天然氣管道站場分區延時放空的探討

范振寧

摘 要：伴隨天然氣管道的不斷發展和管網的逐步完善，合建站、樞紐站、聯絡站日益增多，輸氣站場的規模越來越大，站場發生事故需泄放的天然氣總量和放空強度隨之增大，放空點火時對周邊環境的影響范圍也相應擴大，對站場選址、降低放空系統經濟性提出了更高的要求。本文以降低站場事故放空時的最大泄放量、優化站場放空系統的設計為目的，結合HYSYS軟件DP動態模型計算分析結果，探討站場分區延時放空設計的必要性和注意事項。

關鍵詞：天然氣；輸氣管道；站場放空；分區延時

1 研究背景

在天然氣輸氣管道長距離、大口徑、高壓力發展趨勢日益明顯的背景下，管道沿線壓氣站、樞紐站等大型場站的事故放空因其瞬時泄放量大導致放空系統總管管徑大、火炬立管尺寸大、輻射熱影響范圍大、噪聲強度大等一系列問題，降低了站場放空系統設計的經濟性，增加了站場選址的難度。

國外北美地區大型站場為降低對放空系統的要求多采用分散式分區放空的方式，即結合站場功能分區，每一分區內分別設置放空立管進行泄放；而國內受土地資源制約，多采用集中放空方式，即不同分區的放空集中至一處，由同一立管泄放。目前國內新版《輸氣管道工程設計規范》首次引入分區延時放空的理念，為站場事故放空設計的優化提供了規范許可。

2 研究目的

本文以降低站場事故放空時的最大泄放量、優化站場放空系統的設計為目的，結合HYSYS軟件DP動態模型計算分析結果，探討分區延時放空設計的必要性。

3 標準規范解讀

天然氣管道站場發生火災、大面積天然氣泄漏等事故時，往往需要緊急切斷進出站關斷閥，同時放空站場管道及設備內的天然氣。事故工況下能否及時放空站內的天然氣對事故的控制十分關鍵。國內外標準規范推薦做法為：設置緊急放空系統，使其能在15min內將站內設備及管道壓力從最初的壓力降至設計壓力的50%。該準則是根據容器的壁溫與對應破壞應力之間的關系而確定的?；馂墓r下在管道、設備金屬溫度達到脆性轉變溫度前，將其內部壓力泄放，避免高溫、高壓對壓力管道、容器的毀壞性破壞。規范未對泄放過程的壓降速率提出要求，認為只要15min內將壓力降至設計壓力的50%即可。

4 分區延時放空對站場泄放的影響

同樣以某管道壓氣站為例，對站場緊急放空采用分區延時放空理念進行設計，分析其與常規緊急放空設計的異同。

壓氣站內設置有兩處緊急放空閥，一處為進出站及過濾分離區，總管容約400m3；另一處為增壓冷卻區，總管容約600m3。兩處均設置DN150緊急放空閥（閥后設置限流孔板）。常規設計中，站場事故工況下，兩處緊急放空閥同時開啟泄放，各處壓力及泄放流量情況見圖1。

由圖1分析可知，站場緊急放空時，全站放空量將是兩處緊急放空量的加和，峰值約21.6萬kg/h。這對放空系統下游管網及終端處理設備提出了更高的要求。

采用分區延時放空理念進行設計，站場緊急工況下首先開啟增壓冷卻區緊急放空閥，開啟放空5min后，再行開啟進出站及過濾分離區的緊急放空閥；分析站場減壓泄放過程中壓力、泄放量的變化情況。各處壓力及泄放流量情況見圖2。

由圖2分析可知，采用分區延時放空后，全站泄放峰值量18.9萬m3/h，比全站同時泄放峰值量21.6萬kg/h降低2.7萬kg/h。但需注意的是，延時開啟的BDV放空區域（進出站及分離區）壓力將于20min時方能達到起始壓力的50%。

若要實現兩處BDV緊急泄放同時于15min時泄放至起始壓力的50%，則需要提高延時放空管路的泄放口徑，但峰值泄放量也會相應增加（23.1萬kg/小時，高于21.6萬kg/小時）。計算結果見圖3。

因此，對于不能實現分區報警切斷的站場，分區延時放空意義不大；對于具備分區報警切斷功能的站場，分區延時放空可以降低站場峰值泄放量，開啟延時時間越長，越有利于全站峰值泄放量的降低。

5 結論

（1）在滿足泄放要求的條件下，適當延長緊急放空閥的開啟時間，可采用先慢后快不等比方式進行泄放，降低單處緊急放空的瞬間最大量；

（2）對站內設置的多處緊急放空閥，可按覆蓋區域內設備的重要程度及泄放容積大小，先后逐次延時開啟，對不同放空閥的Q-t曲線進行疊加，保證瞬時泄放量疊加后不超限；

（3）對于不能實現分區報警切斷的站場，分區延時放空意義不大；

（4）規范僅對站場緊急放空的時間及壓力作出要求，未對放空過程的壓降速率提出要求，為站場分區延時放空提供了規范許可；

（5）建議國內規范修編時結合API RP 521中對金屬材料軟化溫度的實驗，明確火災工況下壓力泄放過程的速率要求。

本文旨在對天然氣管道大型站場降低事故放空時瞬時放空量的分區延時放空理念進行探討，為后期管道站場放空系統優化提供一種思路，供行業同仁參考。

參考文獻

[1] GB 50251-2012輸氣管道工程設計規范[M]

[2] API RP521泄壓和減壓系統導則[M]