输气管道工程放空系统设置现状及改进建议

卜祥军 胡 颖 张宏亮

1.中国石油管道建设项目经理部，北京 100101；

2.中国石油天然气与管道分公司，北京 100007；

3.中国石油管道分公司，河北 廊坊 065000

0 前言

中国石油管道建设项目经理部成立以来，已经建成天然气管道超过3×104km。 如果阀室间距按16 km 计算，将建设放空管约1 875 座，站场按100 km 建设1 座，将建设具有点火功能的放空管约300 座。 目前单座放空管占地面积24×24 m2，征地面积576 m2，不含至放空区道路用地，总征地面积约1 252 800 m2（约1 879 亩）。 在我国人口众多、土地资源日益紧张的国情下，优化设计，减少土地资源占用是必要的。 输气站放空频率比阀室高，站场设置放空管是合理的，但以后建设的输气站是否仍设置点火放空是值得讨论的问题。 目前我国的冶金、制管、设备制造、施工及检验技术水平不断提高，加之实施管道完整性管理，管道出现事故放空的概率会进一步降低，阀室放空管的优化布置或阀室放空优化设计也是需要讨论的问题。 为此，在保证安全生产的前提下，统一设计标准，规范运行和维护操作程序，科学合理地进行站场及阀室放空设计意义重大。

1 国内外规范标准对比分析

1.1 国内标准

我国输气管道工程放空设计主要遵循GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》［1］、GB 50251-2003《输气管道工程设计规范》［2］、SY/T 10043-2002《泄压和减压系统指南》［3］。 另外， 可借鉴的规范有GB 50160-2008 《石油化工企业设计防火规范》［4］、GB 50028-2006《城镇燃气设计规范》［5］， 包括了石油化工企业火炬及放空管的设计，以及城镇燃气工程站场放散管和线路截断阀的设计。

GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》适用于输气管道新建、扩建、改建的站场防火设计。 其中，4.0.8 条规定火炬和放空管与石油天然气站场的间距为：火炬大于等于90 m； 放空管放空量等于或小于1.2×104m3/h 时，不应小于10 m；放空量大于1.2×104m3/h 且小于或等于4×104m3/h 时，应不小于40 m。与站外周围设施的距离，火炬通过热辐射计算确定，放空管为可能携带液体的高架火炬的一半，即60 m。 同时，该规范的6.8.8 条对间歇排放的可燃气体排气筒或放空管口，提出了应高出10 m 范围内的平台或建筑物顶2.0 m 以上。 对位于10 m 以外的平台或建筑物顶，应满足斜上45° 范围内无平台或建筑物，并应高出所在地面5 m。 该标准规定了火炬及放空管的设计要求， 但对放空量大于4×104m3/h 没有要求。

GB 50251-2003 《输气管道设计规范》是我国天然气长输管道工程设计的强制性国家标准，该规范分别对阀室和站场的放空设计提出了如下要求：第3.4.2 条“输气干线截断阀上下游均应设置放空管，放空管应能迅速放空两截断阀之间管段内的气体，放空阀直径与放空管直径应相等”；第3.4.6 条“放空气体应经过放空竖管排入大气，并应符合环境保护和安全防火要求”；第3.4.7 条“输气干线放空竖管应设置在不致发生火灾危险和危害居民健康的地方，其高度应比附近建（构）筑物高出2 m 以上，且总高度不应小于10 m”；第3.4.8 条“输气站放空竖管应设置围墙外，与站场及其他建（构）筑物的距离应符合GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》的规定。 其高度应比附近建（构）筑物高出2 m 以上，且总高度不应小于10 m”。 由此可以看出，该标准对输气管道工程的放空设计提出了原则要求， 对站场放空竖管要求在围墙外并符合GB 50183-2004 的规定， 对阀室放空竖管强调了设置在不致发生火灾危险和危害居民健康的地方。

GB 50160-2008 《石油化工企业设计防火规范》是与石油天然气工程建设最接近的防火规范，适用于石油化工企业新建、扩建或改建工程的防火设计。 该规范区域布置中没有对放空管与周围设施距离提出要求，仅在5.5.11 款中规定间歇排放的排气筒或放空管应高出10 m范围内的平台或建筑物顶3.5 m 以上， 位于排放口水平10 m 以外斜上45°的范围内不宜布置平台或建筑物。 该条款与GB 50183-2004 中6.8.8 款要求相近。

GB 50028-2006 《城镇燃气设计规范》为城镇燃气输配气系统设计强制性国家标准， 适用于压力小于等于4 MPa 城镇燃气管道输配气系统设计。 该规范对门站及储配站根据系统要求设置安全保护及放散装置；对高压储气罐区的设计，如果设置集中放散时，与站外建（构）筑物的防火间距不应小于25 m； 放散管管口高度应高出距其25 m 内的建构筑物2 m 以上，且不得小于10 m。

SY/T 10043-2002 《泄压和减压系统指南》适用于炼厂、化工厂设计，GB 50183-2004 中火炬设计相关内容是参照该规范执行的。 炼厂、化工厂流体介质明显比输气管道复杂。该规范第1.3.24 条“压力泄放系统定义为由压力泄放装置、管道及处理闪蒸气、液体或气体，泄压系统可以仅由一个压气泄放阀或安全爆破片组成，排放管可无，可安装在单个的容器或管道上”和第1.3.19 条“开式处理系统定义为不用容器而只用一根短尾管从泄压装置直接向大气排放的处理系统”，以及第4.3 条对天然气排放进行了大量的描述，结论是直接排放到大气中是安全的。

1.2 国外标准

由于我国输气管道工程设计标准主要参照美国设计标准，即技术安全型设计理念，与俄罗斯距离安全型设计理念完全不同。 为此，本文仅与美国标准对比。

ASME B 31.8-2007《输气和配气管道系统》［6］是美国天然气管道设计标准， 其输气管线上的阀门的“846.21”中要求如下：“a） 分段截断阀应该安装在容易接近的地方，并应加以保护，防止受损和闲人乱动。 若装有排放阀时，应将其安装在便于将气体向大气排放而不致于产生危险之处。 c）应安装排放阀，以便于位于管线主阀门之间的每段管线均能放空。 为使管线放空而配置的连接管的规格和能力，应能在紧急情况下使管段尽快放空。 ”

API RP 521-2002 《泄压和减压系统指南》［7］第“4.3大气排放中”的“4.3.1 概述”中明确泄压排放直接排入大气是安全的。

美国Universal Pegasus 公司是国内目前合作较多的咨询公司，西气东输一线管道工程其作为设计监理公司参与到管道建设中，经咨询该公司设计人员得知，美国没有放空的法律、法规和规范标准限制，主要依据工程实践进行设计，天然气放空时应做好噪声防护，由于其无毒、无污染，可以直接排放至大气中，湿气放空应考虑点火。

1.3 国内外标准的对比分析

a） GB 50183-2004 《石油天然气工程设计防火规范》与API RP 521-2002 《泄压和减压系统指南》适用范围不同， 其放空部分内容参考了API RP 521-2002 的作法。 GB 50183-2004 对放空管的设置距离进行了详细规定。

b）GB 50251-2003《输气管道设计规范》的阀室放空设计与ASME B31.8 《输气和配气管道系统》的基本要求一致，GB 50251-2003 还要求了阀室放空竖管高度不小于10 m；GB 50251-2003 对站场放空进行了要求，ASME B 31.8 没有明确要求，ASME B 3.18 也没有对API RP 521-2002 《泄压和减压系统指南》进行引用。 总之，ASME B 31.8 对放空的基本原则是将气体引至不致发生危险之处排放。

c）GB 50028-2006《城镇燃气设计规范》截断阀间距设置参照了《美国联邦法规》（49-192）《气体管输最低安全标准》［8］。 对门站及储配站的气体排放均采用放散。

2 国内外输气管道工程放空系统建设现状

2.1 国内现状

2.1.1 长输管道现状

从中国石油管道建设项目经理部承建的天然气管道工程看，除个别阀室未设放空立管外，其他阀室均设有放空立管， 阀室的防火设计均参照GB 50183 -2004《石油天然气工程设计防火规范》的五级站场考虑。 放空管与阀室及周围设施防火距离分别为40 m 和60 m，高度通常为20～30 m。 站场放空管大都设置手动和自动点火装置，与站场距离多为90 m，与周围建筑物防火距离在设计上基本取90 m（个别按120 m）。 放空时间按10 h或12 h 两种工况考虑。

从中国石油五大管道运行企业了解到，站场放空管通常是在维修、站场扩建时才使用，统计数据显示站场从未发生过由于事故触动ESD 放空情况；阀室放空通常是在管道泄漏、维修或换管时使用，据中国石油组织的输气管道放空设计研究表明，近十年建设的输气管道因管道自身泄漏事故而造成阀室放空概率低。 中国石油西南油气田公司运行的输气管道， 涵盖了20 世纪70 年代后建设的管道，由于时间跨度大，利用阀室放空的频率要高些。

近年工程实践表明，人口密集地区、经济发达地区输气管道阀室选择非常困难，主要因素是放空竖管要求的防火间距。 例如：某管道地方规划部门要求取消放空管，否则不予立项；曾有3 个管道项目的输气站要求放空管120 m 范围内永久征地等。

2.1.2 城镇燃气管道现状

北京和上海城市燃气环网管径1 016 mm，设计压力已达到6.3 MPa， 超出规范要求的设计压力4.0 MPa 时，应组织专家论证会。 阀室放空管不单独设置区域，与阀室建筑单体距离很近，有的甚至利用建筑外墙作为放空管支撑，仅高出建筑屋顶2 m 以上。

2.2 国外现状

从收集到阿拉斯加、 阿兰斯管道等工程设计资料看，输气管道压气站采用了分区放空，放空竖管高度约3 m；阀室均未单独设置放空竖管，仅有放空阀和一短管垂直地面安装且端部用盲板封住，管顶端距地面一般未超过3 m。

咨询美国环球公司技术专家得知，美国天然气放空不存在法律障碍，从网页上可以查到天然气管道的环境影响评价报告公示内容，天然气放空均是直接排放到大气中，为减少温室效应，有些项目已经开始利用压缩机回收检修时的天然气，该方法经济且环保。 针对我国目前放空系统现状，美国环球公司技术专家建议可以采用移动式放空火炬或放空管进行放空。

2.3 国内外现状分析

a）国内输气站均采用全站集中放空，并在站外设置放空竖管且大多数按点火放空设计，防火间距大。 国外压气站按分区放空设计，放空竖管放空站内，天然气直接排入大气。

b）国内阀室设有专门的放空竖管，并根据小时放空量确定了放空竖管与阀室的间距，造成占地大，征地难。国外阀室设计简单，未设置单独的放空区域，占地小。

c）由于现行规范标准中未明确放空量的计算，放空时间、放空压力也无相应规定，导致不同管径、不同设计压力、不同阀室间距、不同设计单位、不同建设单位，放空管与阀室距离均为40 m，国家安监总局安全设施设计专篇审查，专家们也按此要求执行。

d） 不论站场规模大小、压力和管径，所有站场放空管均设置点火功能， 大部分设计文件未作热辐射计算。即使进行热辐射计算，由于不同设计单位或同一设计单位不同设计人员， 对规范中相关参数确定理解不同，导致计算结果相差很大。

我国管道阀室均设放空管的主要原因是我国输气和供气管网系统不够完善，储气库少，供气可靠性不高，用户对管道的依赖程度高，因此阀室设置放空管对管道事故后的尽快放空有利。 我国近几年通过大量的管道建设，中缅线、西二线、西三线管道工程的相继建成，多气源大幅提升了供气可靠性，随着我国管道建设水平的进一步提升，事故放空的概率将进一步降低。 因此，需要更新设计理念，借鉴国外管道的作法，站场放空由目前的点火放空改为直接放空更为合理。 阀室放空应在有条件的地点设置放空竖管，对无条件放空的阀室可不设放空竖管，但应确保相邻截断阀之间的管段至少有一处放空竖管。

3 改进措施与建议

a） 由于线路截断阀属线路附属设施， 建议GB 50251-2003 《输气管道设计规范》修订时补充增加阀室与周围建筑和其他设施之间的最小间距要求。

b） 由于天然气比空气轻，在放空扩散时，排放的天然气均处于放空口以上的空间， 不会在地面产生聚集，且放空通常属于事故工况。 放空时作好人员疏散、警戒以及消除点火源工作，直接放空是安全的，直接放空与点火放空相比麻烦会更少。 因此， 建议在GB 50183-2004 《石油天然气工程设计防火规范》修订时明确输气管道站场应设置放空管。

c）建议在GB 50183-2004 《石油天然气工程设计防火规范》修订时，放空管与周围设施防火间距应通过计算可燃气体扩散范围确定，扩散区边界空气中可燃气体浓度不应超过其爆炸下限的50%， 这样的要求更加科学合理。

d）建议在GB 50183-2004 《石油天然气工程设计防火规范》修订时，明确输气管道线路截断阀（室）设置放空立管时， 不应限制放空立管与工艺阀门防火间距，但应满足安装和检修需求。 截断阀（室）内的非防爆电气设备应布置在爆炸危险区以外。

［1］GB 50183-2004，石油天然气工程设计防火规范［S］.GB 50183-2004，Code for Fire Protection Design of Petroleum and Natural Gas Engineering［S］.

［2］GB 50251-2003， 输气管道工程设计规范［S］.GB 50251-2003，Code for Design of Gas Transmission Pipline Engineering［S］.

［3］SY/T 10043-2002， 泄压和减压系统指南［S］.SY/T 10043-2002，Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

［4］GB 50160-2008，石油化工企业设计防火规范［S］.GB 50160-2008， Fire Prevention Code of Petrochemical Enterprise Design［S］.

［5］GB 50028-2006， 城镇燃气设计规范［S］.GB 50028-2006， Code for Design of City Gas Engineering［S］.

［6］ASME B 31.8-2007， 输气和配气管道系统［S］.ASME B 31.8-2007，Gas Transmission and Distribution Piping Systems［S］.

［7］API RP 521-2002，泄压和减压系统指南［S］.API RP 521-2002，Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

［8］49-192，气体管输最低安全标准［S］.49-192，Gas Pipeline Safe Minimum Standard［S］.