國內外輸氣管道閥室間距設計對標分析

1中油管道建設工程有限公司

2中油國際管道公司中烏天然氣管道項目

3中石油煤層氣有限責任公司忻州分公司

4中國石油管道局工程有限公司第四分公司

5中國石油天然氣股份有限公司管道中原輸油氣分公司

截斷閥室是輸氣管道線路工程的重要設施，作用是便于管道分段管理維護，管道發生事故時截斷管段，減少氣體放空損失，防止事故擴大，降低事故對公眾和環境的影響[1]。閥室間距是管道線路設計的重要內容，對于控制管道事故、保障閥室安全具有重要意義。閥室間距涉及運行控制、安全、征地和投資成本等因素，我國長輸管道一般按照標準規定間距設置截斷閥，截斷閥間距調整較謹慎且缺乏靈活性，可能對管道運行和維護造成不便[2]。隨著我國經濟快速發展，農田占用、交通、地物，特別是人口密集區，都可能影響截斷閥設計，嚴格按照標準設置截斷閥非常困難[3]。因此，應研究確定閥室間距的設置原則，科學合理地設置閥室間距。

隨著管道設計技術的提升和智能化發展，我國法規和監管部門對管道閥室設計提出了更高要求[4]。例如閥室應設置為監控閥室；管道出、入人口密集區設置線路截斷閥室。因此，應對現行閥室設計標準深入研究，提出修訂和改進建議。本文研究了國外管道設計標準中閥室間距設置的先進理念，對于改進我國管道閥室設計標準，保障管道安全具有指導意義。

1 我國管道閥室標準及技術現狀

我國國家標準GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規范》規定位于一級、二級、三級和四級地區的管道沿線相鄰截斷閥的間距不宜大于32、24、16、8 km。截斷閥間距如因地物、土地征用、工程地質或水文地質造成選址受限的可做調增，一、二、三、四級地區調增分別不應超過4、3、2、1 km。根據管道所處地區等級和實際狀況，特別是在環境保護區和高后果區，調整截斷閥間距已成為國外管道行業的普遍做法。隨著我國經濟快速發展，在三、四級地區很難完全按照標準設計閥室。參照美國標準ASME B31.8—2016《氣體輸送和配送管道系統》和加拿大標準CSA Z662—2015《油氣管道系統》，國家標準GB 50251規定了閥室間距調增范圍為不大于間距規定值的12.5%。隨著管道運行控制技術的改進，事故概率總體呈下降趨勢。中國石油在乍得、蘇丹、尼日爾建設的原油管道，在人煙稀少地區閥室間距達到40～50 km。

設置截斷閥室的目的是盡可能降低管道事故造成的損失和影響，但是閥室本身也是整個管道系統的薄弱點[5]。例如2017年西氣東輸二線76#閥室燃爆事故，原因是閥室干線氣液聯動閥上、下游引壓管接觸，因電位差發生打火引起閥室燃爆。該事故造成75#閥室與77#閥室間46 km管段上百萬立方米天然氣全部排空才能進行搶修作業。事故發生后寧夏政協委員質疑截斷閥室距離的合理性和安全性，建議根據實際情況，劃分更加便于管道檢測和維修的分段區間，并加強管道安全保障措施[6]。

根據上述閥室事故教訓，如某閥室發生事故，上、下游閥室間距過大導致較大放空損失；同理，相鄰閥室的管段發生事故，閥室間距過大也將造成較大放空損失。若閥室間距過小，相同長度內閥室數量增加，閥室發生事故的概率增加；另一方面，增加了管道建設成本、征地費用及后期的運行維護費用[7]。因此，研究科學合理的閥室間距對于提高管道安全性和經濟性具有重要意義。

2 國外管道設計標準閥室間距規定

3.1 美國標準

美國標準ASME B31.8—2016《氣體輸送和配送管道系統》規定設置截斷閥室目的是發生緊急事故時截斷管線，便于維護。設置閥室首要考慮因素是閥室位置應便于進入。位于一級、二級、三級和四級地區的管道，應采用的閥室最大間距分別是32、24、16、8 km。

確定截斷閥間距時，管道運營商應針對下列因素進行評估：①管道維修和維護、泄漏或破裂導致的氣體放空量；②截斷管段的放空時間；③天然氣泄漏處的影響（持續放空產生的危害）；④管道運行連續性；⑤管道操作維護的靈活性；⑥管道周邊未來的發展；⑦嚴重影響管道運行和安全的重要事件。

美國標準ASME B31.8規定的閥室間距是在調查行業慣例并基于工程判斷的基礎上，依據行業普遍接受的工程經驗而制定的[8]，給出了兩種閥室間距確定準則，第一種準則規定了位于不同地區等級的閥室最大間距，第二種準則是管道運營商針對管道運行、維護、安全和規劃等因素進行評估確定。

2.2 加拿大標準

加拿大標準CSA Z662—2015 《油氣管道系統》規定了輸氣管道閥室最大間距：一級地區無要求；二級地區25 km；三級地區13 km；四級地區8 km。閥室間距可以根據管道運行、維護要求，以及管道地區進出情況等因素進行調增，但不超過25%。針對確定截斷閥室間距應進行評估的因素，加拿大標準CSA Z662與美國標準ASME B31.8一致。

2.3 澳大利亞標準

澳大利亞標準AS 2885.1—2012《氣體和液體石油管道第1部分：設計和施工》規定設置閥室目的是管道維護、運行、維修時隔離管段，以及管道發生事故時保護環境和公眾安全。輸氣管道閥室最大間距推薦值：R1地區（鄉村地區）無要求，R2地區（鄉村人口居住區）30 km，T1（城市人口居住區）和T2（人口密集區）地區15 km。確定截斷閥室間距應對下列因素進行評估：①流體性質；②供給安全性要求；③事故響應時間；④截斷管段可進出情況；⑤監測事故的能力；⑥流體泄漏的后果；⑦截斷管段的體積；⑧壓力；⑨運行和維護程序。

澳大利亞管道閥室間距同樣給出了兩種確定準則，針對閥室間距對應的地區等級分為三個等級，中國、美國和加拿大標準劃分為四個地區等級；針對確定截斷閥室間距應進行評估的因素，澳大利亞標準AS 2885.1與美國標準略有差異，強調了管道運行控制、監測和應急能力等對閥室間距的影響。

2.4 英國標準

英國標準BS EN 1594—2013《天然氣基礎設施 最大操作壓力大于16 bar的管道 功能性要求》規定確定管道線路閥室間距時，應考慮運行壓力、管道直徑、到達閥室所需時間、與最近支線距離以及其他閥室的位置。

英國標準BS EN 1594未規定具體的閥室間距數值，并將運行壓力和管道直徑作為確定閥室間距的主要考慮因素，這與其他國家標準是不同的。

2.5 俄羅斯標準

俄羅斯標準ГОСТ Р 55989—2014《干線輸氣管道 10 MPa以上的設計標準 要求》、СП 36.13330—2012 《干線管道規范匯編》 和SNIP

2.0 5.06-85—1997《干線輸氣管道設計規范》針對閥室間距要求一致，即輸氣管道截斷閥距離通過計算確定，但不超過30 km。俄羅斯標準ГОСТ Р 55989和SNIP 2.05.06-85—1997規定在氣體綜合處理裝置、壓縮機站、地下儲氣站和首站設施（安全閥）前后的輸氣管道上，距管道入口和出口的距離不小于以下距離：①1 000 m（直徑≥l 400 mm的輸氣管道）；②750 m（直徑＜l 400 mm且≥l 000 mm的輸氣管道）；③500 m（直徑＜l000 mm的輸氣管道）。

俄羅斯標準СП 36.13330適用于設計壓力1.2～10 MPa的中低壓管道，與設計壓力10～25 MPa以上高壓管道要求的閥室間距相同，不超過30 km。由于地廣人稀，俄羅斯標準中輸氣管道未按照地區等級規定閥室間距。中國石油中亞A/B/C三線設計時所屬國設計部門意見是按照閥室最大間距控制[9]；中俄東線天然氣管道設計時也遵從最大間距30 km的要求；西伯利亞天然氣管道閥室間距在27～30 km左右；俄羅斯天然氣工業股份公司要求天然氣管道相鄰截斷閥室之間管段排空的時間不得超過1.5～2 h。

2.6 意大利法規

由于歷史特殊性，與其他歐洲國家不同，意大利許多技術條款不是由標準或者技術規范規定的，而是由法律和法令（條例）規定的[10]。意大利法規DM 17/04/2008要求高壓天然氣管道的截斷閥室應每隔15 km設置一個，并要求在鐵路穿越段的上游和下游最多間隔2 km設置。

2.7 荷蘭標準

荷蘭標準NEN 3650-1—2003《管道系統要求第一部分：概述》規定應在管道的起點和終點設置閥室。閥室應便于進入和維護。特殊情況下，通過設置額外的閥室降低管道介質的泄漏量，設置額外的閥室應考慮閥室自身安全問題以及環境風險。針對存在潛在失效可能的閥室，應加強檢查。

荷蘭標準NEN 3650-1與ISO 13623相同，沒有具體規定閥室間距，閥室設置考慮因素更加寬松，僅要求管道的起點和終點設置閥室，該標準的先進性在于提出了閥室自身的失效風險問題。

2.8 國際標準ISO

國際標準ISO 13623—2009《石油和天然氣工業 管道輸送系統》規定線路截斷閥室應設置在管道的起點、終點，以及對下列因素有需求的位置：①運行和維護；②控制緊急事件；③限制潛在泄漏體積。國際標準ISO 13623對閥室設置間距沒有明確要求，僅規定了設置閥室需要考慮的因素，要求相對寬松。

3 國內外管道閥室間距對標分析

本研究收集國內外管道設計標準11項，其中8項規定了閥室間距數值要求；中國、美國、加拿大和澳大利亞標準中閥室間距均與輸氣管道按照人口密度劃分的地區等級相關（表1）。為便于分析，表2列出了國內外管道閥室間距數值和重要條款。

表1 國內外管道閥室間距基本要求Tab.1 Basic requirement of pipeline valve box spacing at home and abroad

表2 國內外管道閥室間距數值和重要條款Tab.2 Value and important provision of pipeline valve box spacing at home and abroad

由于世界各國國情各異，閥室間距及設置原則存在差異，國內外標準還不統一，按照地域特點可劃分為四類：

（1）美國、加拿大和中國標準。美國和加拿大標準規定了兩種閥室間距設計原則，一種是規定了位于不同地區等級的閥室最大間距，另一種是考慮管道運行、維護、安全和規劃等多方面因素進行評估確定。中國標準參考美國標準確定閥室間距，但未針對閥室工程評估提出要求。

（2）澳大利亞標準。澳大利亞標準理念與美國標準一致，也規定了按照最大間距和工程評估確定閥室間距的原則，但在輸氣管道地區等級劃分方面與美國標準略有差異。

（3）歐洲標準和國際標準。這類標準未明確規定閥室間距數值，但規定了設置閥室應考慮的因素，例如荷蘭標準提出了應考慮閥室自身安全問題，英國標準將運行壓力和管道直徑作為確定閥室間距的因素。

（4）俄羅斯標準。俄羅斯輸氣管道閥室一般按照30 km設計，未考慮地區等級影響，可能與其地廣人稀特點有關。

4 結束語

我國天然氣管道設計標準中閥室間距的條款主要參考了美國ASME B31.8和加拿大CSA Z662的相關規定，結合我國多年應用實踐，總體要求是合理的。結合其他國家標準特點，為進一步確定合理的閥室間距，減少管道運行風險和方便維護，建議如下：

（1）借鑒美國和澳大利亞標準做法，確定管道閥室間距時，管道運營商應對運行、監測、維護、應急、安全和規劃等多方面因素進行評估。

（2）針對選址、征地困難或者人口密集區等情形，如嚴格按照標準規定間距設置閥室困難，借鑒加拿大標準，輸氣管道截斷閥室間距允許在25%范圍內進行調整（即不超過8 km）。

（3）隨著運行控制水平和自動化程度的提高，管道事故概率總體呈下降趨勢。建議在人口稀少地區管道線路截斷閥間距可增加到32 km以上。

（4）借鑒荷蘭標準做法，建議開展管道閥室設施安全風險控制研究。