欧洲压气站规划设计关键问题推荐做法

2019-03-30王品贤孙芳芳孟虎林于方涌

全面腐蚀控制 2019年12期

王品贤孙芳芳孟虎林于方涌

（1. 中国石油天然气管道局工程有限公司管道投产运行分公司，河北廊坊 065001；2. 中油管道建设工程有限公司，河北廊坊 065001；3. 中国石油青海油田分公司管道输油处，青海格尔木 816000）

0 概述

我国长输管道行业发展迅速，到2016年12月长输油气管道超过12万km，其中天然气管道超过7万km。长输油气管道设计施工处于国际先进水平，重要原因之一就是吸取国外先进管道标准的实践经验，例如以美国标准ASME B31.8《气体输送和配送管道系统》为参考文件，制定了GB 50251《输气管道工程设计规范》总则性文件；借鉴美国标准ASME 31.8S《气体管道完整性管理系统》理念，全面实施长输管道完整性管理。另外，随着一带一路国家能源战略实施，开展俄罗斯管道标准研究[1]。总体看，北美和俄罗斯标准是研究重点，但对欧洲管道标准研究较欠缺。本文选取压气站输送工艺设计的若干问题，介绍了欧洲标准EN 12583-2014实践经验，对于提高我国天然气管道压气站设计水平具有借鉴意义。

1 欧洲标准EN 12583-2014简介

欧洲标准化委员会（CEN）是世界上具有重要影响力的国际标准化组织，制定了管材、管道管材、设计、检测、防腐和完整性等方面的标准。欧洲标准编号代码是EN，欧洲标准相当于欧洲国家的国家标准，具有很强的技术权威性和通用性，例如英国执行的是BS EN 12583-2014《Gas Infrastructure-Compressor Stations-Functional Requirement/天然气基础设施-压缩机站-基本要求》。该标准主要内容是压气站设计、施工、运行、操作和维护等方面的基本要求，包括了天然气从气田集输站进入长输管道以及接入城市配气管网的全业务流程，例如输送、分输、储存、升压、压力调节、计量、加臭、气体质量跟踪等，也是欧洲天然气管道领域的综合性和代表性标准。

2 压气站设计原则

2.1 基本原则

EN 12583规定压气站设计应保证供气系统可靠、安全、稳定。管理者应制定管道系统设施维护检修计划，尽可能减少停输和放空损失。保障管道系统稳定性的途径有管道监控和保护部件冗余设计，维持必要备品备件，实时监控管道运行状况，重视失效事故调查，尽可能以高输量进行输送，备用压缩机功能性运行检查等。国家标准GB 50251规定压气站设计多为一般性原则，例如保护环境、节约能源和土地，协调与交通、公众、电力等其他行业关系，鼓励新技术工艺创新等。

针对压气站设计基本原则，我国强调环境保护和安全。欧洲标准致力于实施冗余设计、监控管理等方法保障管道供气可靠性。天然气作为高效清洁能源和重要基础设施，保障供气可靠性具有重要政治和社会意义，也是改善北方地区能源供给方式和雾霾天气的重要途径。建议我国标准将提高和保障压气站供气稳定性的相关技术措施作为设计基本原则。

2.2 布局原则

EN 12583规定应按照输送工艺流程、站场和单体设备安全、方便人员操作和气候地质等因素，进行压气站设备区和功能区的整体规划布局，输送工艺主要是过滤、计量、升压和冷却等流程；站场安全主要是规划进出站阀门实现与管道干线的隔离；人员操作主要是考虑管道不停输条件下检测和维护时设施可接近性，以及减少人为误操作的可视化指示。

中国标准缺少压气站设备区和功能区整体规划布局的原则，压气站平面图尺寸主要考虑输送工艺设施的安装距离和相互安全距离，以及压气站边界与居民区建筑物的安全距离。由于在设计阶段缺少前瞻性和预见性的规划原则，我国压缩站建成后普遍存在安全隐患，例如表现在设备区与办公区距离不足且无隔离墙防护，收发球筒距离太短对于内检测器和清管作业造成不便，油气站场合建隔离措施有限等[2]。

2.3 HSE原则

EN 12583规定运营商应建立输气管道的安全管理系统（Safety Management System，SMS）和完整性管理系统（Pipeline Integrity Management System，PIMS）。国外管道实践证明，SMS和PIMS可有效提高管道企业应对由于管材缺陷、腐蚀风险和第三方破坏造成的管道事故的应急处置能力，美国已制定SMS和PIMS的技术标准，具体可参照API RP 1173-2015《管道安全管理体系》和ASME B31.8S-2014《气体管道完整性的管理体系》等。目前我国长输管道已全面实施完整性管理程序，主要执行国家标准GB 32167-2015《油气输送管道完整性管理规范》，与API RP 1173-2015《管道安全管理体系》对比得到，安全管理系统工作流程包括HSE原则、计划和实施、检查和纠正措施、管理评审和持续改进五个环节和阶段，在实施步骤和流程方面，国内外标准和做法基本一致。

在预防环境污染方面，欧洲标准更为苛刻，例如可能发生液体污染环境的压气站应进行防渗设计，可采用集油池或者站内地下埋设防渗层的方式。国家标准GB 50251-2015《输气管道工程设计规范》在压气站选址中注重防洪、地质问题，未规定压气站可能的污染液体泄漏预防和控制措施；我国在输油站、大型油库的防渗设计方面也是非强制要求，调研俄罗斯做法是一般在储罐防火堤内地面以下1m处铺设防渗膜，防渗膜上是厚度100～150mm的碎石块或者混凝土。

3 紧急停运系统

欧洲标准EN 12583规定压气站站场ESD系统应实现的基本功能包括：

（1）泄漏火灾爆炸等紧急工况或者管道检修，站场ESD系统将压气站与管道干线隔离，不能通过控制室选择控制，只能站控或者就地操作设备；

（2）站场ESD系统可控制和出发压缩机组ESD系统，管道干线超压情况下关闭站进出站阀门，压气站内泄压。

国家标准GB 50251规定输气站站场ESD系统应具备功能：

（1）压气站上游和下游的干线截断阀关闭；

（2）压气站站内紧急放空阀打开；

（3）压缩机机组停机；

（4）切断输气工艺设备电源，不包括消防系统。

针对压缩机ESD触发条件和控制功能，欧洲标准EN 12583规定压缩机ESD系统触发后的设备控制逻辑程序为压缩机进、出口阀门关闭，压气站放空阀打开，压缩机组管道系统自动降压。国家标准GB 50251规定压缩机ESD系统触发后，压缩机进、出口阀自动关闭，防喘振阀自动开启，压缩机自动泄压。可以看出，中欧标准在压缩机ESD系统出发后的功能基本一致。

针对站ESD系统触发条件、控制范围和功能设计，欧洲标准EN 12583和国家标准GB 50251的差异在于触发条件不同，欧盟标准EN 12583为紧急工况和管道检修，国家标准GB 50251是压缩机压力、温度、喘振等参数超标，欧盟标准EN 12583触发条件更广泛；此外欧盟标准EN 12583规定站ESD系统权限等级高于压缩机ESD系统，即站场ESD系统可触发压缩机ESD系统，国内压缩机ESD系统是操作人员手动启动，这体现了国内外标准在自动化控制可靠性方面的差异。

4 压缩机操作维护

离心式压缩机主要应用干气密封，相对机械密封、碳环密封等方式，具有泄漏量少、寿命长、更换简单方面的优势。国家标准GB 50251规定干气密封系统运行中应有泄漏量高限报警值。欧洲标准EN 12583规定应规定正常条件和异常工况下干气密封和轴密封系统的泄漏量。可以看出欧洲标准针对干气密封系统的运行要求更为细致。

生产实践证明[3]，离心式压缩机运行中主要失效情形是叶轮破裂、轴瓦磨损、轴偏心、密封泄漏量大和轴承振动大，失效原因按照严重程度依次是制造缺陷、旋转失速和疲劳裂纹等，压缩机维护保养主要即针对核心旋转部件。欧洲标准EN 12583规定压缩机组的所有旋转部件，在组装之前应在工厂车间的试运行期间进行动平衡、振动幅度和疲劳测试，压气站安装施工和试运行期间进行振动检查。我国长输管道试运投产时间一般为输送介质到达末站后管道运行72h，仅依靠试运行阶段无法检测压缩机部件缺陷问题。针对压缩机旋转部件在工厂预制阶段的检测试验，国家标准GB 50251未见规定，建议补充完善。

一般认为油气站场的输油泵房或压缩机房的采暖通风设计属于辅助专业范畴，国家标准GB 50251输气站的采暖通风执行国家标准GB 50019《采暖通风与空气调节设计规范》，通风量为房内空间换气8～12次/h，一般情况下运行正常通风系统，可燃气体浓度超标启动事故通风系统。欧洲标准EN 12583规定压气站机房应采用自然通风和机械通风结合的方式，除防止可燃气体浓度超标外，还应消减设备运行产生的过多热辐射，避免人员操作设备时工作温度过高。自然通风方式的进气口应设计在压缩机组机房接近贴近地面的位置，排气口应设计在机房顶部较高的位置，尽可能减少对周围热辐射和大气的影响。欧盟标准EN 12583先进性在于规定了自然通风系统的进出口位置，国内标准GB 50251未见规定，建议补充完善。

5 压气站其他设备设施

5.1 可视化标识

针对输气站不同输送介质管道系统的涂色识别做法，包括输气管道（黄色）、消防水管道（绿色）、泡沫管道（红色）等，欧盟标准EN 12583和国家标准GB 50251的要求基本一致。目前我国油气站场在重要设备前粘贴可视化标识已成为普遍做法，有助于指导人员正确操作设备，避免误操作。可视化标识主要是应用在站场运行和设备操作维护阶段，管道干线线路安全和巡线主要依靠标志桩。EN 12583规定可能对操作人员存在危险的设备应安装警示标识，在压气站入口应设立典型设备的分类警示标识，警告进入生产区域和设备运行区域可能发生的人员伤害因素，具有借鉴意义。

5.2 紧急疏散

国家标准GB 50251未规定压气站人员紧急疏散要求，规定了压缩机房内操作人员的疏散要求，即压缩机组高于3m的操作平台应设置两条紧急逃生通道，操作平台距离最近的机房出口不应大于25m，机房门应向外保持常开状态。

欧洲标准EN 12583规定了输气站人员紧急疏散要求，即应设计至少两个出入口，其中一个为主入口，宽度应满足同时两辆并行消防车进入。EN 12583规定了输气站站控系统室的人员进入条件，针对压缩机组控制室、变电柜和压缩机机房应设置门禁权限，未授权人员不能进入和操作设备，远程控制模式下启动设备同时启动声光报警系统，警告操作人员存在设备运行风险。我国大部分油气管道所处环境恶劣，可能发生闲散人员和动物意外闯入的风险。欧洲标准既考虑了压气站整体人员疏散的要求，也考虑了重要场所授权进入的要求，国内标准应借鉴。

5.3 放空系统

针对输气站放空系统，国家标准GB 50251规定了泄放阀泄压值、放空管直径、事故应急防控和管道计划检修放空等。主要问题是如何针对压气站高、低压区域分别设置放空系统的原则存在争议，高低压串气导致泄放阀超压问题等[4]。例如国家标准GB 50251规定压气站高、低压放空管线允许接入同一汇管系统。欧盟标准EN 12583规定压气站工艺汇管连接的管道含有多个放空阀，应避免串气。压缩机组应设计不同等级的放空阀。调研俄罗斯输油站工艺管道高、低压侧划分原则是进站管道至输油泵进口端压力汇管的管段属于中压，泵出口汇管至出站管道间的管段属于高压管道，排污管线、输油泵放空管线属于低压管道。