_輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范_的幾點(diǎn)修改意見

輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范的幾點(diǎn)修改意見任啟瑞中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司,四川成都610017摘要對(duì)于正在修改的輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)設(shè)計(jì)壓力、最大操作壓力和安全閥泄放壓力的關(guān)系,設(shè)計(jì)系數(shù)選用,系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì),系統(tǒng)分析,鋼的韌性規(guī)定值提出了修改建議。關(guān)鍵詞輸氣規(guī)范修改理由建議中圖分類號(hào)TE97311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼C溫度下,用以確定容器和管道計(jì)算壁厚及其它元件尺寸的壓力值”。對(duì)于管道的設(shè)計(jì)壓力,現(xiàn)無(wú)修改必要,關(guān)鍵是將管道和容器相提并論,多年來(lái)管道和容器處于同一設(shè)計(jì)壓力時(shí),其允許最大操作壓力確有不同。一般在有氣源進(jìn)入的站場(chǎng)和壓縮機(jī)站都設(shè)有安全閥,按照壓力容器遵循的鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn),其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)按照安全閥啟跳壓力確定。安全閥定壓后,為了滿足設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力規(guī)定,其操作壓力自然要按安全閥定壓原則扣減,結(jié)果是設(shè)計(jì)63MPA壓力的管道,其起點(diǎn)輸氣壓力只能允許達(dá)到58MPA,由此管道輸量將減少9,經(jīng)濟(jì)效益變差是顯而易見的。輸氣管道系統(tǒng)正常工作條件下是一個(gè)密閉全程貫通系統(tǒng),容積大,加之氣體的可壓縮性,起端來(lái)氣壓力或壓氣站就是誤操作或儀表失靈引起超壓,其管道系統(tǒng)達(dá)到超壓的時(shí)間也很長(zhǎng)。以01016145,站間距200KM,設(shè)計(jì)壓力為10MPA計(jì)算,工作狀態(tài)下每升高01MPA壓力,需進(jìn)氣1915104M3。因此壓力升高是緩慢過(guò)程,完全來(lái)得及處理,況且站內(nèi)都設(shè)有壓力超限報(bào)警系統(tǒng)。將安全閥泄放壓力定壓不超過(guò)最大允許操作壓力MAOP的110,也就是安全閥定壓在111倍設(shè)計(jì)壓力下是有安全保證的。安全閥泄放壓力對(duì)于輸氣管道系統(tǒng)屬于瞬時(shí)超壓,這種狀況發(fā)生次數(shù)少,持續(xù)時(shí)間也不會(huì)長(zhǎng)因還1概述輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50251以下簡(jiǎn)稱規(guī)范,于1994年首次頒布實(shí)施。規(guī)范在編制過(guò)程中,結(jié)合我國(guó)國(guó)情,充分吸收了國(guó)外同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中先進(jìn)實(shí)用技術(shù),對(duì)我國(guó)輸氣管道建設(shè)技術(shù)水平的提高起到了很大的促進(jìn)作用。規(guī)范采用不同地區(qū)等級(jí)選用不同設(shè)計(jì)系數(shù)的強(qiáng)度安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,解決了我國(guó)人口眾多,居民住戶密集,管道建設(shè)安全距離很難保證的難題。對(duì)輸氣管道建設(shè)起到了指導(dǎo)作用。標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施以來(lái),利用該規(guī)范,先后成功地建成了陜甘寧北京,靖邊西安,靖邊銀川,青海澀北氣田蘭州,四川大天池輸氣干線和南干線復(fù)線等大型長(zhǎng)距離輸氣管道,使我國(guó)天然氣管道建設(shè)的技術(shù)水平提高到一個(gè)新水平。經(jīng)過(guò)8年來(lái)的實(shí)踐,規(guī)范也暴露出一些矛盾和不足。管道建設(shè)新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用,加快了管道建設(shè)的技術(shù)進(jìn)步,規(guī)范中不全面,不適用的地方也應(yīng)隨技術(shù)進(jìn)步而進(jìn)行修改,使之不斷完善。現(xiàn)就修改內(nèi)容提出以下幾點(diǎn)意見和建議。設(shè)計(jì)壓力、最大操作壓力和安全閥2泄放壓力在規(guī)范中將設(shè)計(jì)壓力定義為“在相應(yīng)的設(shè)計(jì)收稿日期2002201210作者簡(jiǎn)介任啟瑞19452,男,四川南充市人,高級(jí)工程師,1969年畢業(yè)于西南石油學(xué)院,長(zhǎng)期從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工作,曾參加多個(gè)大型輸氣管道和城市天然氣供氣工程設(shè)計(jì)和施工?，F(xiàn)任中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司副總工程師。電話02886014379。天然氣與石油22002年有壓力超限報(bào)警,允許瞬時(shí)超壓在國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中都有明確規(guī)定。在美國(guó)B3118輸氣和配氣管道系統(tǒng)8431441條對(duì)壓氣站安全泄放壓力要求中規(guī)定泄壓裝置應(yīng)保證壓縮機(jī)站的管線和設(shè)備最大允許操作壓力不超過(guò)10。加拿大油氣管線系統(tǒng)CAN/CSA2Z662299中41141112規(guī)定如果壓力控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障,或其它原因,造成管道超過(guò)管道的最大操作壓力的地方,應(yīng)安裝超壓保護(hù),以保證不超過(guò)最大超作壓力10以上或35KPA或其中較大者。在ISO136232000E石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)6131212也規(guī)定允許瞬變條件下的瞬變壓力超過(guò)最大操作壓力,條件是這種壓力發(fā)生的次數(shù)和持續(xù)時(shí)間要有限,且不超過(guò)最大操作壓力的10。綜上所述,在本次規(guī)范修改中,建議明確規(guī)定輸氣管線的最大操作壓力應(yīng)小于或等于設(shè)計(jì)壓力,安全閥的起跳壓力不得超過(guò)最大操作壓力的10,這樣可充分發(fā)揮管道的輸氣能力,經(jīng)濟(jì)效益將十分明顯。站內(nèi)設(shè)備執(zhí)行我國(guó)鋼制壓力容器的規(guī)定,其設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力按安全閥起跳壓力確定,也就是設(shè)備設(shè)計(jì)壓力是管道設(shè)計(jì)壓力的111倍,按此計(jì)算設(shè)備強(qiáng)度,但可以要求與管道系統(tǒng)相連的法蘭連接尺寸和管道對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)壓力的法蘭連接尺寸一致,就可避免由于設(shè)備設(shè)計(jì)壓力升級(jí)而導(dǎo)致法蘭、閥門都隨之壓力升級(jí)的問題。0183。在美國(guó)壓力管道規(guī)范ASMEB311821995輸氣和配氣管道系統(tǒng)中將一級(jí)地區(qū)分為一級(jí)一類和一級(jí)二類。一級(jí)一類地區(qū)是指1600M長(zhǎng),400M寬范圍內(nèi),供人居住的建筑物在10戶或以下時(shí),其設(shè)計(jì)系數(shù)大于0172,等于或小于018。我國(guó)目前已建和正在建設(shè)的管道已經(jīng)進(jìn)入無(wú)人居住的戈壁、沙漠中,該區(qū)因無(wú)人居住,管道受到損害的機(jī)會(huì)大大降低,且管道出事后對(duì)周圍安全危害影響也很小,故可以適當(dāng)提高管道的許用應(yīng)力水平。設(shè)計(jì)系數(shù)選取018后帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益顯著。以西氣東輸工程為例,該工程輪南靖邊至少有1200KM處于戈壁荒漠中,無(wú)人居住,設(shè)計(jì)系數(shù)提高后鋼材耗量和管材費(fèi)用的比較情況見表1,表中管子直徑01016MM,設(shè)計(jì)壓力10MPA,鋼級(jí)X70。表1不同設(shè)計(jì)系數(shù)比較表設(shè)計(jì)系數(shù)項(xiàng)目備注07208計(jì)算壁厚/MM選用壁厚/MM每米鋼管重/KG1200KM管材重量/T管材費(fèi)用/萬(wàn)元145145358134297562535560413113132400388800229392005900元/T從表1可以看出設(shè)計(jì)系數(shù)018較0172少用鋼材40956T,節(jié)省管材費(fèi)用24164萬(wàn)元。由于受到我國(guó)鋼板和制管質(zhì)量水平的限制,按現(xiàn)有螺旋焊縫鋼管的質(zhì)量水平,要將設(shè)計(jì)系數(shù)提高到018還有許多工作要做。鋼板的各向異性問題,管材的韌性,管口直徑偏差,現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),管道的現(xiàn)場(chǎng)試壓等都還存在一些問題尚待解決,但不排除采用進(jìn)口管材和國(guó)產(chǎn)管材質(zhì)量提高的可能。從以上分析可以看出,設(shè)計(jì)系數(shù)的提高可以節(jié)省大量費(fèi)用,若能將部分資金投入給冶金和制管行業(yè),提高管材質(zhì)量,在施工中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),提高設(shè)計(jì)系數(shù)也是可能的。標(biāo)準(zhǔn)既要規(guī)定最低要求,同時(shí)也應(yīng)給今后技術(shù)發(fā)展指明方向。建議在規(guī)范中增加“在管道通過(guò)一級(jí)地區(qū)內(nèi)無(wú)永久居住人口區(qū)段,經(jīng)安全性專題論證認(rèn)為可行條件下,強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)可提高至018”。設(shè)計(jì)系數(shù)3輸氣管道的設(shè)計(jì)系數(shù)分別為0172,016,015,014,它是按不同地區(qū)等級(jí)而分別選取的,而地區(qū)等級(jí)又是根據(jù)管道沿線人口密度居民住戶的多少來(lái)劃分的。規(guī)范中地區(qū)等級(jí)分為一、二、三、四共四個(gè)級(jí)別,設(shè)計(jì)時(shí)按地區(qū)等級(jí)分別選取設(shè)計(jì)系數(shù),進(jìn)行管子壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算。上述方法源于美國(guó)B3118輸氣和配氣管道系統(tǒng)。在國(guó)外90年代后新出版的標(biāo)準(zhǔn)中,已把設(shè)計(jì)系數(shù)提高到018。如加拿大國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)氣體管線系統(tǒng)CAN/CSA2Z1842M92中,一級(jí)地區(qū)為連續(xù)長(zhǎng)度116KM,管線兩側(cè)200M范圍內(nèi)居民住房小于等于10戶,其設(shè)計(jì)系數(shù)為018。在ISO136232000E石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)中規(guī)定在不常有人類活動(dòng)和永久性住宅地區(qū)如沙漠、凍土地區(qū)對(duì)于輸送天然氣的管道,環(huán)向應(yīng)力系數(shù)可提高到系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)4系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是將影響輸氣管道工藝方案的各種設(shè)計(jì)參數(shù),條件分別組合,構(gòu)成多個(gè)工藝方案,經(jīng)任啟瑞輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范的幾點(diǎn)修改意見第20卷第2期3工藝計(jì)算和系統(tǒng)優(yōu)化,最終確定推薦工藝方案的過(guò)程。設(shè)計(jì)參數(shù)包括輸氣壓力,管徑,鋼級(jí),鋼管類型,線路走向,站場(chǎng)布置,壓縮機(jī)壓比、功率、驅(qū)動(dòng)機(jī)類型等。設(shè)計(jì)參數(shù)構(gòu)成的工藝方案數(shù)量很多,計(jì)算工作量很大,必須采用計(jì)算軟件進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬,才能達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的目的。系統(tǒng)優(yōu)化最終目的是要在滿足給定輸送條件下,選定既能滿足輸送工藝要求,投資和運(yùn)行費(fèi)用又是最經(jīng)濟(jì)的方案。系統(tǒng)優(yōu)化在計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用之前是很難實(shí)現(xiàn)的,目前已具備了這種條件,且工程規(guī)模越來(lái)越大,也要求進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì),將系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求寫進(jìn)規(guī)范是必要的。峰能力,事故自救能力和應(yīng)采取的對(duì)策。對(duì)于大型、復(fù)雜的輸氣管道工程系統(tǒng)分析很有必要,應(yīng)納入規(guī)范的條文中。管線鋼的韌性6韌性是指含裂紋的金屬材料在破斷前吸收能量和塑性變形的能力。輸氣管線鋼韌性值的高低將直接關(guān)系管線的安全性,韌性高的鋼管,抵御外力破壞能力強(qiáng),失效時(shí)阻止裂紋擴(kuò)展能力也較強(qiáng)。為了防止管線的脆性斷裂,管線鋼應(yīng)提出韌性要求。在國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)管線鋼的韌性都已有明確規(guī)定。在B3118中規(guī)定如管徑等于或大于NPS16的管子按操作時(shí)的環(huán)向應(yīng)力為40SMYS80SMYS設(shè)計(jì)時(shí),或管徑小于NPS16的管子按操作時(shí)的環(huán)向應(yīng)力為72SMYS80SMYS設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)規(guī)定斷裂韌性指標(biāo)或其它方法以控制裂紋擴(kuò)展。在ISO13622000E國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)輸氣管道中采用的公稱直徑大于150的鐵素體,鐵素體/奧氏體或馬氏體不銹鋼或碳鋼其最小屈服強(qiáng)度小于等于360MPA的鋼級(jí),平均夏比沖擊功不小于27J,單個(gè)不小于20J。其最小屈服強(qiáng)度大于360MPA的鋼級(jí),沖擊功平均不小于40J,單個(gè)不小于30J。試驗(yàn)溫度為管線最低工作溫度。在GB971111石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第1部分,A級(jí)鋼管中,未規(guī)定沖擊韌性值,在GB97111221999B級(jí)鋼管中規(guī)定有出廠韌性要求選項(xiàng),但定貨時(shí)要注明選用安全系數(shù)的要求,不同安全系數(shù)有不同的韌性要求。近年我國(guó)建設(shè)的大型輸氣管道工程都分別提出過(guò)鋼管韌性要求,詳見表2。系統(tǒng)分析5由于我國(guó)長(zhǎng)距離輸氣管道的建設(shè)規(guī)模增大,供氣范圍和供氣量擴(kuò)大,對(duì)供氣的可靠性要求提高。系統(tǒng)的可靠性分析就顯得越來(lái)越重要。輸氣管道系統(tǒng)由長(zhǎng)距離管線、數(shù)十座壓氣站和站場(chǎng)構(gòu)成,系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都將影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,因此研究當(dāng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障后,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生的影響有多大,如何消除或降低這種影響,是系統(tǒng)分析的主要目的。系統(tǒng)分析工況主要是正常工況和不穩(wěn)定工況。正常工況是在設(shè)計(jì)預(yù)定的工藝操作運(yùn)行條件下對(duì)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的工藝參數(shù)分析,通過(guò)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)而達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的目的。不穩(wěn)定工況主要來(lái)自供用氣的不均衡性和管道系統(tǒng)自身故障,如管線破裂漏氣,壓縮機(jī)組故障停運(yùn)等。為了分析不穩(wěn)定工況對(duì)供氣可靠性的影響,必須模擬各種不穩(wěn)定工況,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算,計(jì)算出管道系統(tǒng)在不穩(wěn)定工況條件下各節(jié)點(diǎn)工藝參數(shù)和儲(chǔ)氣量,以便分析管道的調(diào)表2部分輸氣管線工程管線鋼韌性規(guī)定落錘撕裂試驗(yàn)夏比沖擊試驗(yàn)全尺