，站場按100 km 建設1 座，將建設具有點火功能的放空管約300 座。 目前單座放空管占地面積24×24 m2，征地面積576 m2，不含至放空區道路用地，總征地面積約1 252 800 m2（約1 879 畝）。 在我國人口眾多、土地資源日益緊張的國情下，優化設計，減少土地資源占用是必要的。 輸氣站放空頻率比閥室高，站場設置放空管是合理的，但以后建設的輸氣站是否仍設置點火放空是值得討論的問題。 目前我國的冶金、制管、設備制造、施工及檢驗技術水平不斷提高，加之實施管道完整性管理，管道出現事故放空的概率會進一步降低，閥室放空管的優化布置或閥室放空優化設計也是需要討論的問題。 為此，在保證安全生產的前提下，統一設計標準，規范運行和維護操作程序，科學合理地進行站場及閥室放空設計意義重大。

1 國內外規范標準對比分析

1.1 國內標準

我國輸氣管道工程放空設計主要遵循GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》［1］、GB 50251-2003《輸氣管道工程設計規范》［2］、SY/T 10043-2002《泄壓和減壓系統指南》［3］。 另外， 可借鑒的規范有GB 50160-2008 《石油化工企業設計防火規范》［4］、GB 50028-2006《城鎮燃氣設計規范》［5］， 包括了石油化工企業火炬及放空管的設計，以及城鎮燃氣工程站場放散管和線路截斷閥的設計。

GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》適用于輸氣管道新建、擴建、改建的站場防火設計。 其中，4.0.8 條規定火炬和放空管與石油天然氣站場的間距為：火炬大于等于90 m； 放空管放空量等于或小于1.2×104m3/h 時，不應小于10 m；放空量大于1.2×104m3/h 且小于或等于4×104m3/h 時，應不小于40 m。與站外周圍設施的距離，火炬通過熱輻射計算確定，放空管為可能攜帶液體的高架火炬的一半，即60 m。 同時，該規范的6.8.8 條對間歇排放的可燃氣體排氣筒或放空管口，提出了應高出10 m 范圍內的平臺或建筑物頂2.0 m 以上。 對位于10 m 以外的平臺或建筑物頂，應滿足斜上45° 范圍內無平臺或建筑物，并應高出所在地面5 m。 該標準規定了火炬及放空管的設計要求， 但對放空量大于4×104m3/h 沒有要求。

GB 50251-2003 《輸氣管道設計規范》是我國天然氣長輸管道工程設計的強制性國家標準，該規范分別對閥室和站場的放空設計提出了如下要求：第3.4.2 條“輸氣干線截斷閥上下游均應設置放空管，放空管應能迅速放空兩截斷閥之間管段內的氣體，放空閥直徑與放空管直徑應相等”；第3.4.6 條“放空氣體應經過放空豎管排入大氣，并應符合環境保護和安全防火要求”；第3.4.7 條“輸氣干線放空豎管應設置在不致發生火災危險和危害居民健康的地方，其高度應比附近建（構）筑物高出2 m 以上，且總高度不應小于10 m”；第3.4.8 條“輸氣站放空豎管應設置圍墻外，與站場及其他建（構）筑物的距離應符合GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》的規定。 其高度應比附近建（構）筑物高出2 m 以上，且總高度不應小于10 m”。 由此可以看出，該標準對輸氣管道工程的放空設計提出了原則要求， 對站場放空豎管要求在圍墻外并符合GB 50183-2004 的規定， 對閥室放空豎管強調了設置在不致發生火災危險和危害居民健康的地方。

GB 50160-2008 《石油化工企業設計防火規范》是與石油天然氣工程建設最接近的防火規范，適用于石油化工企業新建、擴建或改建工程的防火設計。 該規范區域布置中沒有對放空管與周圍設施距離提出要求，僅在5.5.11 款中規定間歇排放的排氣筒或放空管應高出10 m范圍內的平臺或建筑物頂3.5 m 以上， 位于排放口水平10 m 以外斜上45°的范圍內不宜布置平臺或建筑物。 該條款與GB 50183-2004 中6.8.8 款要求相近。

GB 50028-2006 《城鎮燃氣設計規范》為城鎮燃氣輸配氣系統設計強制性國家標準， 適用于壓力小于等于4 MPa 城鎮燃氣管道輸配氣系統設計。 該規范對門站及儲配站根據系統要求設置安全保護及放散裝置；對高壓儲氣罐區的設計，如果設置集中放散時，與站外建（構）筑物的防火間距不應小于25 m； 放散管管口高度應高出距其25 m 內的建構筑物2 m 以上，且不得小于10 m。

SY/T 10043-2002 《泄壓和減壓系統指南》適用于煉廠、化工廠設計，GB 50183-2004 中火炬設計相關內容是參照該規范執行的。 煉廠、化工廠流體介質明顯比輸氣管道復雜。該規范第1.3.24 條“壓力泄放系統定義為由壓力泄放裝置、管道及處理閃蒸氣、液體或氣體，泄壓系統可以僅由一個壓氣泄放閥或安全爆破片組成，排放管可無，可安裝在單個的容器或管道上”和第1.3.19 條“開式處理系統定義為不用容器而只用一根短尾管從泄壓裝置直接向大氣排放的處理系統”，以及第4.3 條對天然氣排放進行了大量的描述，結論是直接排放到大氣中是安全的。

1.2 國外標準

由于我國輸氣管道工程設計標準主要參照美國設計標準，即技術安全型設計理念，與俄羅斯距離安全型設計理念完全不同。 為此，本文僅與美國標準對比。

ASME B 31.8-2007《輸氣和配氣管道系統》［6］是美國天然氣管道設計標準， 其輸氣管線上的閥門的“846.21”中要求如下：“a） 分段截斷閥應該安裝在容易接近的地方，并應加以保護，防止受損和閑人亂動。 若裝有排放閥時，應將其安裝在便于將氣體向大氣排放而不致于產生危險之處。 c）應安裝排放閥，以便于位于管線主閥門之間的每段管線均能放空。 為使管線放空而配置的連接管的規格和能力，應能在緊急情況下使管段盡快放空。 ”

API RP 521-2002 《泄壓和減壓系統指南》［7］第“4.3大氣排放中”的“4.3.1 概述”中明確泄壓排放直接排入大氣是安全的。

美國Universal Pegasus 公司是國內目前合作較多的咨詢公司，西氣東輸一線管道工程其作為設計監理公司參與到管道建設中，經咨詢該公司設計人員得知，美國沒有放空的法律、法規和規范標準限制，主要依據工程實踐進行設計，天然氣放空時應做好噪聲防護，由于其無毒、無污染，可以直接排放至大氣中，濕氣放空應考慮點火。

1.3 國內外標準的對比分析

a） GB 50183-2004 《石油天然氣工程設計防火規范》與API RP 521-2002 《泄壓和減壓系統指南》適用范圍不同， 其放空部分內容參考了API RP 521-2002 的作法。 GB 50183-2004 對放空管的設置距離進行了詳細規定。

b）GB 50251-2003《輸氣管道設計規范》的閥室放空設計與ASME B31.8 《輸氣和配氣管道系統》的基本要求一致，GB 50251-2003 還要求了閥室放空豎管高度不小于10 m；GB 50251-2003 對站場放空進行了要求，ASME B 31.8 沒有明確要求，ASME B 3.18 也沒有對API RP 521-2002 《泄壓和減壓系統指南》進行引用。 總之，ASME B 31.8 對放空的基本原則是將氣體引至不致發生危險之處排放。

c）GB 50028-2006《城鎮燃氣設計規范》截斷閥間距設置參照了《美國聯邦法規》（49-192）《氣體管輸最低安全標準》［8］。 對門站及儲配站的氣體排放均采用放散。

2 國內外輸氣管道工程放空系統建設現狀

2.1 國內現狀

2.1.1 長輸管道現狀

從中國石油管道建設項目經理部承建的天然氣管道工程看，除個別閥室未設放空立管外，其他閥室均設有放空立管， 閥室的防火設計均參照GB 50183 -2004《石油天然氣工程設計防火規范》的五級站場考慮。 放空管與閥室及周圍設施防火距離分別為40 m 和60 m，高度通常為20～30 m。 站場放空管大都設置手動和自動點火裝置，與站場距離多為90 m，與周圍建筑物防火距離在設計上基本取90 m（個別按120 m）。 放空時間按10 h或12 h 兩種工況考慮。

從中國石油五大管道運行企業了解到，站場放空管通常是在維修、站場擴建時才使用，統計數據顯示站場從未發生過由于事故觸動ESD 放空情況；閥室放空通常是在管道泄漏、維修或換管時使用，據中國石油組織的輸氣管道放空設計研究表明，近十年建設的輸氣管道因管道自身泄漏事故而造成閥室放空概率低。 中國石油西南油氣田公司運行的輸氣管道， 涵蓋了20 世紀70 年代后建設的管道，由于時間跨度大，利用閥室放空的頻率要高些。

近年工程實踐表明，人口密集地區、經濟發達地區輸氣管道閥室選擇非常困難，主要因素是放空豎管要求的防火間距。 例如：某管道地方規劃部門要求取消放空管，否則不予立項；曾有3 個管道項目的輸氣站要求放空管120 m 范圍內永久征地等。

2.1.2 城鎮燃氣管道現狀

北京和上海城市燃氣環網管徑1 016 mm，設計壓力已達到6.3 MPa， 超出規范要求的設計壓力4.0 MPa 時，應組織專家論證會。 閥室放空管不單獨設置區域，與閥室建筑單體距離很近，有的甚至利用建筑外墻作為放空管支撐，僅高出建筑屋頂2 m 以上。

2.2 國外現狀

從收集到阿拉斯加、 阿蘭斯管道等工程設計資料看，輸氣管道壓氣站采用了分區放空，放空豎管高度約3 m；閥室均未單獨設置放空豎管，僅有放空閥和一短管垂直地面安裝且端部用盲板封住，管頂端距地面一般未超過3 m。

咨詢美國環球公司技術專家得知，美國天然氣放空不存在法律障礙，從網頁上可以查到天然氣管道的環境影響評價報告公示內容，天然氣放空均是直接排放到大氣中，為減少溫室效應，有些項目已經開始利用壓縮機回收檢修時的天然氣，該方法經濟且環保。 針對我國目前放空系統現狀，美國環球公司技術專家建議可以采用移動式放空火炬或放空管進行放空。

2.3 國內外現狀分析

a）國內輸氣站均采用全站集中放空，并在站外設置放空豎管且大多數按點火放空設計，防火間距大。 國外壓氣站按分區放空設計，放空豎管放空站內，天然氣直接排入大氣。

b）國內閥室設有專門的放空豎管，并根據小時放空量確定了放空豎管與閥室的間距，造成占地大，征地難。國外閥室設計簡單，未設置單獨的放空區域，占地小。

c）由于現行規范標準中未明確放空量的計算，放空時間、放空壓力也無相應規定，導致不同管徑、不同設計壓力、不同閥室間距、不同設計單位、不同建設單位，放空管與閥室距離均為40 m，國家安監總局安全設施設計專篇審查，專家們也按此要求執行。

d） 不論站場規模大小、壓力和管徑，所有站場放空管均設置點火功能， 大部分設計文件未作熱輻射計算。即使進行熱輻射計算，由于不同設計單位或同一設計單位不同設計人員， 對規范中相關參數確定理解不同，導致計算結果相差很大。

我國管道閥室均設放空管的主要原因是我國輸氣和供氣管網系統不夠完善，儲氣庫少，供氣可靠性不高，用戶對管道的依賴程度高，因此閥室設置放空管對管道事故后的盡快放空有利。 我國近幾年通過大量的管道建設，中緬線、西二線、西三線管道工程的相繼建成，多氣源大幅提升了供氣可靠性，隨著我國管道建設水平的進一步提升，事故放空的概率將進一步降低。 因此，需要更新設計理念，借鑒國外管道的作法，站場放空由目前的點火放空改為直接放空更為合理。 閥室放空應在有條件的地點設置放空豎管，對無條件放空的閥室可不設放空豎管，但應確保相鄰截斷閥之間的管段至少有一處放空豎管。

3 改進措施與建議

a） 由于線路截斷閥屬線路附屬設施， 建議GB 50251-2003 《輸氣管道設計規范》修訂時補充增加閥室與周圍建筑和其他設施之間的最小間距要求。

b） 由于天然氣比空氣輕，在放空擴散時，排放的天然氣均處于放空口以上的空間， 不會在地面產生聚集，且放空通常屬于事故工況。 放空時作好人員疏散、警戒以及消除點火源工作，直接放空是安全的，直接放空與點火放空相比麻煩會更少。 因此， 建議在GB 50183-2004 《石油天然氣工程設計防火規范》修訂時明確輸氣管道站場應設置放空管。

c）建議在GB 50183-2004 《石油天然氣工程設計防火規范》修訂時，放空管與周圍設施防火間距應通過計算可燃氣體擴散范圍確定，擴散區邊界空氣中可燃氣體濃度不應超過其爆炸下限的50%， 這樣的要求更加科學合理。

d）建議在GB 50183-2004 《石油天然氣工程設計防火規范》修訂時，明確輸氣管道線路截斷閥（室）設置放空立管時， 不應限制放空立管與工藝閥門防火間距，但應滿足安裝和檢修需求。 截斷閥（室）內的非防爆電氣設備應布置在爆炸危險區以外。

［1］GB 50183-2004，石油天然氣工程設計防火規范［S］.GB 50183-2004，Code for Fire Protection Design of Petroleum and Natural Gas Engineering［S］.

［2］GB 50251-2003， 輸氣管道工程設計規范［S］.GB 50251-2003，Code for Design of Gas Transmission Pipline Engineering［S］.

［3］SY/T 10043-2002， 泄壓和減壓系統指南［S］.SY/T 10043-2002，Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

［4］GB 50160-2008，石油化工企業設計防火規范［S］.GB 50160-2008， Fire Prevention Code of Petrochemical Enterprise Design［S］.

［5］GB 50028-2006， 城鎮燃氣設計規范［S］.GB 50028-2006， Code for Design of City Gas Engineering［S］.

［6］ASME B 31.8-2007， 輸氣和配氣管道系統［S］.ASME B 31.8-2007，Gas Transmission and Distribution Piping Systems［S］.

［7］API RP 521-2002，泄壓和減壓系統指南［S］.API RP 521-2002，Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

［8］49-192，氣體管輸最低安全標準［S］.49-192，Gas Pipeline Safe Minimum Standard［S］.