天然气上下游站场合建模式及安全性分析_王海清.pdf

安全生产Safety in Production 20城市燃气 2022/11 总第 573 期王海清，孙文栋，余苏兴浙江能源天然气集团有限公司天然气上下游站场合建模式及安全性分析摘要：天然气上下游合建站或一体化调压站建设是指将天然气管道输送的上游分输站和下游城市门站组合在一个站场内建设，根据不同的建站条件可以有不同的合建模式，本文分析了合建模式的分类以及不同合建模式的特点，并从规范要求的安全间距角度分析论证其安全性，希望对后续类似项目提供帮助。关键词：天然气站场；合建模式；一体化；安全间距doi:10.3969/j.issn.1671-5152.2022.11.0051 前言在“四个革命、一个合作”能源安全新战略指引下，我国提出了构建清洁低碳、安全高效的能源体系的战略目标。天然气作为清洁能源，将在我国能源体系中扮演重要角色。天然气上、下游合建站及一体化建设是指将天然气长输管道上游分输站和下游城镇燃气门站组合在一个场站内建设，并进行功能优化整合，合并设置工艺装置区、辅助生产区，综合考虑放空、排污、供配电、控制室、机柜间等公用设施。设计时首先要考虑上下游相关规范的符合性，其次要突出“综合利用”的原则，做到工艺技术可行、系统安全可靠、经济投入合理、资源综合利用。本文针对合建站不同的模式，分析其特点，并从规范要求的安全间距角度分析论证其安全性，希望对后续类似项目提供帮助。2 天然气合建站及一体化建设模式分类及特点当前较多的天然气站场建设供气模式为上、下游站场就近独立建设，上、下游各自征地、采购设备以及委托施工。而合建站和一体化建设的尝试，给输气场站的建设提供了新的途径。后者由于综合考虑了上游分输与下游接收配气的双重功能，在一个站场围墙内合并设置工艺装置区与辅助生产区，相对于上下游独立建站的模式，节约了建设总用地。同时，由于功能整合，还减少了部分设备设施，如过滤装置、分析仪表、计量调压装置、放空装置等，降低了工程设备材料费，节省了项目建设总投资。同时，后期的生产运行维护成本由两个站场减少为一个站场，维护费用也有一定的节约。针对长输管道分输站和城市门站合建或上下游一体化建设现状的分析，总结梳理上下游输配系统合建模式如下：（1）上游为主的合建站模式（模式A）当下游不具备独立建站的条件，而上游分输站内具备足够场地放置下游调压计量装置时，则由下游公司采购调压计量装置作为接气点，放于上游站场内。该调压计量装置属于下游资产，建站用地属上游资产。工程建设及生产运行过程中，上下游双方须明确建设管理、设备运行及安全管理界面。（2）下游为主的合建站模式（模式B）当上游不具备建站条件，或者上游分输阀室内无增设调压计量装置的场地，而下游门站内具备足够场安全生产Safety in Production 21城市燃气 2022/11 总第 573 期地时，则由上游采购调压计量装置，放于下游站场内作为下载点给下游站场供气。该调压计量装置属上游资产，建站用地属下游资产。工程建设及生产运行过程中，上下游双方须明确建设管理、设备运行及安全管理界面。（3）上游一体化调压模式（模式C）从发挥各企业协同优势、最大程度减少总体投资的角度考虑，经上下游双方单位沟通协商，当上游站场具备足够场地时，则由上游直接增设给下游的调压计量装置，从长输管道运行压力（一般为4.0MPa以上）调压至下游所需要的压力（一般为1.6MPa或0.4MPa）后，直接给下游城市管网供气。该模式下，站内所有设备及建站用地属于上游资产，上、下游以出站管线（一般为围墙外1m）为界面，资产产权、生产运行与管理界面清晰。（4）下游一体化调压模式（模式D）当上游不具备建站条件，或者上游分输阀室内无增设调压计量装置的场地，而下游门站内具备足够场地时，则由下游企业负责采购调压计量装置，从长输管道运行压力（一般为4.0MPa以上）直接调压至自身所需要压力（一般为1.6 MPa或0.4MPa）。该模式下，下游站内所有设备设施及建站用地属下游资产，资产产权、生产运行与管理界面较为清晰。经上述对比分析可知，一体化调压模式C或D相对于合建A和B模式，资源利用更加集约高效，在各方协商同意且有条件的情况下，建议优先考虑C或D模式。3 总图布置与安全性分析在场站总平面布置及安全间距控制时，上游站场主要参照石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）、石油天然气工程总图设计规范（SY/T 0048-2016）来控制安全间距，下游场站主要参照城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）、建筑设计防火规范（GB 50016-2014）以及工业企业总平面设计规范（GB 50187-2012）进行控制安全间距。对于合建站或一体化调压站，应该同时遵循上述规范中的各项相关条款，采取就高不就低的设计原则，从严控制安全间距。（1）合建站或一体化调压站工艺装置区之间的安全间距常规设计中，上、下游工艺装置区一般均为露天设置，介质危险源属性相同，均属于甲 B类工艺装置区。目前相关规范中关于安全间距设计一般考虑两个方面，即站内安全间距、站外安全间距，但上、下游两类规范中对于涉及的有关间距要求有时并不一致。比如上、下游工艺装置区之间的安全间距：石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）第5.2.2 条规定：“石油天然气场站内甲B类工艺装置间的防火间距不小于20m”，针对该条要求，如设计单位分别按照上游场站和下游场站进行独立设计，上、下游场站毗邻建设，考虑到上、下游独立运行维护的要求，可执行20m的安全间距。但合建之后，针对该条规定不可生搬硬套规范，本文认为，无论是对于合建站还是一体化建设，均不能将上、下游看做两个工艺装置区。此处应灵活应用规范，合建站或者一体化建设工艺装置上已实现融合，从规范符合性角度，此处应看作一个单一过程的工艺流程，即看作整体系统来考虑，无需考虑上、下游之间装置内部安全间距。石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）和城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）对于同一个工艺装置区设备和工艺管道之间内部的安全间距没有具体要求，装置内部间距根据操作需要和维检修需要来考虑具体要求，整个工艺系统的相关安全间距主要考虑对围墙内其他建筑区域和围墙外公共建筑的安全间距，以便简化设计思路，并体现合建站的综合效益。（2）进出站截断阀门与上、下游工艺装置区之间的安全间距进出站截断阀门可以在紧急情况下或站场维检修需要时，对整个场站工艺进行切断停气，对保障站场安全具有重要作用。石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）以及输气管道工程设计规范（GB 50251-2015）中并未考虑进站阀门与工艺装置区之间的安全间距，而根据城镇燃气设计规范（GB50028-2006）6.6.10条规定，调压站室外进、出口阀门与调压站的间距不小于10m。本文认为进、出站阀门与工艺装置区之间的安全间距在平面布置允许情况下，尽可能满足城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）规定。这是因为进、出站阀门区王海清等天然气上下游站场合建模式及安全性分析安全生产Safety in Production 22城市燃气 2022/11 总第 573 期肩负着事故状态下紧急关断的重要作用，一旦出现紧急状况，与工艺装置区保持一定的距离可有效地保障阀门操作人员和维检修人员的安全。（3）与周边设施的安全间距上、下游站场在对站外周边设施的安全间距控制上也有所不同。上游站场（一般为五级站）执行石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）中表4.0.4规定（如表1）。下游站场与周边设施安全间距执行城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）6.6.3条规定（如表2）并应满足建筑设计防火规范（GB 50016-2014）的有关规定。（4）放散区与站内和站外的安全间距放散区在事故状态或维检修时需要进行可燃气体放空作业，当风速为静风状态时，气体不易扩散；某些情况下放空还需要点火处理，火焰燃烧对周边设施、人员会造成较强的热辐射，为了保证安全，放散区与周围建筑物、工艺设施必须保证足够的安全距离。放空区与站内外安全间距参考石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）表4.0.4（上述表1）、4.0.8条以及5.2.5条和城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）6.5.12 条规定。需要注意的是，石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）和城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）中对放空区的安全间距规定有所不同，前者一般要求放空区设置在站外，但是后者并未要求放空区独立设置，只对站内外安全距离做出了规定。本文研究对象上下游合建站及一体化建设显然可以共用放空区进行集中放散，建议安全间距按较严格者执行，即在有条件的情况下，放空区和站场分开布置，且宜位于工艺区常年最小风频的上风侧。4 紧急切断系统紧急切断系统（ESD）是生产运行遇到紧急情况下的一种具有紧急切断功能的系统。ESD系统和站控系统（SCADA）应保持一定的独立性，在正常运行情况下，ESD系统处于等待状态，作为一种最重要的安全保护系统，其优先级别在任何运行过程控制之上。当运行出现紧急情况时，ESD系统直接启动连锁保护，快速关闭进出站阀门，打开站场内放空阀，关闭运行设备并放空，避免天然气因泄漏扩散造成更为严名称100人以上居住区、村镇、公共福利设施100人以下的散居房屋相邻厂矿企业国家铁路线工业企业铁路线高速公路其他公路35kV及以上独立变电所架空电力线架空通信线爆炸作业场地 典型分输站（五级站）30m 30m 30m 30m 20 m20m 10m30m 1.5 倍杆高 1.5高倍杆 300m 放空立管60m60m60m40m40m40m30m60m40m40m150m设置形式调压装置入口燃气压力级制建筑物外墙面重要公共建筑、一类高层民用建筑铁路（中心线）城镇道路公共电力变配电柜 地上单独建筑高压（A）18.030.025.05.06.0高压（B）13.025.025.04.06.0次高压（A）9.018.015.03.04.0次高压（B）6.012.010.03.04.0中压（A）6.012.010.02.04.0中压（B）6.012.010.02.04.0表1天然气五级站场与周边设施安全（防火）间距表2燃气站场与周边设施安全（防火）间距（单位：m）安全生产Safety in Production 23城市燃气 2022/11 总第 573 期重的火灾爆炸事故。天然气合建站和一体化调压站建设应设置ESD系统，该系统除在控制室设置控制点外，还应在站内工艺区以外至少设置两个独立使用的操作点。操作点应设在安全和方便操作的地方，并设明显标志。5 结语根据不同的建站条件，合建站及一体化调压方案可以有不同的合建模式，在各方同意且有条件的情况下，建议优先考虑一体化调压C或D模式。并通过对相关规范的分析，石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）和城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）中对站场与站外重要建筑的安全间距要求均为30m，但是对于铁路、公路以及变配电站等设施的安全间距要求，前者要严格一些；而放空区的安全间距，前者对于后者要严格的多，为保证合建站及一体化调压站的放空安全，放空区的安全间距建议按照石油天然气工程设计防火规范（GB 50183-2004）执行，同时应设置紧急切断系统（ESD）避免造成重大火灾爆炸事故。参考文献1 石油天然气工程设计防火规范：GB 50183-2004 S.北京：中国计划出版社，2004.2 输气管道工程设计规范：GB 50251-2015S.北京：中国计划出版社，2015.3 城镇燃气设计规范：GB 50028-2006 S.北京：中国建筑工业出版社，2020.4 建筑设计防火规范：GB 50016-2014 S.北京：中国计划出版社，2018.5 燃气工程项目规范：GB 55009-2021 S.北京：中国建筑工业出版社，2021.6 张仕超，等.天然气综合站的合理化设计J.工程技术，2018，1：186.王海清等天然气上下游站场合建模式及安全性分析工程信息从国家管网集团获悉，西气东输四线天然气管道工程2022年9月28日正式开工，建成后将与西气东输二线、三线联合运行，届时西气东输管道系统年输送能力可达千亿立方米，将进一步完善中国西北能源战略通道，提升中国天然气能源供应保障能力。西气东输四线工程起自新疆乌恰县，止于宁夏中卫市，管道全长约3 340km。本次开工的吐鲁番中卫段是该工程的核心组成部分，全长 1 745km，管道年设计输量150亿m3，增输改造后可达300亿m3，预计2024年建成投产，可有效缓解西气东输系统冬季高峰月紧张负荷状态，为保障经济社会用能需求和人民群众温暖度冬保驾护航。数据显示，经过多年发展，中国油气“全国一中国油气“全国一张网”初步形成张网”初步形成，管网规模超过18万km，比10年前翻了一番，西北、东北、西南和海上四大油气进口战略通道进一步巩固。（本刊通讯员供稿）