郭春雷 谢辰 武思雨 马青山

摘 要：“十三五”期间，我国管道行业实现跨越式发展，归结于借鉴国外管道标准先进经

验，提升管道设计运行水平。介绍了美国、加拿大、俄罗斯和澳大利亚的综合性管道标准。选取了长输管道设计领域的关键技术问题，基于我国管道工程实践经验，研究了国外标准与国内标准的差异性。其先进理念包括采用较高的管道设计系数和安全阀设计压力，基于管道失效后果和危害性的截断阀室选址原则，基于运行参数超标、紧急工况和管道维修的ESD系统触发条件，输气站控制室、高压变电柜、压缩机机房等场所限制授权进出，控制阀门设置在防火堤外部，站场固定消防系统备用泵用柴油机驱动，通风系统与易燃气体浓度、切断泵机组的逻辑控制关系等。最后，提出了我国管道设计标准的改进建议。

关键词：管道 设计标准 阀室 设计系数 ESD 输气站 输油泵

引言

“十三五”是我国石油行业快速蓬勃发展的重要时期，到2015年底长输管道总长度达到15万公里，其中重要经验就是借鉴国外管道标准先进经验，提升我国管道设计运行水平，例如参考美国标准ASME 31.8S《气体管道完整性管理系统》和API 1160《危险液体管道完整性管理规范》建立了管道完整性管理体系。国外管道行业发过国家制定了管道设计、运行、维护等方面综合性标准，包括例如美国标准ASME B31.8-2014《输气和配气管道系统》、加拿大标准CSA Z662-2015《油气管线系统》、俄罗斯标准РД153-39.4-056-2000《干线输油管道运行技术规程》和澳大利亚标准AS 2885.3-2012《气体与液体石油管道-第3部分：运行和维护》，具有较强的通用性和权威性，代表了世界管道行业的技术现状和发展趋势。本文选取了长输管道设计领域的关键技术问题，基于我国管道工程实践经验，研究了上述国外标准与国内标准的差异性，提出了国内标准改进建议，对于提高我国管道设计水平和保障管道安全运行具有指导意义。

1 管道设计系数选用

管道强度设计如较高的壁厚设计系数，可以充分利用管材承压能力，提高管道允许输送量等参数，减少管道建设投资成本。国家标准GB 50251-2015《输气管道工程设计规范》规定一级地区输气管道设计系数为0.72，GB 50253-2014《输油管道工程设计规范》规定输油管道设计系数为0.72。国外标准管道设计系数高于国内标准，美国标准ASME B31.8-2007规定一级地区1类和2类管道的设计系数分别为0.8和0.72；加拿大标准CSA Z662规定管道最大设计系数采用了0.80；ISO 13623规定一般线路管道环向应力的设计系数为0.77；目前在北美地区的Alliance管线、Rockies Express管线以及Alaska NG管线已经采用了0.80甚至0.83的管道壁厚设计系数。国内已开展管道设计系数0.8条件下管道的临界

缺陷极限尺寸、刺穿抗力、应力腐蚀开裂敏感性、可靠性和管道风险水平等。建议国内在满足管材、工艺及地质条件等因素的基础上，考虑将管道壁厚设计系数取值逐步增加到0.80甚至以上。

2 地区等级划分

由于城市化进程加快，人口密集区增多，现有的管道设计等级已无法确保实际运行中的安全性，造成了不协调现象的出现。国内外标准针对地区等级的划分方法基本相同，均依据管道通过地区用于居住的建筑物密集程度进行划分。国家标准GB 50251规定地区等级划分为沿管道中心线两侧各200m任意划分成长度为2km的范围内，按划定地段内的户

数划分为四个等级（户数≤15户；15-100户；≥100户；四层楼房及以上城市），在农村人口聚集的村庄、大院、住宅楼，应以每一独立户作为一个供人居住的建筑物计算。GB 50251将输气管道划分为4个等级。

建议酌情提高上限值至200左右，原因是部分区域发展较快，所属地区等级将来会增加，应在设计阶段有选择的提高部分区域的设计等级。

3 管道线路阀室

国内外标准关于阀室间距的规定基本一致，即输气管道（一级地区）和输油管道的阀室间距不大于32km。美国标准ASME B31.4规定在山区、穿越河流、穿越人口密集区等特殊情况下，输油管道截断阀室间距允许适当调整；加拿大标准CSA Z662规定天然气管道的截断阀室间距允许在规定范围内进行25%的距离调整。ASME B31.8规定了截断阀设计应考虑的因素是维修和维护时气体的放空量、泄漏或断裂时气体的泄漏量隔离管段气体的排放时间、环境敏感区气体的排放、供气连续性影响和管道附近区域未来的发展。雪佛龙公司位于美国加利福尼亚州康特拉科斯达县（Contra Costa）的原油管道项目中，管道穿越人口密集区，在一段长度约为30英里（约48km）的管线上，共设计了5个远程控制阀室和7个手动阀室。美国管道阀室间距调整具有灵活性，选址重视管道失效后果和危害性对社会公众环境的影响，设计理念更为合理，具有借鉴意义。

4 安全阀设定值

美国标准ASME B31.8和加拿大标准CSA Z662规定管道系统中任何一点的运行压力不超过管道最大允许操作压力（Maximum Allowable Operation Pressure，MAOP）的1.1倍。国家标准GB 50251规定输气站和输气管道低点等可能存在超压的位置应设计泄压阀，泄压阀设定值P0应根据MAOP具体值范围区间确定：

针对处于中、低压范围的支线管道和以及站场工艺管道，国内外标准关于安全阀设定值基本一致；对于大口径、高压力的干线管道，国内标准关于泄压阀的设定值偏保守，降低了管道运行压力调节的允许范围和安全余量。目前国内外长输管道已广泛应用高强度水压试验，最大试压强度接近管材屈服强度，管道承压能力远高于1.1倍MAOP。从方便管道运行管理角度，建议国内标准适当提高泄压阀设定值为1.1倍MAOP。

5  ESD系统

针对输气站场紧急停车系统（Emergency Shutdown，ESD）的功能，国内标准基本一致，即包括关闭进出站阀门、切断站外气体和燃料气供应、放空站内气体、关闭运行机组和燃气设备、切断除消防系统和应急电源以外的供电电源，以及启动自动灭火系统等。针对ESD系统的安装位置，国内外标准均规定在站内区域以外，至少设置两个独立使用的操作点，操作点设在靠近压气站进出口、安全且方便操作的地方。此外，美国标准ASME B31.8和加拿大标准CSA Z662规定压缩机站紧急停车系统距站界不超过150m。针对站ESD系统触发条件，澳大利亚标准AS 2885.3和国家标准GB  50251略有差异，澳大利亚标准AS 2885.3为紧急情况和管道维修，国家标准GB 50251为压缩机运行参数超限、火灾和气体报警等紧急情况，澳大利亚标准AS 2885.3涵盖范围更广；此外澳大利亚标准AS 2885.3要求站ESD系统能启动压缩机ESD系统，国内压缩机事故紧急停机一般为人员手动操作，这体现了国内外标准在压缩机操作和自动化控制方面的差异。