輸氣管線放管設(shè)置的合規(guī)分析

輸氣管線放管設(shè)置的合規(guī)分析

目前，中國是美國和俄羅斯之后的全球第三大天然氣消費(fèi)國。2014年，中國天然氣年產(chǎn)量為1800128mm。1輸氣站放空系統(tǒng)的組成及功能輸氣站是輸氣管道工程的主要構(gòu)成之一,而放空系統(tǒng)又是輸氣站不可缺少的內(nèi)容。由于處理工藝及介質(zhì)的差異較大,輸氣站的放空系統(tǒng)與油氣田站場、石油化工廠相比,無論是在放空介質(zhì),還是在工藝流程環(huán)節(jié)都要簡單的多。圖1為輸氣管道工程典型分輸站工藝流程圖。為使放空系統(tǒng)表達(dá)的更清楚,圖1對除放空系統(tǒng)以外的內(nèi)容進(jìn)行了簡化處理。從圖1所示看出,輸氣站的放空系統(tǒng)一般由泄壓設(shè)備(閥)、管線、放空管(或放空火炬)組成,其主要功能包括設(shè)備放空、站場放空、站外管線放空。設(shè)備放空:壓縮機(jī)組、儀表風(fēng)儲(chǔ)罐、排污罐等設(shè)備上設(shè)有安全閥,當(dāng)設(shè)備壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)安全閥起跳,實(shí)現(xiàn)緊急放散;同時(shí)設(shè)備還有手動(dòng)放空,能夠在檢修時(shí)實(shí)現(xiàn)放空;站場放空:工藝裝置區(qū)各管段都設(shè)有手動(dòng)放空,在設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢修時(shí)可將管段內(nèi)天然氣放空。站內(nèi)進(jìn)、出口處安裝了緊急放空閥BDV和限流孔板,BDV與ESD系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),根據(jù)具體情況可實(shí)現(xiàn)保壓關(guān)斷或泄壓關(guān)斷。當(dāng)站內(nèi)出現(xiàn)緊急事故,全站一級關(guān)斷時(shí),BDV閥門迅速自動(dòng)開啟,將天然氣通過放空管放空;站外管線放空:通過進(jìn)、出站緊急關(guān)斷閥前后的放空閥能夠?qū)⒄緢雠c上、下游截?cái)嚅y室間的天然氣,實(shí)施檢維修。簡單來說,輸氣站的放空系統(tǒng)就是為完成超壓泄放、緊急放空及開、停工或檢修時(shí)排放出的天然氣進(jìn)行收集和處理而設(shè)置的。在放空系統(tǒng)中,放空管或放空火炬是天然氣排至大氣的最后一道工序,區(qū)別在于前者是將天然氣(甲烷)直接排入大氣,后者是將甲烷燃燒轉(zhuǎn)化為二氧化碳(與水蒸氣)后排入大氣,兩者對周邊安全、環(huán)境影響各有不同,本文僅對其周邊安全的影響進(jìn)行分析。2模型材料的應(yīng)用為從安全角度更好地對放空管與放空火炬進(jìn)行比較,本文對放空管擴(kuò)散范圍和放空火炬熱輻射范圍進(jìn)行模擬計(jì)算。計(jì)算采用的軟件為SAFERTRACETM化學(xué)事件分析系統(tǒng),TRACE軟件可用于泄漏到大氣中的有毒、易燃、易爆等化工產(chǎn)品的危險(xiǎn)評估,可通過一整套復(fù)雜的計(jì)算方法來模擬儲(chǔ)罐故障、管線泄漏、泄漏源的物理現(xiàn)象、重質(zhì)氣體模擬、高斯擴(kuò)散等有毒、易燃?xì)怏w的泄漏,還可模擬熱輻射半徑和爆炸超壓沖擊區(qū)域,幫助我們建立一整套用于處理緊急事件的行動(dòng)方案,由于TRACE軟件的強(qiáng)大功能和靈活性,TRACE軟件已廣泛地用于意外泄漏模擬、潛在危險(xiǎn)評估、風(fēng)險(xiǎn)管理方案、量化風(fēng)險(xiǎn)評估、人員傷害評估等領(lǐng)域。通過該軟件建立的“天然氣擴(kuò)散影響”的相關(guān)模型,均基于高斯模型。該模型為穩(wěn)態(tài)泄放擴(kuò)散模擬,天然氣擴(kuò)散范圍分為兩個(gè)區(qū)域。在第一區(qū)域中,初始釋放濃度和速度(被假定為均勻分布在整個(gè)出口平面)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚狗植?。在第二區(qū)即的流動(dòng)區(qū)域中,速度和濃度分布具有一定的高斯形狀。模型中,假定噴射流建立的柱的橫截面是圓形羽狀區(qū)域內(nèi)的。在噴射流建立區(qū)域由于大氣湍流的各向異性,橫截面為橢圓狀,主要的軸的DZY和DSZ’為常數(shù)。見圖2。為便于放空管與放空火炬對周邊的影響分析比較,根據(jù)目前國內(nèi)輸氣管道工程的輸氣站放空系統(tǒng)設(shè)置情況,選擇三種工況條件進(jìn)行模擬:工況一:泄放量1.2×10工況二:泄放量4.0×10工況三:泄放量10.0×10模擬條件為:①放空管影響范圍為天然氣爆炸下限,即在空氣中5%濃度時(shí),距離管中心位置的最大擴(kuò)散距離;②放空火炬影響范圍為距地面一定高度時(shí),水平面所受的熱輻射強(qiáng)度為1.58kW/m各工況下放空管與放空火炬對周邊的影響范圍模擬情況見圖3~圖20,具體數(shù)值匯總見表1。通過SAFERTRACETM建立的“天然氣擴(kuò)散影響”模型對各工況下放空管與放空火炬對周邊的影響范圍進(jìn)行模擬的結(jié)果表明:①雖然兩者影響因素不同,前者控制的是安全距離,后者控制的是熱輻射,但綜合比較,在泄放量相同的情況下,放空管較放空火炬的影響范圍小的多;②在一定的范圍內(nèi),放空量對放空管的影響不大,但對放空火炬的影響很大;③在一定的范圍內(nèi),風(fēng)速對放空管的影響不大,但對放空火炬的影響很大。3放空管道的設(shè)置美國國家標(biāo)準(zhǔn)《GasTransmissionandDistributionPipingSystems》ASMEB31.8-2012第843.3.3“安全裝置”、第843.3.4“壓縮機(jī)站限壓要求”、第845.3“對于泄壓設(shè)計(jì)和限壓裝置要求”以及第846“閥門”等條款均對放空作了規(guī)定,“緊急停車系統(tǒng)應(yīng)在站內(nèi)氣體區(qū)域以外至少設(shè)兩個(gè)能單獨(dú)使用的操作點(diǎn),最好設(shè)在壓縮機(jī)站圍墻出口附近,但距站界不要超過150m。放空管應(yīng)延伸到在放空氣體時(shí)不會(huì)危及壓縮機(jī)站及附近區(qū)域的位置”、“泄壓閥的放空管線應(yīng)延伸到放氣時(shí)不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)之處。放空管線應(yīng)有足夠的流通能力,使其不阻礙泄壓閥的動(dòng)作”、“泄壓設(shè)備的排氣孔、放空管或出口應(yīng)安裝在易于排放到大氣而不會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生危害的地方。應(yīng)該考慮暴露在附近的情況,包括天然氣管道與電力線并行時(shí)應(yīng)考慮排污管線排出的氣體遠(yuǎn)離電導(dǎo)體。需要保護(hù)的設(shè)備,排氣孔或放空管應(yīng)加雨罩防止進(jìn)入水”、“陸上新的輸氣干線在實(shí)施時(shí)應(yīng)安裝截?cái)嚅y,當(dāng)管道維修或出現(xiàn)緊急事故時(shí)用來隔離。當(dāng)確定截?cái)嚅y間距時(shí),首先考慮截?cái)嚅y易于操作的安裝的位置”、“分段截?cái)嚅y應(yīng)安裝在易于接近操作的地方,并且保護(hù)不受到損壞或隨意操作。若裝有放空閥,選擇時(shí)安裝位置應(yīng)保證在放空過程不會(huì)截?cái)嚅y產(chǎn)生危害”“安裝放空閥,便于主閥門之間的管線均能放空。放空管線規(guī)格和能力,應(yīng)滿足在緊急情況的快速放空”。俄羅斯СНиП2.05.06-85《干線管道設(shè)計(jì)規(guī)范》也規(guī)定了在截?cái)嚅y之間的輸氣管段兩端,壓縮機(jī)站的接通樞紐及清管器收發(fā)站,應(yīng)設(shè)置放空管?！遁敋夤艿拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50251-2003在編制過程參考了ASMEB31.8的作法,其第3.4條“輸氣管道的安全泄放”規(guī)定,“輸氣站應(yīng)在進(jìn)站截?cái)嚅y上游和出站截?cái)嚅y下游設(shè)置泄壓放空設(shè)施”、“輸氣干線截?cái)嚅y上下游均應(yīng)設(shè)置放空管。放空管應(yīng)能迅速放空兩截?cái)嚅y之間管段內(nèi)的氣體。放空閥之間與放空管直徑應(yīng)相等”、“輸氣站存在超壓可能的受壓設(shè)備和容器,應(yīng)設(shè)置安全閥。安全閥泄放的氣體可引入同級壓力的放空管線”、“放空氣體應(yīng)經(jīng)放空豎管排入大氣,并應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)和安全防火要求”、“輸氣干線放空豎管應(yīng)設(shè)在圍墻外,與站場及其他建(構(gòu))筑物的距離應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50183的規(guī)定”?！妒吞烊粴夤こ淘O(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50183-2004第4.0.8條規(guī)定,“火炬和放空管宜位于石油天然氣站場生產(chǎn)區(qū)最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè),且宜布置在站外地勢較高處。火炬和放空管與石油天然氣站場的防火間距:火炬由本規(guī)范第5.2.1條確定;放空管放空量等于或小于1.2×10從中看出,ASMEB31.8強(qiáng)調(diào)的是輸氣干線及壓縮機(jī)站應(yīng)設(shè)置放空系統(tǒng),型式為放空閥或放空管,而《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50251對放空管的設(shè)置規(guī)定參照了ASMEB31.8的相關(guān)條款內(nèi)容,是一致的,主要是放空量、安全距離等涉及到《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50183的規(guī)定中存在含糊的問題,如放空管的防火間距是否合理,超過4×104輸氣管道工程放空管設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及問題①放空管控制的是天然氣爆炸下限,即在空氣中5%濃度時(shí),距管中心位置的最大擴(kuò)散距離,放空火炬控制的是距地面一定高度時(shí),水平面所受的熱輻射強(qiáng)度為1.58kW/m②工程建設(shè)必須執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,且首先應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求,而國外標(biāo)準(zhǔn)僅為參考。對輸氣管道工程項(xiàng)目來說,《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50251-2003對放空管的要求已經(jīng)十分明確,關(guān)鍵在《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50183-2004對放空量的規(guī)定較為模糊,目前《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50251-2015已經(jīng)建設(shè)部頒布,將于2015年10月1日起實(shí)施,其在放空管的規(guī)定要求上更進(jìn)一步作了明確要求,而《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50183正在報(bào)批中。因此放空管的采用,在國家標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行方面是不存在問題的。③從事故概率角度,人們的目標(biāo)是“零容忍”,即追求事故概率為零。按照事故概率理論,全過程的事故概率為過程事故概率的乘積,其應(yīng)為內(nèi)部條件和外部條件的組合,對于輸氣管道工程的放空管來說,事故概率需考慮到結(jié)構(gòu)本體、操作規(guī)范、周邊環(huán)境、自然條件以及人的活動(dòng)等,其事故概率是很小的,從國內(nèi)外輸氣管道工程事故統(tǒng)計(jì)來看,尚未出現(xiàn)因設(shè)置放空管發(fā)生安全事故的案例。④設(shè)置放空管較放空火炬也是最為經(jīng)濟(jì)的做法。輸氣管道事故放空的頻率非常低,一般多出現(xiàn)在管道工程改擴(kuò)建以及系統(tǒng)檢維修時(shí)的放空,量小且時(shí)間短,完全可以采用放空管,目前線路截?cái)嚅y室就是這種作法。放空火炬的投資較放空管大的多,且設(shè)置復(fù)雜,電氣元件多,反