《输气管道工程设计规范》的几点修改意见

输气管道工程设计规范的几点修改意见第20卷第2期2002年6月天然气与石油NATURALGASANDOILVO120NO2JUN2002文章编号1006一SS392OO2O2000103输号管厘工程设计规菹硇几点修改意见任启瑞中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司,四川成都610017摘要对于正在修改的输气管道工程设计规范中有关设计压力,最大操作压力和安全阀泄放压力的关系,设计系数选用,系统优化设计,系统分析,钢的韧性规定值提出了修改建议关键词输气规范修改理由建议中图分类号TE9731文献标识码C1概述输气管道工程设计规范GB50251以下简称规范,于1994年首次颁布实施规范在编制过程中,结合我国国情,充分吸收了国外同行业标准规范中先进实用技术,对我国输气管道建设技术水平的提高起到了很大的促进作用规范采用不同地区等级选用不同设计系数的强度安全设计准则,解决了我国人口众多,居民住户密集,管道建设安全距离很难保证的难题对输气管道建设起到了指导作用标准颁布实施以来,利用该规范,先后成功地建成了陕甘宁一北京,靖边一西安,靖边银川,青海涩北气田一兰州,四川大天池输气干线和南干线复线等大型长距离输气管道,使我国天然气管道建设的技术水平提高到一个新水平经过8年来的实践,规范也暴露出一些矛盾和不足管道建设新工艺,新技术,新材料的不断应用,加快了管道建设的技术进步,规范中不全面,不适用的地方也应随技术进步而进行修改,使之不断完善现就修改内容提出以下几点意见和建议2设计压力,最大操作压力和安全阀泄放压力在规范中将设计压力定义为”在相应的设计温度下,用以确定容器和管道计算壁厚及其它元件尺寸的压力值”对于管道的设计压力,现无修改必要,关键是将管道和容器相提并论,多年来管道和容器处于同一设计压力时,其允许最大操作压力确有不同一般在有气源进入的站场和压缩机站都设有安全阀,按照压力容器遵循的钢制压力容器标准,其设计压力应按照安全阀启跳压力确定安全阀定压后,为了满足设备的设计压力规定,其操作压力自然要按安全阀定压原则扣减,结果是设计63MPA压力的管道,其起点输气压力只能允许达到58A,由此管道输量将减少9,经济效益变差是显而易见的输气管道系统正常工作条件下是一个密闭全程贯通系统,容积大,加之气体的可压缩性,起端来气压力或压气站就是误操作或仪表失灵引起超压,其管道系统达到超压的时间也很长以1016145,站间距200KM,设计压力为10MPA计算,工作状态下每升高01MPA压力,需进气19510M3因此压力升高是缓慢过程,完全来得及处理,况且站内都设有压力超限报警系统将安全阀泄放压力定压不超过最大允许操作压力MAOP的110,也就是安全阀定压在11倍设计压力下是有安全保证的安全阀泄放压力对于输气管道系统属于瞬时超压,这种状况发生次数少,持续时间也不会长因还收稿日期2002一O110作者简介任启瑞1945一,男,四川南充市人,高级工程师,1969年毕业于西南石油学院,长期从事油气储运工作,曾参加多个大型输气管道和城市天然气供气工程设计和施工现任中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司副总工程师电话028860143792天然气与石油2002正有压力超限报警,允许瞬时超压在国外标准中都有明确规定在美国B318输气和配气管道系统843441条对压气站安全泄放压力要求中规定泄压装置应保证压缩机站的管线和设备最大允许操作压力不超过10加拿大油气管线系统CAN/CSAZ66299中41412规定如果压力控制系统出现故障,或其它原因,造成管道超过管道的最大操作压力的地方,应安装超压保护,以保证不超过最大超作压力10以上或35KPA或其中较大者在ISO136232000E石油天然气工业管道输送系统国际标准6322也规定允许瞬变条件下的瞬变压力超过最大操作压力,条件是这种压力发生的次数和持续时间要有限,且不超过最大操作压力的10综上所述,在本次规范修改中,建议明确规定输气管线的最大操作压力应小于或等于设计压力,安全阀的起跳压力不得超过最大操作压力的10,这样可充分发挥管道的输气能力,经济效益将十分明显站内设备执行我国钢制压力容器的规定,其设备的设计压力按安全阀起跳压力确定,也就是设备设计压力是管道设计压力的11倍,按此计算设备强度,但可以要求与管道系统相连的法兰连接尺寸和管道对应设计压力的法兰连接尺寸一致,就可避免由于设备设计压力升级而导致法兰,阀门都随之压力升级的问题3设计系数输气管道的设计系数分别为072,06,05,04,它是按不同地区等级而分别选取的,而地区等级又是根据管道沿线人口密度居民住户的多少来划分的规范中地区等级分为一,二,三,四共四个级别,设计时按地区等级分别选取设计系数,进行管子壁厚设计计算上述方法源于美国B3184输气和配气管道系统在国外90年代后新出版的标准中,已把设计系数提高到08如加拿大国家标准气体管线系统CANAZ184一M92中,一级地区为连续长度16KM,管线两侧200M范围内居民住房小于等于10户,其设计系数为08在ISO136232000E石油天然气工业管道输送系统中规定在不常有人类活动和永久性住宅地区如沙漠,冻土地区对于输送天然气的管道,环向应力系数可提高到083在美国压力管道规范ASMEB31819954输气和配气管道系统中将一级地区分为一级一类和一级二类一级一类地区是指1600M长,400M宽范围内,供人居住的建筑物在10户或以下时,其设计系数大于072,等于或小于08我国目前已建和正在建设的管道已经进入无人居住的戈壁,沙漠中,该区因无人居住,管道受到损害的机会大大降低,且管道出事后对周围安全危害影响也很小,故可以适当提高管道的许用应力水平设计系数选取08后带来的经济效益显着以西气东输工程为例,该工程轮南一靖边至少有1200KM处于戈壁荒漠中,无人居住,设计系数提高后钢材耗量和管材费用的比较情况见表1,表中管子直径1016MM,设计压力10MEA,钢级X70表1不同设计系数比较表项目备注计算壁厚/MM145131选用壁厚/MM145131每米钢管重/35813324001200KM管材重量/T429756388800管材费用历元25355604229392005900元/T从表1可以看出设计系数08较072少用钢材40956T,节省管材费用24164万元由于受到我国钢板和制管质量水平的限制,按现有螺旋焊缝钢管的质量水平,要将设计系数提高到08还有许多工作要做钢板的各向异性问题,管材的韧性,管口直径偏差,现场焊接质量标准,管道的现场试压等都还存在一些问题尚待解决,但不排除采用进口管材和国产管材质量提高的可能从以上分析可以看出,设计系数的提高可以节省大量费用,若能将部分资金投入给冶金和制管行业,提高管材质量,在施工中严把质量关,提高设计系数也是可能的标准既要规定最低要求,同时也应给今后技术发展指明方向建议在规范中增加“在管道通过一级地区内无永久居住人口区段,经安全性专题论证认为可行条件下,强度设计系数可提高至08”4系统优化设计系统优化设计是将影响输气管道工艺方案的各种设计参数,条件分别组合,构成多个工艺方案,经第20卷第2期任启瑞输气管道工程设计规范的几点修改意见3工艺计算和系统优化,最终确定推荐工艺方案的过程设计参数包括输气压力,管径,钢级,钢管类型,线路走向,站场布置,压缩机压比,功率,驱动机类型等设计参数构成的工艺方案数量很多,计算工作量很大,必须采用计算软件进行静态和动态模拟,才能达到系统优化的目的系统优化最终目的是要在满足给定输送条件下,选定既能满足输送工艺要求,投资和运行费用又是最经济的方案系统优化在计算机技术运用之前是很难实现的,目前已具备了这种条件,且工程规模越来越大,也要求进行系统优化设计,将系统优化设计的要求写进规范是必要的5系统分析由于我国长距离输气管道的建设规模增大,供气范围和供气量扩大,对供气的可靠性要求提高系统的可靠性分析就显得越来越重要输气管道系统由长距离管线,数十座压气站和站场构成,系统的每一个环节出现故障都将影响到整个系统的可靠性,因此研究当某一环节出现故障后,对整个系统可靠性产生的影响有多大,如何消除或降低这种影响,是系统分析的主要目的系统分析工况主要是正常工况和不稳定工况正常工况是在设计预定的工艺操作运行条件下对系统各节点的工艺参数分析,通过调整运行参数而达到系统优化运行的目的不稳定工况主要来自供用气的不均衡性和管道系统自身故障,如管线破裂漏气,压缩机组故障停运等为了分析不稳定工况对供气可靠性的影响,必须模拟各种不稳定工况,对系统进行动态计算,计算出管道系统在不稳定工况条件下各节点工艺参数和储气量,以便分析管道的调峰能力,事故自救能力和应采取的对策对于大型,复杂的输气管道工程系统分析很有必要,应纳入规范的条文中6管线钢的韧性韧性是指含裂纹的金属材料在破断前吸收能量和塑性变形的能力输气管线钢韧性值的高低将直接关系管线的安全性,韧性高的钢管,抵御外力破坏能力强,失效时阻止裂纹扩展能力也较强为了防止管线的脆性断裂,管线钢应提出韧性要求在国外标准中对管线钢的韧性都已有明确规定在B318中规定如管径等于或大于NPS16的管子按操作时的环向应力为40SMYS80SMYS设计时,或管径小于NPS16的管子按操作时的环向应力为72SMYS80SMYS设计时,应规定断裂韧性指标或其它方法以控制裂纹扩展在ISO13622000E国际标准中对输气管道中采用的公称直径大于150的铁素体,铁索体便氏体或马氏体不锈钢或碳钢其最小屈服强度小于等于360MPA的钢级,平均夏比冲击功不小于27J,单个不小于20J其最小屈服强度大于360MPA的钢级,冲击功平均不小于40J,单个不小于30J试验温度为管线最低工作温度在G