淺談天然氣放散

淺談天然氣放散

Summary：天然氣管道放散是燃?xì)夤に囍胁豢苫蛉钡牟糠?，在設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行中存在一些規(guī)范未明確的地方，本文對(duì)天然氣放散相關(guān)的放散方法、計(jì)算管徑、時(shí)間、放散管安全間距、設(shè)置要求、檢測(cè)及試驗(yàn)作出整理匯總，對(duì)天然氣管道放散系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出分析建議。Keys：天然氣、放散管、放散時(shí)間、安全間距、焊接檢測(cè)、分析建議前言放散管是燃?xì)夤こ滩豢苫蛉钡囊徊糠?，是保障天然氣的安全?shí)施的有力措施。當(dāng)某種原因使控制點(diǎn)的壓力超過設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)將燃?xì)鈿庠辞袛嗷驅(qū)⒊瑝喝細(xì)馀欧胖链髿?，以保護(hù)設(shè)備、管線和用戶的安全。為保障放散時(shí)的安全和衛(wèi)生，需要在設(shè)計(jì)時(shí)合理確定放散管的高度及其與建筑物之間的距離。但是目前對(duì)于放散管是不是屬于壓力管道范疇，放散管的焊接探傷比例、級(jí)別；放散管的強(qiáng)度試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)需要執(zhí)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等名義明確的要求。放散管顧名思義就是一種專門用來排放管道內(nèi)部的氣體的管道，放散裝置主要是指用來排放空氣或燃?xì)獾南到y(tǒng)裝置。在管道投入運(yùn)行時(shí)利用放散管排出管內(nèi)空氣。在管道或設(shè)備檢修時(shí)，可利用放散管排放管內(nèi)的燃?xì)猓乐乖诠艿纼?nèi)形成爆炸性的混合氣體。其作用是對(duì)下游設(shè)備進(jìn)行超壓保護(hù)，對(duì)壓力較高，流速較快的氣體進(jìn)行放散，火炬用放散管上應(yīng)設(shè)置阻火器，防止回火。放散方法普遍采用的放散方法為直接空氣排放法，燃燒放散法，回收利用法。其中，回收利用放散天然氣的做法是，對(duì)于較大量的壓力較低的天然氣放散氣采用的是通過天然氣機(jī)組以壓縮天然氣的方式進(jìn)行回收，由于壓縮天然氣要求的壓力高，因此天然氣機(jī)組的能耗非常高，且由于天然氣機(jī)組的體積較大，因此不利于對(duì)于城鎮(zhèn)管網(wǎng)或者場(chǎng)地設(shè)備中的、壓力較低的放散天然氣的回收。而放散天然氣若不進(jìn)行有效、及時(shí)的回收，除了造成大量的天然氣浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)惡化環(huán)境空氣。緊急泄漏發(fā)散方法由于地形地貌、自然災(zāi)害，管道腐蝕、第三方破壞等因素，不可避免會(huì)出現(xiàn)一些天然氣泄漏，普通小型泄漏發(fā)生時(shí)，因天然氣密度比空氣輕，會(huì)在空氣中快速擴(kuò)散，但是當(dāng)天然氣設(shè)施某一管段或某點(diǎn)出現(xiàn)大量泄漏、爆炸等緊急事故時(shí)，就需要緊急泄漏處理，通常的處理方法是：迅速關(guān)閉事故管段兩端閥門，在放散短接處連接一根軟管接至空曠位置，需離開事故泄漏場(chǎng)所，以免二次事故，再連接到一根簡(jiǎn)易放散管底端入口，開始放空后，在該放散管頂部直接點(diǎn)火，將天然氣燃燒后排放，以盡量減少天然氣在事故點(diǎn)處的泄漏量，降低爆炸、閃火、噴射火等嚴(yán)重事故發(fā)生概率和后果，并避免大量甲烷泄漏帶來的嚴(yán)重環(huán)境污染問題。這類簡(jiǎn)易放散管在其底部一般焊接有固定支架，用石塊等重物壓在支架上以固定放散管。此方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，可緊急快速放散，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。但缺點(diǎn)也很明顯，放散口燃燒時(shí)對(duì)周圍建筑有明顯危害，放散管徑小，放散速度慢，需要時(shí)間長(zhǎng)，且因壓力變化，初期放散時(shí)壓力較高，容易脫火或熄火，放散后期時(shí)，壓力降低，容易產(chǎn)生回火。實(shí)際操作時(shí)，點(diǎn)火也存在很大的安全隱患。放散管直徑目前，燃?xì)飧黝悎?chǎng)站的放散形式以集中放散為主，在放散管的設(shè)計(jì)中，需注意放散管的直徑應(yīng)能保證在一定時(shí)間內(nèi)排除需放散的氣體量。應(yīng)根據(jù)下游用戶最低用氣壓力要求確定管道開始放空初始?jí)毫?，一般情況下，起始泄放壓力為設(shè)計(jì)壓力的一半左右。放散管的管徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值一般可選取主管管徑的1/2~1/3。放散管內(nèi)流速不超過0.5馬赫，可參考《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH3009-2013）附錄中的計(jì)算公式反算放空管管徑。具體應(yīng)根據(jù)工程情況進(jìn)行選用。依據(jù)API521中7.3.4.1條，當(dāng)放散管出口氣體流速在150m/s時(shí)，能夠提供相對(duì)較好的擴(kuò)散效果，因此馬赫數(shù)m在0.4~0.5選取，放散時(shí)間按照下式計(jì)算：式中T——放散時(shí)間、min；F——選擇系數(shù)；理想孔F=1.0，直通閘閥F=1.6，普通閘閥F=1.8，涂潤(rùn)滑脂旋塞閥F=2.0，P——管道放空初始?jí)毫?MPa；D——管道內(nèi)徑/mm；G——天然氣相對(duì)密度；L——截?cái)嚅y門的間距/km；d——放空管內(nèi)徑/mm。放空管為放散管直接引入垂直表站場(chǎng)放空管管徑設(shè)置表序號(hào)放空量（Nm3/h）放空管公稱直徑（mm）1≤187510021876~375015033751~562520045626~750025057501~12000300放散管安全間距的相關(guān)規(guī)范城鎮(zhèn)燃?xì)夤こ陶緢?chǎng)的放散管系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要遵循的《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50028-2006）（2020版）、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）(2018年版)）《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50183-2004）《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50156-2021）、《壓縮天然氣供應(yīng)站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51102-2016）等規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。放散管要求集中放散裝置的放散管與站內(nèi)建、構(gòu)筑物的防火間距不應(yīng)小于表6.5.12-2的規(guī)定；放散管管口高度應(yīng)高出距其25m內(nèi)的建構(gòu)筑物2m以上，且不得小于10m；集中放散裝置宜設(shè)置在站內(nèi)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)鈽?biāo)志標(biāo)準(zhǔn)》CJJ／T153-2010及《石油化工設(shè)備管道鋼結(jié)構(gòu)表面色和標(biāo)志規(guī)定》SHT3043-2014要求，放散管的標(biāo)志顏色為紅色。放散管是否屬于壓力管道？根據(jù)《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第一部分：總則》的適用范圍，壓力管道為最高工作壓力大于或等于0.1MPa（表壓），介質(zhì)為氣體、液化氣體、蒸汽或可燃、易爆、有毒、有腐蝕性、最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體，且公稱直徑大于或等于50mm的管道。天然氣場(chǎng)站（分輸站、門站、儲(chǔ)配站等場(chǎng)站）的工藝裝置、輔助裝置以及界區(qū)內(nèi)公用工程所屬的壓力管道均適用于《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道》GB/T20801-2020。

壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第3部分：設(shè)計(jì)和計(jì)算GB/T20801.3-2020設(shè)計(jì)壓力的確定原則，裝有安全泄放裝置的管道，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于安全泄放裝置的設(shè)定壓力（或最大標(biāo)定爆破壓力）但GB/T20801.6-2020中4.1.5a）和4.1.5c）規(guī)定的情況除外。放散管是屬于工藝管道，雖然是放散時(shí)承受瞬時(shí)壓力，不承受長(zhǎng)期壓力，但瞬時(shí)壓力較大，若設(shè)計(jì)施工檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到壓力管道的要求，恐發(fā)生放散泄漏事故，危害較大，由此可見，放散管是按照壓力管道設(shè)計(jì)，那么放散管的檢測(cè)、試壓等也應(yīng)按照壓力管道的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。放散管道檢查、檢驗(yàn)管道焊縫在進(jìn)行無損檢測(cè)之前，焊縫及其附近的表面應(yīng)對(duì)放散管道元件及管道在加工制作、焊接、安裝過程進(jìn)行檢查，需外觀質(zhì)量檢查合格，否則會(huì)影響無損檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和完整性。外觀檢查貫穿于管道組成件和支承件的檢查驗(yàn)收、管道加工、制作、安裝、檢驗(yàn)和試驗(yàn)的全過程。關(guān)于焊縫的射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)的方法執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)問題，考慮目前國內(nèi)壓力管道基本都執(zhí)行《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》NB／T47013—2015標(biāo)準(zhǔn)，尤其是壓力管道安全監(jiān)察時(shí)也執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)?！冻袎涸O(shè)備無損檢測(cè)》對(duì)不同類型的材料和不同焊縫提出的質(zhì)量等級(jí)評(píng)定規(guī)定：射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)分為A、AB、B三個(gè)級(jí)別，其中A級(jí)最低，B級(jí)最高。超聲檢測(cè)的技術(shù)等級(jí)分為A、B、C三個(gè)級(jí)別，其中A級(jí)最低，C級(jí)最高。射線和超聲檢測(cè)技術(shù)等級(jí)的選擇應(yīng)根據(jù)管道的重要程度，由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)文件規(guī)定?？紤]到管道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件的限制，允許用超聲檢測(cè)代替射線檢測(cè)，但必須經(jīng)設(shè)計(jì)和建設(shè)單位同意。業(yè)主是安全生產(chǎn)的責(zé)任主體，而設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)所設(shè)計(jì)管道的安全可靠性負(fù)責(zé)。除設(shè)計(jì)文件或焊接工藝規(guī)程有特殊要求的焊縫外，應(yīng)在焊接完成后立即除去熔渣、飛濺，并應(yīng)將焊縫表面清理干凈，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行外觀檢查。根據(jù)《石油天然氣站內(nèi)工藝管道工程施工規(guī)范》（GB50540-2009）總則中規(guī)定了石油天然氣站內(nèi)管道工程施工的焊接焊縫檢驗(yàn)要求。管道對(duì)接焊縫和角焊縫應(yīng)進(jìn)行100%外觀檢查，待外觀檢查合格后方可允許對(duì)其進(jìn)行無損檢測(cè)。無損檢測(cè)檢查的比例及合格驗(yàn)收的等級(jí)應(yīng)符合下列要求:1管道焊縫應(yīng)進(jìn)行100%無損檢測(cè)，檢測(cè)方法應(yīng)優(yōu)先選用射線檢測(cè)或超聲波檢測(cè)。管道最終的連頭段、穿越段的對(duì)接焊縫應(yīng)進(jìn)行100%的射線檢測(cè)和100%超聲波無損檢測(cè)。2縫進(jìn)行射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)時(shí)，設(shè)計(jì)壓力大于40MPa為Ⅱ級(jí)合格設(shè)計(jì)壓力小于或等于4.0MPa為Ⅲ級(jí)合格。3磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)應(yīng)按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測(cè)》SY/T4109的規(guī)定進(jìn)行。壓力試驗(yàn)壓力試驗(yàn)應(yīng)以液體為試驗(yàn)介質(zhì)，允許在采取周密的安全措施前提下，當(dāng)管道的設(shè)計(jì)壓力小于或等于0．6MPa時(shí)，也可采用氣體為試驗(yàn)介質(zhì)，但應(yīng)采取有效的安全措施。根據(jù)《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》（GB50235-2010）中強(qiáng)制性條文的規(guī)定：“輸送極度和高度危害介質(zhì)以及可燃介質(zhì)的管道，必須進(jìn)行泄漏性試驗(yàn)”。哪些管道應(yīng)做泄漏性試驗(yàn)，應(yīng)由設(shè)計(jì)文件根據(jù)管道系統(tǒng)輸送介質(zhì)的性質(zhì)來確定。依據(jù)《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管道》TSGD0001—2009做了強(qiáng)制性條文的規(guī)定：“輸送極度和高度危害介質(zhì)以及可燃介質(zhì)的管道，必須進(jìn)行泄漏性試驗(yàn)”。總結(jié)與建議1、放散管建議按照壓力管道進(jìn)行設(shè)計(jì)，做100%無損檢測(cè)，必須做壓力試驗(yàn).2、站場(chǎng)放散對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)忾T站或調(diào)壓站的放散現(xiàn)象進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，由檢修、改造導(dǎo)致的放散所占的比例較高，相比較于就地放散，集中放散更為安全，因此，城鎮(zhèn)燃?xì)忾T站或調(diào)壓站放散多數(shù)采用集中放散，并設(shè)置的有點(diǎn)火裝置的放空火炬。門站或調(diào)壓站等城鎮(zhèn)燃?xì)獾奶烊粴庹緢?chǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)基本均設(shè)有ESD緊急切斷閥，出現(xiàn)事故時(shí)，進(jìn)出站ESD閥關(guān)斷，放散管自動(dòng)放空。放空的氣體基本為干燥氣體，且僅為站場(chǎng)內(nèi)工藝設(shè)備和管道內(nèi)的天然氣，放空量相比于長(zhǎng)輸管線的很小，且站場(chǎng)放散屬于小概率事件，運(yùn)行后在站內(nèi)設(shè)備檢修和緊急事故時(shí)才會(huì)出現(xiàn)放散。建議門站或調(diào)壓站等城鎮(zhèn)燃?xì)獾奶烊粴庹緢?chǎng)的放散管僅考慮放空，不設(shè)置有點(diǎn)火功能的放空火炬。3、因?yàn)榉派⒐苁墙ㄖ锏淖罡唿c(diǎn)，如處于防雷區(qū)之外時(shí)，容易遭到雷擊而引起火災(zāi)或燃?xì)獗?。所以放散管必須設(shè)置接地引線。根據(jù)《中華人民共和國爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安全規(guī)程》的規(guī)定，確定引線接地電阻應(yīng)小于10Ω。4、集中放散管宜選用自力式放散管，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范中相應(yīng)站場(chǎng)與站內(nèi)外