國內(nèi)外輸氣管道放空系統(tǒng)設計標準分析

國內(nèi)外輸氣管道放空系統(tǒng)設計標準分析

輸氣管道的開放式系統(tǒng)由開放式管道和開放式點的火安裝組成。站場放空系統(tǒng)的作用:實施站場檢修時,通過放空系統(tǒng)排放站場內(nèi)所有管路、設備中的天然氣;站場發(fā)生意外或進出站壓力超壓時,通過放空系統(tǒng)排放相關(guān)管路、設備中的天然氣。線路閥室放空系統(tǒng)的作用:當兩閥室間的管道實施檢修或發(fā)生意外時,通過放空系統(tǒng)迅速排放管道中的天然氣。天然氣放空與周圍安全及環(huán)境衛(wèi)生密切相關(guān),因此放空管和火炬的設置需要根據(jù)相關(guān)標準規(guī)定進行設計。目前國內(nèi)輸氣管道工程在放空系統(tǒng)設置方面主要遵循GB50251-2003《輸氣管道工程設計規(guī)范》和GB50183-2004《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》。新建管道的口徑越來越大、壓力越來越高,在東部發(fā)達地區(qū)和城市規(guī)劃區(qū),根據(jù)上述標準規(guī)定的放空立管和放空火炬安全防火距離的要求,輸氣管道站場及閥室存在占地大、投資高、選址困難等問題,嚴重制約我國輸氣管道的發(fā)展。1相關(guān)標準1.1《可燃性氣體排放系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50251-2003給出了輸氣管道放空系統(tǒng)設置的總體、原則性規(guī)定。GB50183-2004適用于新建、擴建和改建的陸上油氣田工程,管道站場工程和海洋油氣田陸上終端工程的防火設計,其給出了放空系統(tǒng)防火安全間距、位置、高度等要求。GB50160-2008《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》規(guī)范了石油化工企業(yè)新建、擴建或改建工程的防火設計。SY/T10043-2002《卸壓和減壓系統(tǒng)指南》等同采用API521-1997《泄壓和減壓系統(tǒng)導則》,用于指導分析過壓原因、確定泄放速率、選擇和設計處理系統(tǒng)(包括容器、火炬及放空煙囪之類的系統(tǒng)部件)。目前API521已經(jīng)升級到API/ANSI521-2007(ISO23257:2008<IDT>)?，F(xiàn)行的火炬設計計算執(zhí)行標準SH3009-2001《石油化工企業(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體排放系統(tǒng)設計規(guī)范》及HG/T20570-95《火炬系統(tǒng)設置》。前者規(guī)定了石油化工企業(yè)新建、擴建或改建燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體排放系統(tǒng)的工程設計;后者規(guī)定了處理石油化工廠、煉油廠發(fā)生事故或正常生產(chǎn)中排放的大量易燃、有毒、有腐蝕性氣體的火炬系統(tǒng)的設計。1.2火炬系統(tǒng)的選擇和維護國外放空系統(tǒng)和放空火炬的設計普遍采用API521-2007(ISO23257:2008<IDT>)《泄壓和減壓系統(tǒng)導則》和API537《通用煉油及石油化工設施火炬細則》。API/ANSI521-2007(ISO23257:2008<IDT>)為分析超壓原因,確定單項釋放量以及選擇、設計火炬和放空塔等處理系統(tǒng)提供指南。API/ANSI537-2008(ISO24257:2008<IDT>)規(guī)定了煉化廠和石油化工企業(yè)火炬的機械設計、運行和維護等相關(guān)要求。國外其他放空系數(shù)和放空火炬設計相關(guān)標準有:ASMEB31.8-2010《輸氣和配氣管道系統(tǒng)》、DEP80.45.10.10-Gen《壓力泄放、緊急泄壓、火炬和放空系統(tǒng)》、CSAZ662-2007《油氣管道系統(tǒng)》、ISO13623-2009《石油和天然氣工業(yè)-管道輸送系統(tǒng)》、ОНТП51-1-85《干線輸氣管道工藝設計規(guī)范》、СНиП2.05.06-85《干線管道設計規(guī)范》。2在國內(nèi)外標準差異分析2.1放空時間及放空量GB50251-2003明確規(guī)定輸氣站應在進站截斷閥上游和出站截斷閥下游設置泄壓放空設施。輸氣干線截斷閥上下游均應設置放空管。放空管應能迅速放空兩截斷閥之間管段內(nèi)的氣體。放空閥直徑應與放空管直徑相等此外,GB50251-2003只提到放空管應能迅速放空兩截斷閥之間管段內(nèi)的天然氣,對于管道放空時間無具體規(guī)定,目前設計多按10~12h計算,小時放空量大,導致噪音大,容易使周圍群眾產(chǎn)生恐慌。俄羅斯СНиП2.05.06-85《干線管道設計規(guī)范》規(guī)定:在截斷閥之間的輸氣管段兩端,壓縮機站的接通樞紐及清管器收發(fā)站,應設置放空管。當輸氣管道直徑小于1000mm時,放空管至截斷閥的距離不小于15m;當輸氣管道直徑不小于1000mm時,放空管至截斷閥的距離不小于50m。放空管的直徑,應根據(jù)截斷閥之間的輸氣管段在1.5~2h的排空條件確定。截斷閥和放空管距離不屬于輸氣管道的建筑物不小于300m2.2火炬的防火間距國外放空系統(tǒng)和放空火炬的設計普遍采用API521和API537,根據(jù)輻射熱計算,確定火炬筒中心至必須限制輻射熱強度(或熱流密度)的受熱點之間的安全距離,但未明確規(guī)定安全距離。國內(nèi)防火間距參照API521輻射熱計算確定,對于可能攜帶可燃性液體的高架火炬,還規(guī)定了最小防火間距。GB50183-2004規(guī)定了石油天然氣站場與周圍居住區(qū)、相鄰工礦企業(yè)、交通線等的防火間距,火炬的防火間距應經(jīng)輻射熱計算確定?？赡軘y帶可燃液體的高架火炬與外部設施的防火間距:距人口密度大于100人的居民區(qū)、村鎮(zhèn)、公共福利設施、相鄰廠礦企業(yè)、100人以下散居房屋、35kV及以上獨立變電所120m;距鐵路、高速公路、架空電力線路、國家Ⅰ級和Ⅱ級架空通信線80m;距一般公路、一般架空通信線60m,距爆破作業(yè)場地(如采石場)300m。石油天然氣站場的放空管,按可能攜帶可燃液體的火炬間距減少50%設計,火炬和放空管宜位于站場生產(chǎn)區(qū)最小頻率風向的上風側(cè),且宜布置在站外地勢較高處?；鹁婧头趴展芘c石油天然氣站場的防火間距:火炬依據(jù)GB50183-2004規(guī)范第5.2.1條確定;當放空量不大于1.2×102.3火炬放空ISO13623-2009明確規(guī)定選擇放空或火炬系統(tǒng)時宜考慮到的危險及約束條件有:放空氣體的窒息效應;放空氣體被雜散電流、靜電或其他潛在點火源點燃著火的危險;噪聲水平極限(范圍);對飛行器運動的危害,特別是在近海裝置及終端附近飛行的直升機;水合物的形成;閥門凍結(jié);鋼管的脆性斷裂效應殼牌公司在工程設計文件shellDEP80.45.10.10-Gen《壓力泄放,緊急泄壓,火炬和放空系統(tǒng)》也提出了選取放空系統(tǒng)或火炬需要考慮的因素:對環(huán)境的影響;處理系統(tǒng)的安全性和完整性,考慮介質(zhì)是否包含不可燃成分;當?shù)胤煞ㄒ?guī);經(jīng)濟評價GB50183-2004未明確管道放空是否采用火炬或點火放空,但在實際設計時,輸氣站場均設放空管,點火放空;所有閥室均設放空立管,防火間距按小時放空量確定。據(jù)分析,國內(nèi)輸氣管道事故放空的頻率非常低,管道線路通常因改擴建、改線等放空,為可控的計劃放空,故輸氣管道閥室可以只設放空管,不點火。管道站場放空系統(tǒng)執(zhí)行站內(nèi)檢修和緊急放空功能,屬于小概率事件,放空量小,放空立管可不設點火設施。2.4量總中的較大值SH3009-2001明確了火炬總管設計排放量的求取方法:選取系統(tǒng)內(nèi)最大排放裝置的一次最大排放量和同一事故中幾個裝置同時泄放的排放量總和中的較大值。排放氣體的質(zhì)量流量應選取最大排放量,但也應該考慮到現(xiàn)場在事故狀態(tài)下或計劃內(nèi)檢修時可采用多地點排放,避免火炬尺寸過大API521提出:防止超壓的設計首先需要考慮可能引起超壓的各種事故,然后根據(jù)產(chǎn)生壓力的大小分析此時必須的泄放流量。不同原因引起超壓的設備及大小都是不同的,設計時,應將每一泄放裝置對應每種事故,以列表的形式羅列最大泄放量,并將可能同時發(fā)生事故的泄放量疊加,找出極端值2.5增設油氣排放的限制GB50251-2003規(guī)定輸氣站場的放空豎管應設在圍墻外,其與站外及其他建(構(gòu))筑物的距離應符合GB50183-2004的規(guī)定。其高度應比附近建(構(gòu))筑物高出2m以上,且總高度不應小于10m。向大氣排放的可燃氣體排氣筒、放空管的高度,GB50160-2008API521-2007認為:若將可燃氣體直接排入大氣,當排放口速度大于150m/s時,可燃氣體與空氣迅速混合并稀釋至可燃氣體爆炸下限以下是安全的。當將完全由蒸氣組成的烴類氣流泄放到大氣中時,因蒸氣與空氣混合形成的可燃混合物將不可避免地出現(xiàn)在出口下游;多數(shù)情況下,單個安全泄放閥通過自身放空管垂直向上排出時,可燃區(qū)域?qū)⒈幌拗圃谛狗鸥叨纫陨舷喈斢邢薜目纱_定范圍以內(nèi)。因此規(guī)定在向大氣放空可燃蒸氣的場合,放空出口應該比鄰近設備、樓房、煙囪或其他結(jié)構(gòu)物高出約3m。綜上可見,國內(nèi)標準關(guān)于放空管高度設置的規(guī)定更加詳細具體,基本可以滿足生產(chǎn)需求。2.6放空火炬的設計國內(nèi)外火炬的設計計算均參考API521的做法,包括確定火炬筒直徑、高度,根據(jù)輻射熱計算,確定火炬筒中心至必須限制輻射熱強度(或熱流密度)的受熱點之間的安全距離。API521規(guī)定:確定放空管系尺寸時,應該使可能同時泄放的各安全閥后的累積回壓限制在該安全閥定壓的10%左右。API521附錄C給出了完整的根據(jù)輻射效應確定火炬筒尺寸的設計示例:第1種方法是簡單逼近方法;第2種是Brzus-Towski和Sommer方法。兩種方法的差別在于選擇的火焰中心位置不同,而火炬中心位置的選擇將影響到火焰高度的計算結(jié)果。ОНТП51-1-85規(guī)定:當放氣管閥門工作截面面積與放氣管截面面積的比值m=1時,輸氣管段的排空時間t可由諾模圖確定。當上述比值等于其它值時,排空時間t′按下式計算:火炬系統(tǒng)中容許的壓力損失應取0.1MPa,火炬直徑應按氣體排入大氣的最大允許流速(80m/s,但不能大于0.3馬赫數(shù))確定,火炬高度應根據(jù)50m距離以上(火炬圍欄線以上)允許的熱流表面密度(不應超過7000W/m殼牌公司根據(jù)API521計算放空火炬的設計參數(shù),計算結(jié)果很大程度上取決于熱輻射系數(shù)F。F取決于燒嘴的形狀,制造商有自己的計算方法。熱輻射強度的可接受性取決于對人體和設備的影響,火炬筒的高度設計,除了需要考慮地形和氣象條件,還應符合下列要求:無障礙區(qū)半徑60m;在不考慮太陽熱輻射影響的情況下,無障礙區(qū)邊界的最大熱輻射強度不得超過6.3kW/mHG/T20570-95關(guān)于放空火炬的設計計算參照API521提出方法的方法進行,而SH3009-2001則使用簡單逼近法計算。國內(nèi)由于針對放空系統(tǒng)的設計理念、放空量計算方法、參數(shù)取值不統(tǒng)一,導致同樣工況下,計算結(jié)果差異較大。國外基于盡量減少放空的理念,開發(fā)了移動式壓氣站,可將管道內(nèi)的天然氣抽取后增壓輸往截斷閥下游管道。近年來,國內(nèi)也開展了天然氣放空回收項目研究3放空火炬的設計、放空(1)GB50183-2004和GB50251-2003有關(guān)火炬放空條款主要參考API521和ASMEB31.8制定,國內(nèi)外在放空管、火炬與站場和閥室的安全間距上均參考API521根據(jù)輻射熱計算確定。但國內(nèi)針對可能攜帶可燃性液體的火炬,還規(guī)定了最小防火間距。(2)站場放空火炬的設計計算,國內(nèi)外均參考使用API521提供的兩種方法進行。關(guān)于放空量的計算,建議修訂國