输气站场放空系统安全设计的问题与建议

邱瑜杰

摘要：放空系统是天然气长输管道输气站场的重要安全设施，对整个输气站安全设计至关重要。本文从设计角度阐述了输气站场放空系统设计流程，并梳理目前输气站场放空系统安全设计中常遇到的放空防火间距控制、放空阻火器设置、放空噪音制三个方面的做法和存在的问题，最后针对各个问题提出了相应的设计建议。

关键词：输气站场;放空;设计;建议

引言

放空系统是天然气长输管道输气站场的重要安全设施，放空系统设计是否科学合理，对后续输气管道和输气站场能否安全运营，起着关键性的作用。随着国民经济水平的不断发展，天然气的用气需求日益上升，长输管道的设计压力、管径也屡创新高，如中俄东线，最大设计压力可达12MPa，最大管径为1422mm，使得输气站场放空系统设计难度相应提升。另外，随着我国城市化建设水平不断提升，地方政府和人民群众对生命财产安全以及环保方面的要求越来越严，输气站放空伴随的噪声、环境问题也日益突出。以上多个原因，均使得放空系统在安全评价和安全设施设计审查中受到高度重视。

1、输气站场放空系统的一般设计流程

输气站场放空系统设计一般按站内紧急放空和站外线路放空两种工况分别核算后确定，设计步骤如下：

1.1站内紧急放空设计

①根据站场工艺设计参数确定放空源初始放空压力与放空温度，根据管道布置确定待放空天然气总体积。并利用Aspen HYSYS软件模拟计算放空源的最大瞬时放空流量、最低放空温度，放空目标为15min内系统压力降至气源压力的一半。

②根据管道布置，利用Aspen Flare System Analyzer软件建立放空立管路模型，试算并最终确定各放空汇管、放空立管尺寸参数，并计算放空噪音值。此过程一般控制放空马赫数不高于0.5。

③利用PHAST软件模拟放空立管放空的扩散半径、放空火炬放空的热辐射半径，并根据模拟结果确定合理的放空立管、放空火炬安全间距。

1.2站外线路放空设计

站外线路放空设计过程与站内紧急放空设计过程第②、③步相同，主要区别在于第①步中，线路放空计算采用TGNET软件确定线路放空的最大瞬时放空流量、最低放空温度，放空目标为12h内系统压力降至常压50kPa。

2、输气站场放空系统安全设计常见问题

2.1放空防火间距存在“规范盲区”问题

目前，放空立管防火间距执行GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》相关规定：当输气站用放空立管放空时，如果放空量不超过1.2×104m3/h，放空立管到输气站的间距不应小于10m;如果放空量不超过4×104m3/h，放空立管到输气站的间距不应小于40m。但是，以上放空防火间距规定存在“盲区”。

首先，对于放空量大于4×104m3/h的情形，规范没有明确规定。在实际放空过程中，瞬时放空流量最大值出现在放空初始阶段。在放空最后阶段，放空量随时间推移呈现迅速衰减变化，瞬时放空流量明显减小。对于高压力、大管径的线路放空而言，放空初始流量很容易超过4×104m3/h，比如初始压力12MPa、总容积200×104m3的天然气放空，瞬时放空流量可达9～10×104m3/h。在此种情况下，放空立管防火间距是参照40m间距设置，还是增大安全间距，抑或是否改为点火放空，几种做法存在争议。

其次，规范对输气阀室放空立管防火间距也没有明确规定。国内长输管道根据地区等级不同每32、24、12、8km必须设置线路截断阀室，在线路放空方面，阀室与站场承担着几乎等同的放空工作。站场放空立管设置于站外，以满足规范防火间距要求，然而阀室放空立管设置国内做法不尽相同。例如西一线、西二线参照站场放空立管布置要求将放空立管设置在阀室围墙40m以外区域，西三线、中俄东线则将阀室设置在围墙内，两种做法均无规范可循。

2.2放空系统是否设置阻火器存在两难选择

阻火器是安装于易燃易爆气体管路上，用于防止外部火焰返窜回火、阻止火焰蔓延的装置。目前，输气站放空系统是否设置阻火器存在两难选择。一方面，阻火器是由具有许多毫米级细小通道或孔隙的固体材料的阻火元件组成，其结构不利于放空气体的顺畅排除。而且由于放空气体经节流膨胀后温度很低，一旦放空温度低于天然气露点温度，或者外界雨水通过放空立管流入管道，容易使阻火器发生冰堵。另一方面，如不设置阻火器，对于点火放空而言，存在回火隐患，明显不合理;对于冷放空而言，虽然一般情况下放空过程无明火，但仍存在易燃易爆云团被外部火源以及遇雷电意外点燃的风险，如不采取防回火措施，也存在安全风险。

2.3放空系统设计较少考虑放空降噪的需求

输气站场放空过程伴随高噪声问题，噪声主要来源是放空立管出口高速喷出的天然气形成的强烈喷注噪声，喷注噪声具有声级高、频带宽、传播远的特点。降低噪声的主要方法是控制放空流速和排放压力，放空流速每减小一半，噪声减小24dB。但是目前国内多数输气站场放空系统的设置较少考虑放空降噪需求，如超音速放空立管的流速可达300m/s，放空噪音超过115dB，一般放空立管流速达到150m/s，放空噪声超过85dB，强烈的噪声会给操作人员及群众带来强烈不适和恐慌。

3、输气站场放空系统安全设计的建议

3.1 对于GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》的“规范盲区”问题，由于该标准使用状态仍为现行，因此，输气站场放空系统设计一方面仍然要严格执行该规范的相关规定;另一方面，对于用冷放空流量大于4×104m3/h的“规范盲区”工况以及阀室的放空工况，建议设计过程中一定要建立放空扩散模型，并以放空气体50%浓度爆炸下限的扩散半径作为确定防火间距的依据，并在施工图纸中根据该扩散半径标出放空安全警戒线。同时建议运营人员在放空作业时，应严格按照施工图纸要求设立警戒，隔绝火源。此外，對于高风险地区设置的放空立管，建议增加热辐射强度半径的复核防火间距，防止放空气体意外被点燃引起不可接受后果发生。最后，也建议标准主管部门、主编部门在后续修订中，填补“规范盲区”，合理指导放空系统的安全设计。

3.2放空系统管道阻火器就像一把双刃剑，即避免了管道回火安全隐患，又增大了放空系统堵塞风险。建议在阻火器设置时遵循以下原则：①对于冷放空，由于出现放空气体被意外引燃概率较低，因此可以考虑不设置阻火器，但在放空前应做好更加严格的防火安全排查，避免在雷暴天气进行放空操作。②对于点火放空，如条件允许，尽量采用其它防回火措施，如放空汇管采用氮气吹扫+燃料气保压，放空火炬采用速度密封器。③如果必须设置阻火器，应规定阻火器的流通能力和压力降在设计允许范围内。另外，建议对阻火器设置待爆破装置的旁通回路，阻火器前后设置压力检测装置，以判断阻火器是否存在堵塞，防止阻火器堵塞后管道憋压的情况发生。

3.3为了尽可能减少放空噪声，建议放空系统设计时，由于放空压力通常在临界压力以下，可适当增大放空立管管径以降低放空立管出口流速，将流速控制在30～40m/s，以达到降噪目的，但放空流速不宜再低，否则反而不利于放空气体扩散。另外，国内输气站均未使用过放空消声器，但在化肥厂、热电厂以及各类空分装置的排气放空口上已有普遍应用，其消声效果可达30dB，因此建议在新建站场放空立管逐步推广放空消声器的使用，对于已建站场而言也具备改造可能。

参考文献

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