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、建設(shè)、運行中存在一些規(guī)范未明確的地方，本文對天然氣放散相關(guān)的放散方法、計算管徑、時間、放散管安全間距、設(shè)置要求、檢測及試驗作出整理匯總，對天然氣管道放散系統(tǒng)的設(shè)計提出分析建議。Keys：天然氣、放散管、放散時間、安全間距、焊接檢測、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實施的有力措施。?dāng)某種原因使控制點的壓力超過設(shè)定值時，自動將燃?xì)鈿庠辞袛嗷驅(qū)⒊瑝喝細(xì)馀欧胖链髿猓员Ｗo設(shè)備、管線和用戶的安全。為保障放散時的安全和衛(wèi)生，需要在設(shè)計時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、級別；放散管的強度試驗、氣密性試驗需要執(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。在管道投入運行時利用放散管排出管內(nèi)空氣。在管道或設(shè)備檢修時，可利用放散管排放管內(nèi)的燃?xì)?，防止在管道?nèi)形成爆炸性的混合氣體。其作用是對下游設(shè)備進行超壓保護，對壓力較高，流速較快的氣體進行放散，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組以壓縮天然氣的方式進行回收，由于壓縮天然氣要求的壓力高，因此天然氣機組的能耗非常高，且由于天然氣機組的體積較大，因此不利于對于城鎮(zhèn)管網(wǎng)或者場地設(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行有效、及時的回收，除了造成大量的天然氣浪費，同時會惡化環(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，不可避免會出現(xiàn)一些天然氣泄漏，普通小型泄漏發(fā)生時，因天然氣密度比空氣輕，會在空氣中快速擴散，但是當(dāng)天然氣設(shè)施某一管段或某點出現(xiàn)大量泄漏、爆炸等緊急事故時，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，需離開事故泄漏場所，以免二次事故，再連接到一根簡易放散管底端入口，開始放空后，在該放散管頂部直接點火，將天然氣燃燒后排放，以盡量減少天然氣在事故點處的泄漏量，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)點是操作簡單，可緊急快速放散，降低安全風(fēng)險。但缺點也很明顯，放散口燃燒時對周圍建筑有明顯危害，放散管徑小，放散速度慢，需要時間長，且因壓力變化，初期放散時壓力較高，容易脫火或熄火，放散后期時，壓力降低，容易產(chǎn)生回火。實際操作時，點火也存在很大的安全隱患。放散管直徑目前，燃?xì)飧黝悎稣镜姆派⑿问揭约蟹派橹?，在放散管的設(shè)計中，需注意放散管的直徑應(yīng)能保證在一定時間內(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壓力，一般情況下，起始泄放壓力為設(shè)計壓力的一半左右。放散管的管徑根據(jù)經(jīng)驗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)計規(guī)范》（SH3009-2013）附錄中的計算公式反算放空管管徑。具體應(yīng)根據(jù)工程情況進行選用。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，能夠提供相對較好的擴散效果，因此馬赫數(shù)m在0.4~0.5選取，放散時間按照下式計算：式中T——放散時間、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，涂潤滑脂旋塞閥F=2.0，P——管道放空初始壓力/MPa；D——管道內(nèi)徑/mm；G——天然氣相對密度；L——截斷閥門的間距/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放空管管徑設(shè)置表序號放空量（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)夤こ陶緢龅姆派⒐芟到y(tǒng)設(shè)計主要遵循的《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》（GB50028-2006）（2020版）、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014）(2018年版)）《石油天然氣工程設(shè)計防火規(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)沸點的液體，且公稱直徑大于或等于50mm的管道。天然氣場站（分輸站、門站、儲配站等場站）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)計和計算GB/T20801.3-2020設(shè)計壓力的確定原則，裝有安全泄放裝置的管道，其設(shè)計壓力應(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，雖然是放散時承受瞬時壓力，不承受長期壓力，但瞬時壓力較大，若設(shè)計施工檢測標(biāo)準(zhǔn)達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，那么放散管的檢測、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、檢驗管道焊縫在進行無損檢測之前，焊縫及其附近的表面應(yīng)對放散管道元件及管道在加工制作、焊接、安裝過程進行檢查，需外觀質(zhì)量檢查合格，否則會影響無損檢測結(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收、管道加工、制作、安裝、檢驗和試驗的全過程。關(guān)于焊縫的射線檢測和超聲波檢測的方法執(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》NB／T47013—2015標(biāo)準(zhǔn)，尤其是壓力管道安全監(jiān)察時也執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)?！冻袎涸O(shè)備無損檢測》對不同類型的材料和不同焊縫提出的質(zhì)量等級評定規(guī)定：射線檢測技術(shù)等級分為A、AB、B三個級別，其中A級最低，B級最高。超聲檢測的技術(shù)等級分為A、B、C三個級別，其中A級最低，C級最高。射線和超聲檢測技術(shù)等級的選擇應(yīng)根據(jù)管道的重要程度，由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計文件規(guī)定。考慮到管道現(xiàn)場檢測條件的限制，允許用超聲檢測代替射線檢測，但必須經(jīng)設(shè)計和建設(shè)單位同意。業(yè)主是安全生產(chǎn)的責(zé)任主體，而設(shè)計單位應(yīng)對所設(shè)計管道的安全可靠性負(fù)責(zé)。除設(shè)計文件或焊接工藝規(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，同時應(yīng)進行外觀檢查。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要求。管道對接焊縫和角焊縫應(yīng)進行100%外觀檢查，待外觀檢查合格后方可允許對其進行無損檢測。無損檢測檢查的比例及合格驗收的等級應(yīng)符合下列要求:1管道焊縫應(yīng)進行100%無損檢測，檢測方法應(yīng)優(yōu)先選用射線檢測或超聲波檢測。管道最終的連頭段、穿越段的對接焊縫應(yīng)進行100%的射線檢測和100%超聲波無損檢測。2縫進行射線檢測和超聲波檢測時，設(shè)計壓力大于40MPa為Ⅱ級合格設(shè)計壓力小于或等于4.0MPa為Ⅲ級合格。3磁粉檢測或滲透檢測應(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》SY/T4109的規(guī)定進行。壓力試驗壓力試驗應(yīng)以液體為試驗介質(zhì)，允許在采取周密的安全措施前提下，當(dāng)管道的設(shè)計壓力小于或等于0．6MPa時，也可采用氣體為試驗介質(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，必須進行泄漏性試驗”。哪些管道應(yīng)做泄漏性試驗，應(yīng)由設(shè)計文件根據(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，必須進行泄漏性試驗”?？偨Y(jié)與建議1、放散管建議按照壓力管道進行設(shè)計，做100%無損檢測，必須做壓力試驗.2、站場放散對城鎮(zhèn)燃?xì)忾T站或調(diào)壓站的放散現(xiàn)象進行分析發(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)獾奶烊粴庹緢鲈O(shè)計建設(shè)時基本均設(shè)有ESD緊急切斷閥，出現(xiàn)事故時，進出站ESD閥關(guān)斷，放散管自動放空。放空的氣體基本為干燥氣體，且僅為站場內(nèi)工藝設(shè)備和管道內(nèi)的天然氣，放空量相比于長輸管線的很小，且站場放散屬于小概率事件，運行后在站內(nèi)設(shè)備檢修和緊急事故時才會出現(xiàn)放散。建議門站或調(diào)壓站等城鎮(zhèn)燃?xì)獾奶烊粴庹緢龅姆派⒐軆H考慮放空，不設(shè)置有點火功能的放空火炬。3、因為放散管是建筑物的最高點，如處于防雷區(qū)之外時，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場所電氣安全規(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，在選擇時應(yīng)根據(jù)規(guī)范中相應(yīng)站場與站內(nèi)外