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管道研究

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解读新版《输气管道工程设计规范》

来源: 作者: 时间:2018-6-29 阅读:

本刊编辑部:新版国家标准《输气管道工程设计规范》GB 50251-2015于今年10月1日起实施。这部规范的实施对于推进输气管道建设,更好地保障管道运行安全和公共安全将起到重要的作用。为了使政府相关部门和管道规划、建设、运营等单位有关人员能够深入领会和贯彻规范要求,10月17日,《管道保护》主编朱行之赴成都采访了新版《输气管道工程设计规范》主编谌贵宇,并请教了有关问题。谌贵宇目前担任中国石油天然气集团公司高级技术专家、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,全国五一劳动奖章获得者。

朱行之:谌总,您好!《输气管道工程设计规范》GB 50251-2015刚刚实施不久,您作为新版规范的主编,请您向读者介绍一下,什么是以强度保安全的理念,推行这一理念的背后有哪些重要因素?

谌贵宇:主编好。输气管道安全保证有两种指导思想,一是控制管道自身的安全性,二是控制安全距离。国际标准《石油和天然气工业管道输送系统》ISO 13623、美国国家标准《输气和配气管道系统》ASME B31.8、加拿大标准《油气管道系统》CSA Z662等均是采用控制管道自身安全性的指导思想,它们的原则是严格控制管道及其构件的强度和严密性,并贯穿到管道设计、施工、检验及运行的全过程。采用控制管道的强度和结构安全来确保管道系统的安全,从而对管道周围公众及设施提供安全保证,这是目前欧美各国普遍采用的设防原则。而前苏联《大型管线》标准,俄罗斯联邦国家标准《大型管线压力大于10MPa时的设计标准》ГОСТ P 55989-2014,则采用控制安全距离的指导思想,它虽对管道系统强度有一定要求,但主要是控制管道与周围建(构)筑物的距离,以此来对周围建(构)筑物提供安全保证。我国《输气管道工程设计规范》GB 50251坚持控制管道自身安全性的设计理念,是缘于我国国情并经过多年工程实践探索的最终选择。

我国国情决定了输气管道的安全设计理念。我国陆地面积约960万平方千米,其中山地、高原和丘陵约占陆地面积的67%,盆地和平原约占陆地面积的33%。至2013年底的统计数据显示, 在我国陆地面积中,耕地约占14%,林地约占26%,牧草地约占23%,土地资源十分宝贵。同时我国地质灾害和地震多发,人口众多且分布不均。西部及西北部人口密度较小,中部、东部及东南部人口分布密集。而我国天然气的利用也主要集中在经济发达、人口密集的地区。这些国情与管道设计密切相关,如果采用安全距离的设计理念,则我国的输气管道建设将难以实现。

我国输气管道建设始于20世纪50年代,最初的输气管道设计,其安全保证基本上沿用前苏联大型管线设计模式,埋地管道与居民点、工矿企业和独立建构筑物之间保持一定的安全距离。后来,制定了埋地输气干线至各类建构筑物最小安全距离、防火距离来指导设计,但在执行过程中遇到很多矛盾,有些问题仍然难以解决。多年的实践证明,以安全距离之模式设计输气管道在我国是不合适的。到了20世纪70年代中期,参照美国国家标准《输气和配气管道系统》ASME B31.8 按不同地区等级采用不同的设计系数,做出相应的管道设计。当时,地区等级不是按居民密度指数来划分,而是以建构筑物的安全防火类别为基础,相应地划分出四类地区等级,设计系数与美国国家标准ASME B31.8的规定一致,经实践,尚属可行。此后,在分析国外标准和总结国内经验的基础上,规定采用控制管道自身的安全性作为输气管道的设计原则,1994年我国首次制定了国家标准《输气管道工程设计规范》GB 50251-94。实践证明,按不同的地区等级采用不同的设计系数来保证管道周围公众、建(构)筑物及其他设施的安全,比采取安全距离适应性强,线路选择比较灵活,也较经济合理,符合中国国情。因此本规范第一次修订完成的GB 50251-2003版和第二次修订完成的GB 50251-2015版均坚持了控制管道自身的安全性作为输气管道的设计原则。

朱行之:据我所知,新版《输气管道工程设计规范》的线路部分和上一版相比,做了多处修订,体现了与时俱进的精神,请您详细介绍一下,主要在哪些方面作了修订?

谌贵宇:《输气管道工程设计规范》GB 50251-2003实施至今已有12年时间。这期间恰逢我国输气管道快速建设期,建成了以西气东输为代表的几万千米输气管道,基本构建形成了我国骨干输气管网和一批地下储气库,管道建设技术水平和运行管理水平大幅提高。新版《输气管道工程设计规范》GB 50251-2015,是在紧密围绕本规范2003版实施以来输气管道建设与运行中出现的实际问题,结合管道技术进步,广泛调研、收集和听取了各设计、建设、生产运行管理单位的意见,开展了多项专题研究,采纳了近年来管道技术研究及应用成果的基础上修订完成的。新版规范“线路”这一章的修订变化内容较多,下面仅作线路及与线路相关的主要修订情况介绍:

1. 规范“4 线路”这一章在编排结构方面, 增加了“并行管道敷设”和“线路管道防腐与保温”两节,将原“4.5 线路构筑物”修订改为“4.7 线路水工保护”。由于增加了节,本章的编排顺序也进行了一些调整。

2. 管道路由选择的原则进行了部分修订。第4.1.1条修订明确了:线路宜避开环境敏感区;线路宜避开城乡规划区;线路应避开军事禁区、飞机场、铁路及汽车客运站;与公路并行的管道路由宜在公路用地界3m以外,与铁路并行的管道路由宜在铁路用地界3m以外;埋地管道与建(构) 筑物的间距应满足施工和运行管理需求,且管道中心线与建(构)筑物的最小距离不应小于5m; 线路宜避开高压直流换流站接地极、变电站等强干扰区域。

3. 地区等级划分调整及新增0.8强度设计系数。第4.2.2条,将GB 50251-2003版中的一级地区拆分为一级一类地区和一级二类地区,并规定了一级一类地区为“不经常有人活动及无永久性人员居住的区段”,一级二类地区为“户数在15户或以下的区段”。在第4.2.3条中相应修订规定了一级一类地区的线路管道可采用0.8或0.72强度设计系数,一级二类地区强度设计系数为0.72。

4. 第4.2.4条的表4.2.4中,取消了“输气站内管道及其上、下游各200m管道,截断阀室管道及其上、下游各50m管道(其距离从输气站和阀室边界线起算)”,修订为“输气站内管道及截断阀室内管道”。

5. 埋地管道的最小覆土厚度在第4.3.2中修订增加了:季节性冻土区宜埋设在最大冰冻线以下;旱地和水田轮种的地区或现有旱地规划需要改为水田的地区应按水田确定埋深;穿越鱼塘或沟渠的管线,应埋设在清淤层以下不小于1.0m。

6 . 关于管道沟回填土是否需要高出地面0.3m。修订前第4.3.5条要求“管沟回填土应高出地面0.3m”,修订后第4.3.5条要求“管沟回填土在不影响土地复耕或水土保持的情况下宜高出地面0.3m”。

7. 修订增加了“农耕区及其他植被区的管沟开挖,应将表层耕(腐)质土和下层土分别堆放,管沟回填时应将耕(腐)质土回填到表层”,见第4.3.6条。

8. 修订增加了埋地输气管道与高压交流输电线路杆(塔)和接地体之间的距离要求,见第4.3.12条。

9. 修订增加了地面敷设的输气管道与架空交流输电线路的距离要求,见第4.3.13条。

10. 第4.3.14条中,局部修订了线路弯管的规定,主要为:线路用热煨弯管的曲率半径不应小于管子外径的5倍;热煨弯管的任何部位不得有裂纹和其他机械损伤,其两端部100mm长直管段范围内的圆度不应大于连接管子圆度的规定值; 其他部位的圆度不应大于2.5%;不应采用有环向焊缝的钢管制作热煨弯管。新规定550≤DN≤1000 冷弯弯管的最小曲率半径40D(D为管子外径), ≥1050冷弯弯管的最小曲率半径为50D。

11. 修订增加了埋地输气管道与民用炸药储存仓库的最小水平距离计算公式和水平距离值折减规定,见第4.3.18条。

12. 修订增加了“4.4 并行管道敷设”的全部内容。本节共6条,提出了各种类型并行管道的设计规定,这些规定包括:并行管道的布设原则; 不受限和受限地段并行管道间距规定;穿越地段,共用隧道、共用跨越管桥及共用涵洞的并行管道间距规定;石方地段不同期建设的并行管道间距规定;穿越全新世活动断层的并行管道间距规定。

13. 对线路截断阀室的间距调增进行了规定。修订前的第4.4.1条规定“……。上述规定的阀门间距可以稍用调整,使阀门安装在更容易接近的地方”。为便于设计执行,修订后第4.5.1条规定“……。5 1至4款规定的线路截断阀间距,如因地物、土地征用、工程地质或水文地质造成选址受限的可作调增,一、二、三、四级地区调增分别不应超过4km、3km、2km、1km”。

14. 修订增加了第4.5.2条。明确了线路截断阀(室)防洪设防标准不应低于重现期25年一遇; 新增了当阀室选址受限区域间距要求,具体为: 与电力、通信线路杆(塔)的间距不应小于杆(塔)的高度再加3m;距铁路用地界外不应小于3m;距公路用地界外不应小于3m;与建筑物的水平距离不应小于12m。

15. 在原第4.2.2条的基础上局部修订增加了“线路截断阀及与输气管线连通的第一个其他阀门应采用焊接连接阀门”的要求,见修订后的第4.5.3条。

16. 新增了第4.5.4条 截断阀可安装在地面上或埋地。截断阀及其辅助工艺管道应采取稳固措施。截断阀及其配套设施宜采用围栏或围墙进行保护。

17. 新增了第4.6节 线路管道防腐与保温。在本节提出了8条要求。

18. 在第4.7节 线路水工保护中, 强调提出了管道水工保护设计应依据当地气象、水文、地形及地质等条件,结合当地施工材料及经验作法,宜采取植物措施和工程措施相结合的综合防治措施。

19. 在第4.8节 管道标识中,主要修订增加了:第4.8.2条 管径相同且并行净距小于6m的埋地管道,以及管径相同共用隧道、涵洞或共用管桥跨越的管道, 应有可明显区分识别的标识;第4.8.3 条 通过人口密集区、易受第三方损坏地段的埋地管道应加密设置标识桩和警示牌,并应在管顶上方连续埋设警示带; 第4.8.4条 平面改变方向一次转角大于5°时,应设置转角桩。平面上弹性敷设的管道,应在弹性敷设段设置加密标识桩。

20. 本规范第3章与线路设计有关的主要修订变化:第3.4.2条 输气管道相邻线路截断阀(室) 之间的管段上应设置放空阀,并应结合建设环境可设置放空立管或预留引接放空管线的法兰接口。放空阀直径与放空管直径应相等;第3.4.4条第2款第4项 采用0.8强度设计系数的管道设置的安全阀,定压不应大于1.04P;第3.4.8条 阀室放空设计的规定;第3.4.9条 放空立管和放散管的设计规定。

21. 本规范第5章与线路设计有关的主要修订变化:第5.2.5条 钢管应在工厂逐根进行静水压试验,管体或焊缝不得渗漏,管壁应无明显的鼓胀。一级一类地区采用0.8设计系数的钢管,工厂静水压试验压力产生的环向应力不应小于管材标准规定的最小屈服强度的95%。其他设计系数使用的钢管,工厂静水压试验压力产生的环向应力不宜小于管材标准规定的最小屈服强度的90%。

22. 本规范第11章与线路设计有关的主要修订变化:

(1)第11.1.2条 规定了焊接工艺评定和焊接工艺规程应执行的标准;

(2)第11.1.6条 规定了焊管之间对接焊时, 制管焊缝应错开且间距不宜小于100mm;

(3)第11.1.7条 规定了管线连头口的焊缝宜预留在地形较好的直管段上,不应强力组对;

(4)线路管道强度试验进行了局部修订, 第11.2.3条第4款,①一、二级地区内的线路管段水压试验压力不应小于设计压力的1.25倍;②一级二类地区和二级地区内的线路管段采用空气进行强度试验时,试验压力应为设计压力的1.25 倍;③三级和四级地区内的管段试验压力不应小于设计压力的1.5倍。第11.2.3条第6款 输气管线用水作为试压介质时,试验段高点的试验压力应符合本条第4款的规定。一级一类地区采用0.8强度设计系数管道的每个试验段,试验压力在低点处产生的环向应力不应大于管材标准规定的最小屈服强度的1.05倍;其他地区等级管线的每个试压段,试验压力在低点处产生的环向应力不应大于管材标准规定的最小屈服强度的95%。水质应为无腐蚀性洁净水。试压宜在环境温度5℃以上进行,否则应采取防冻措施。

(5)第11.2.4条第2款 线路管道和阀室严密性试验可用水或气体作试验介质,宜与强度试验介质相同。

(6)第11.3.2条 新增加了管道气体置换的相关要求,共6款。

朱行之:近年来,随着经济的快速发展,城乡建设和管道保护之间的矛盾十分突出,可谓成长中的烦恼。请问,在管道工程设计阶段,如何处理好城乡规划与管道保护的关系?在管道运行阶段,如地区等级发生变化应采取哪些措施来保障管道安全和周边公共安全?

谌贵宇:就管道工程广义而言,管道不可避免地与城乡规划有关。就具体某个管道项目而言,管道不一定涉及到城乡规划。如果管道不可避免地要通过城乡规划区,首先应征得城乡规划主管部门的同意,设计时还应采取安全措施并为后期的管道保护创造条件。

《城乡规划法》所称规划区,是指城市、镇和村庄的建成区以及因城乡建设和发展需要,必须实行规划控制的区域。随着我国城镇化建设的快速推进,且天然气用户多数处于城乡规划区,因此每条输气管道线路都要完全避开城乡规划区是不现实的。因此,《输气管道工程设计规范》GB 50251- 2015第4.1.1条的第7款规定“线路宜避开城乡规划区。当受条件限制,需要在城乡规划区通过时,应征得城乡规划主管部门的同意,并采取安全保护措施”。在设计选线时,如果管道确需通过城乡规划区,则线路要尽可能地避开建成区,同时设计应对进入城乡规划区内的管道采取可靠的安全保护设计,这些设计措施包括:降低管道设计应力水平、提高焊缝检测要求、提高管道防腐性能要求、加密地面标识、埋设警示带、消除天然气泄漏在有限空间内的聚积等。在运行期间,运行单位要加强管道的完整性管理。

在管道运行阶段,管道所经地段是否发生了地区等级的变化,应按《输气管道工程设计规范》GB 50251-2015第4.2.2条的规定进行评判。如果地区等级发生了变化,则应按国家标准《油气输送管道完整性管理规范》的要求进行评价并根据评价结果采取措施。

朱行之:管道与周边居民点和重要公共建筑的距离的确定,除了保证管道安全,还应符合降低公共安全风险的要求。新版《输气管道工程设计规范》第一次对埋地管道与建(构)物距离规定为最小距离不应小于5m,其依据和理由是什么?

谌贵宇:《石油天然气管道保护法》第三十条规定,在管道线路中心线两侧各五米地域范围内,禁止下列危害管道安全的行为:①种植乔木、灌木、藤类、芦苇、竹子或者其他根系深达管道埋设部位可能损坏管道防腐层的深根植物;②取土、采石、用火、堆放重物、排放腐蚀性物质、使用机械工具进行挖掘施工;③挖塘、修渠、修晒场、修建水产养殖场、建温室、建家畜棚圈、建房以及修建其他建筑物、构筑物。

《输气管道工程设计规范》GB 50251-2015第4.1.1条第10款要求“埋地管道与建(构)筑物的间距应满足施工和运行管理需求,且管道中心线与建(构)筑物的最小距离不应小于5m”。这个最小距离要求是考虑管道施工及运行管理必要的作业空间,并参照《石油天然气管道保护法》第三十条而定。

本款规定的最小间距5m,是设计阶段为施工可行和运行管理方便考虑的必要空间,规范在条文说明中说明了“在执行时,除满足本款规定外,对大口径管道其间距还要考虑施工的可行性及运行维护的方便性”。

本款规定的最小间距5m,目的是在设计阶段为建成后的管道实施《石油天然气管道保护法》创造条件,也便于施工建造成果顺利移交至管道运行管理方。在设计阶段,如果管道中心线两侧各5m 范围内有已建的建(构)筑物,一是调整线位加大间距;二是对确实不能通过调整线位来满足间距要求的,则可协调对建(构)筑物采取搬迁措施,此时设计应计入搬迁工程量和搬迁费用。

朱行之:据我所知,在已建埋地管道两侧新修建居民小区、学校、医院、娱乐场所、车站、商场等人口密集的建筑物,其和埋地管道之间的距离以多少为宜,目前尚无明确的技术规范要求。新版《输气管道工程设计规范》将新建埋地管道与周边建(构)物最小距离做了5m的规定,请问,这是否意味着在已建埋地管道两侧修建人口密集建筑物的距离也可以按5m的规定执行?是否会对双方的安全产生一定风险?

谌贵宇:没有管道就谈不上管道保护,依法合规建设的管道受到《石油天然气管道保护法》的保护。《石油天然气管道保护法》第三十条对管道心线两侧各5m地域范围内新建建(构)筑物是禁止的,在5m以外则没有要求。如果管道建成后, 在沿管线中心线两侧各200m范围内要新建建筑物,则该段管道存在地区等级升级的风险。如果造成了管道地区等级升级变化,则应按国家标准《油气输送管道完整性管理规范》的要求进行评价并采取措施。

朱行之:感谢您接受本刊的采访。◢

《管道保护》2015年第6期(总第25期)

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