區(qū)域等級(jí)劃分

1、42 地區(qū)等級(jí)劃分421、422 我國大型輸氣管道工程建設(shè)始于20世紀(jì)50年代。管道的安全保證基本上是沿用前蘇聯(lián)大型管線設(shè)計(jì)模式，埋地管道與居民點(diǎn)、工礦企業(yè)和獨(dú)立建構(gòu)筑物之間保持一定的安全距離。后來，根據(jù)我國情況制定了埋地輸氣干線至各類建構(gòu)筑物最小安全距離、防火距離，但在執(zhí)行過程中，遇到很多矛盾，有些問題，難以解決。20世紀(jì)70年代中期參照美國國家標(biāo)準(zhǔn)ASME B318，按不同的地區(qū)等級(jí)采用不同的設(shè)計(jì)系數(shù)，做出相應(yīng)的管道設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)，地區(qū)等級(jí)不是按居民密度指數(shù)來劃分，而是以建構(gòu)筑物的安全防火類別為基礎(chǔ)，相應(yīng)地劃分出四類地區(qū)等級(jí)，設(shè)計(jì)系數(shù)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)ASME B318的規(guī)定一致，經(jīng)實(shí)踐，尚屬可行

2、。本標(biāo)準(zhǔn)在分析國外標(biāo)準(zhǔn)和總結(jié)國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，規(guī)定采用控制管道自身的安全性作為輸氣管道的設(shè)計(jì)原則?，F(xiàn)分述如下：第一，管道安全保證的兩種指導(dǎo)思想。在輸氣管道建設(shè)中的安全保證有兩種指導(dǎo)思想：一是控制管道自身的安全性，如美國國家標(biāo)準(zhǔn)ASMEB318。它的原則是嚴(yán)格控制管道及其構(gòu)件的強(qiáng)度和嚴(yán)密性，并貫穿到從管道設(shè)計(jì)、設(shè)備材料選用、施工、生產(chǎn)、維護(hù)到更新改造的全過程。用控制管道的強(qiáng)度來確保管線系統(tǒng)的安全，從而對(duì)周圍建構(gòu)筑物提供安全保證。目前歐美各國多采用這種設(shè)防原則。二是控制安全距離，如前蘇聯(lián)“大型管線”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。它雖對(duì)管道系統(tǒng)強(qiáng)度有一定的要求，但主要是控制管道與周圍建構(gòu)筑物的距離，以此對(duì)周圍建構(gòu)筑物提

3、供安全保證。四川地區(qū)30多年來輸氣管道設(shè)計(jì)、建設(shè)的實(shí)踐表明，由于我國人口眾多，地面建筑物稠密，按安全距離進(jìn)行管道設(shè)計(jì)建設(shè)，不僅選線難度大，而且即使保證了安全距離未必就能保證周圍建構(gòu)筑物和居民的安全。例如，四川付納輸氣管線(720×8)于1979年11月25日發(fā)生爆破，爆破時(shí)管道壓力為2MPa，距管道150200m遠(yuǎn)的農(nóng)舍因室內(nèi)余火未盡，引爆著火，燒毀民房8間，燒死牛1只、豬5頭。1980年付納線整改后，重新試壓至5MPa時(shí)，管子爆破，管溝中400mm×400mm×l000mm條石飛出100余米。又如，1965年4月美國路易斯安納州發(fā)生一起美國有史以來最嚴(yán)重的輸氣管

4、道爆破事故，當(dāng)場炸死17人，鋼管爆裂8m，炸出一條長8m、寬6m、深3m的大坑，把半噸多重的5塊鋼板炸到100余米遠(yuǎn)的地方。第二，加強(qiáng)管道自身安全是對(duì)管道周圍建筑物安全的重要保證。對(duì)于任何地區(qū)的管道僅就承受內(nèi)壓而言，應(yīng)是安全可靠的。如果存在有可能造成管道損傷的不安全因素，就需采取一定的措施以保證管道的安全。歐美國家輸氣管道設(shè)計(jì)采取的主要的安全措施，是隨著公共活動(dòng)的增加而降低管道應(yīng)力水平，即增加管道壁厚，以強(qiáng)度確保管道自身的安全，從而對(duì)管道周圍建筑物提供安全保證。這種“公共活動(dòng)”的定量方法就是確定地區(qū)等級(jí)，并使管道設(shè)計(jì)與相應(yīng)的設(shè)計(jì)系數(shù)相結(jié)合。美國OPSR統(tǒng)計(jì)資料表明，處在三、四級(jí)地區(qū)的商業(yè)區(qū)、工

5、業(yè)區(qū)、住宅區(qū)的管道外力事故是很低的。在這些地區(qū)主要采取降低管道應(yīng)力的方法增加安全度。按不同的地區(qū)等級(jí)，采用不同的設(shè)計(jì)系數(shù)(F)來保證管道周圍建構(gòu)筑物的安全。顯然這種做法比采取安全距離適應(yīng)性強(qiáng)，線路選擇比較靈活，也較經(jīng)濟(jì)合理。第三，強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)(F)。管道安全性的判斷是許用應(yīng)力值，使用條件不同其值亦異。即使在同樣條件下，根據(jù)各國國情，其值亦有所不同。美國國家標(biāo)準(zhǔn)ASME B318按管道使用條件對(duì)許用應(yīng)力值有詳細(xì)的規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)1992年以前規(guī)定的許用應(yīng)力值在0.4s0.72s之間。其最大許用應(yīng)力值（0.72s）與其他用途管道相比，除與液體輸送管線系統(tǒng)ANSI B314規(guī)定的許用應(yīng)力值相等外，均比其

6、他壓力管線的許用應(yīng)力值高。因?yàn)檩敋夤芫€設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)系數(shù)o72時(shí)，管道應(yīng)處在野外和人口稀少的地區(qū)，一旦發(fā)生事故，對(duì)外界的危害程度不大。同時(shí)管道外形較工廠管線簡單，安全度小些應(yīng)是合理的。其最小許用應(yīng)力值(o4s)與ANSIB313化工和煉油廠管線基本一致。采用設(shè)計(jì)系數(shù)O4時(shí)，管道應(yīng)處在人口稠密和樓房集中交通頻繁的地區(qū)。由于輸氣管道聚集了大量的彈性壓縮能量，管道一旦發(fā)生破壞，對(duì)周圍環(huán)境危害甚大。因此，應(yīng)降低許用應(yīng)力值，提高安全度，以確保管道周圍建構(gòu)筑物的安全。此外在該類地區(qū)的線路截?cái)嚅y最大間距為8km，管道發(fā)生事故時(shí)，氣體向外釋放量較其他地區(qū)少，從而把危害降低到最低跟度。根據(jù)國內(nèi)外的大量實(shí)踐證明，按

7、不同的地區(qū)等級(jí)采用不同的設(shè)計(jì)系數(shù)來設(shè)計(jì)管道是安全可靠的。合理使用管材強(qiáng)度在經(jīng)濟(jì)上是合理的。本規(guī)范采用的設(shè)計(jì)系數(shù)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)ASME B318一致，即O。72、06、O5、04。第四，地區(qū)等級(jí)劃分。美國國家標(biāo)準(zhǔn)ASME B318按不同的居民(建筑物)密度指數(shù)將輸氣管道沿線劃分為四個(gè)地區(qū)等級(jí)。其劃分的具體方法是以管道中心兩側(cè)各18英里(201m)范圍內(nèi)，任意劃分成長度為1英里的若干管段，在劃定的管段區(qū)域內(nèi)計(jì)算供人居住獨(dú)立建筑物(戶)數(shù)目，定為該區(qū)域的居民(建筑物)密度指數(shù)，并以此確定地區(qū)等級(jí)。法國燃?xì)夤芫€安全規(guī)程(1977年版)則劃分為三個(gè)地區(qū)等級(jí)。其劃分標(biāo)準(zhǔn)是沿管道中心兩側(cè)各200m范 圍內(nèi)，

8、按每公頃面積上計(jì)算住宅或住人場所的密度指數(shù)。各國的地區(qū)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表5。我國幅員遼闊，東西南北的地區(qū)特征差別甚大。根據(jù)我們多年來的工作實(shí)踐，按居民(建筑物)密度指數(shù)劃分四個(gè)地區(qū)等級(jí)，進(jìn)行相應(yīng)的管道設(shè)計(jì)是適宜的。同時(shí)，從我國實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)居民(建筑物)密度指數(shù)的確定做了一些改變。本規(guī)范采用沿管道中心線兩側(cè)各200m范圍內(nèi)，任意劃分長度為2km的若干管段區(qū)域，按劃定區(qū)域內(nèi)供人居住的獨(dú)立建筑物(戶)數(shù)目(以數(shù)目多者為準(zhǔn))確定居民(建筑物)密度指數(shù)(見表4)。我國是世界上人口最多的國家，現(xiàn)有人口超過1l億。我國人口分布很不均勻，東部人口密度大，沿海地區(qū)每平方公里300人以上；西部人口密度小，每平方

9、公里40多人。全國平均每平方公里110人。農(nóng)村人口約占全國人口的738，全國農(nóng)村人口平均每平方公里約87人。如果農(nóng)村以每4人為一戶來計(jì)算獨(dú)立建筑物數(shù)，則居民(建筑物)密度指數(shù)每平方公里約為217。若按本規(guī)范提出的管段劃分區(qū)域(08平方公里)計(jì)算，則指數(shù)為17。四川地區(qū)農(nóng)村人口較多，且分散居住，以往輸氣管道設(shè)計(jì)系數(shù)大都采用o6，相當(dāng)于二級(jí)地區(qū)。若按ANSI B318規(guī)定的指數(shù)，則四川三級(jí)地區(qū)管道長度增加較多。本規(guī)范根據(jù)我國實(shí)際情況，規(guī)定了居民(建筑物)密度(見表4)。綜上所述，用提高輸氣管道自身的安全度來保證管道周圍建構(gòu)筑物的安全是積極的。與用安全距離來保證管道周圍建構(gòu)筑物的安全相比，前者較為合

10、理，已被當(dāng)今許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家所采用。因此，本規(guī)范采用提高管道自身強(qiáng)度安全的原則。國外20世紀(jì)90年代出版的標(biāo)準(zhǔn)中，有把設(shè)計(jì)系數(shù)提高到o8的例子。加拿大國家標(biāo)準(zhǔn)石油和天然氣管線系統(tǒng)CSAZ66299規(guī)定，一級(jí)地區(qū)在連續(xù)長度16km，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)可為08，同時(shí)規(guī)定，按照加拿大國家標(biāo)準(zhǔn)管線鋼管CAN/CSAZ2451和美國國家標(biāo)準(zhǔn)管線鋼管APl 5L之外的標(biāo)準(zhǔn)制造的鋼管，其設(shè)計(jì)壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力不得大于72最小屈服應(yīng)力。國際標(biāo)準(zhǔn)石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)ISO 13623：2000(E)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))，天然氣輸送

11、管道的環(huán)向應(yīng)力系數(shù)可提高到083，但該標(biāo)準(zhǔn)壁厚計(jì)算公式略有不同。英國及歐洲標(biāo)準(zhǔn)天然氣供氣系統(tǒng)最大操作壓力超過16bar的管線的基本要求SB ENll5942000中規(guī)定最大設(shè)計(jì)系數(shù)O. 72。從1992年起，美國輸氣和配氣管道系統(tǒng)ASMEB318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)設(shè)計(jì)系數(shù)大于o，72、等于或小于o8，并說明該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在實(shí)際操作應(yīng)力水平高于B318以前推薦使用的應(yīng)力水平的輸氣管道運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上制定的，規(guī)定當(dāng)設(shè)計(jì)系數(shù)為o8時(shí)，強(qiáng)度試驗(yàn)壓力應(yīng)達(dá)到125倍設(shè)計(jì)壓力，試驗(yàn)介質(zhì)為水。美國聯(lián)邦強(qiáng)制性法規(guī)聯(lián)邦管道安全法49 CFR 192天然氣部分(1999年版)對(duì)一級(jí)地區(qū)的設(shè)

12、計(jì)系數(shù)并未提高，仍然為072。聯(lián)邦管道安全法49 CFRl92是美國聯(lián)邦法規(guī)，輸氣和配氣管道系統(tǒng))ASME B318是美國國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在美國國內(nèi)，當(dāng)二者有沖突時(shí)，以聯(lián)邦管道安全法為準(zhǔn)。提高設(shè)計(jì)系數(shù)，可減少管道壁厚，節(jié)省鋼材，經(jīng)濟(jì)效益明顯。但設(shè)計(jì)系數(shù)提高，管材應(yīng)力水平提高，相對(duì)安全系數(shù)降低，若冶金、制管、焊接施工中不能保證質(zhì)量，會(huì)存在較大風(fēng)險(xiǎn)。目前國內(nèi)一級(jí)地區(qū)大都使用國產(chǎn)管材，其冶金、制管質(zhì)量與國際標(biāo)準(zhǔn)尚存在一定差距，在施工和焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方面還未完全達(dá)到國際水平。此外，我國目前尚無在大于o72許用應(yīng)力條件下運(yùn)行大然氣輸送管道的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，結(jié)合我國實(shí)際條件，暫時(shí)沒有將o8的設(shè)計(jì)系數(shù)列入本規(guī)范。423、424 本規(guī)范規(guī)定在一、二、三、四級(jí)地區(qū)，設(shè)計(jì)系數(shù)分別為o72o6、o5、o4，這種相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在某些情況下有例外。如在一級(jí)地區(qū)內(nèi)的特殊地段穿(跨)越河流、鐵路、公路以及輸氣站附近的管道，則不能套用相應(yīng)的地區(qū)等級(jí)來確定管道的設(shè)計(jì)系數(shù)，為避免混淆，本條文對(duì)各種情況作了明確的規(guī)定，以便正確選用管道設(shè)計(jì)系數(shù)。輸氣管道穿越鐵路、公路，國內(nèi)外有關(guān)調(diào)研資料認(rèn)為，設(shè)置穿越鋼套管對(duì)陰極保護(hù)起屏蔽作用，投資增加，還可能產(chǎn)生不均勻沉陷等不利因素。前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)大型管線CH2050685規(guī)定，大型管線穿越鐵路和公路應(yīng)設(shè)置鋼質(zhì)保護(hù)套管。法國燃料氣管線系統(tǒng)安全規(guī)程規(guī)定，輸氣管線穿越鐵路，公路應(yīng)設(shè)置套