储运工程孙芳芳等：国内外输气管道阀室间距设计对标分析
国内外输气管道阀室间距设计对标分析
孙芳芳1马亮2王飞3牛志勇4吴京5
1中油管道建设工程有限公司
2中油国际管道公司中乌天然气管道项目
3中石油煤层气有限责任公司忻州分公司
4中国石油管道局工程有限公司第四分公司
5中国石油天然气股份有限公司管道中原输油气分公司
摘要：截断阀室是输气管道工程的重要设施，确定科学合理的阀室间距，可有效减少事故影响和损失。阀室间距涉及交通、征地、投资、人口密集区和环境安全等诸多因素，严格按照标准规范设置截断阀难度较大。可通过研究国外管道阀室设计的先进经验和实践做法，改进我国管道阀室设计标准，其先进性包括美国标准基于阀室最大间距和基于阀室工程评估的准则，加拿大标准在较大范围内调整阀室间距，荷兰标准
考虑阀室自身安全性问题等。结合我国管道实际情况，提出了管道阀室间距设计标准的修订和改进建议，即基于对管道运行、维护、安全和规划等多因素评估确定阀室间距，阀室设计困难地区增加间距调整范围，人口稀少地区增大截断阀室间距等。
关键词：输气管道；阀室；间距；标准；准则；安全
Design Benchmarking of Gas Pipeline Valve Box Spacing at Home and Abroad
SUN Fangfang1，MA Liang2，WANG Fei3，NIU Zhiyong4，WU Jing5
1China Petroleum Pipeline Construction Engineering Co.，Ltd.
2China-Uzbekistan Gas Pipeline Project of Sino-Pipeline International Co.，Ltd.
3XinZhou Branch of PetroChina Coalbed Methane Co.，Ltd.
4No.4Branch of China Petroleum Pipeline Engineering Co.，Ltd.
5Zhongyuan Oil and Gas Transmission Sub-Company of PetroChina Pipeline Company
Abstract：The shut-off valve box is an important facility for gas pipeline engineering.Determining scien
tific and reasonable valve box spacing can effectively reduce the impact of accidents and losses.
Valve box pacing involves many factors，such as traffic，land acquisition，investment，densely pop-ulated areas，and environmental safety.It is difficult to set up shut-off valves strictly in accordance with standards and specifications.It should be solved by studying the advanced experience and practice of for-eign pipeline valve box design and improving the design standard of Chinese pipeline valve box.The advancement abroad includes American standards based on valve box maximum spacing and valve box engineering evaluation，Canadian standard adjusting valve box spacing over a wide range，Dutch standards taking into account the safety of the valve station itself.Combing with the actual situation of pipelines in China，the revision and improvement suggestions of pipeline valve box spacing design standards，such as evaluating valve box spacing based on pipeline operation，maintenance，safety，planning，and other factors，increasing adjustment range of spacing in difficult areas of valve box de-sign and increasing spacing of shut-off valve box in sparsely populated areas are put forward.
Keywords：gas pipeline；valve box；spacing；standard；criteria；safety
DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2020.02.013
第39卷第02期（2020-02）
储运工程
截断阀室是输气管道线路工程的重要设施，作用是便于管道分段管理维护，管道发生事故时截断管段，减少气体放空损失，防止事故扩大，降低事故对公众和环境的影响[1]。阀室间距是管道线路设计的重要内容，对于控制管道事故、保障阀室安全具有重要意义。阀室间距涉及运行控制、安全、征地和投资成本等因素，我国长输管道一般按照标准规定间距设置截断阀，截断阀间距调整较谨慎且缺乏灵活性，可能对管道运行和维护造成不便[2]。随着我国经济快速发展，农田占用、交通、地物，特别是人口密集区，都可能影响截断阀设计，严格按照标准设置截断阀非常困难[3]。因此，应研究确定阀室间距的设置原则，科学合理地设置阀室间距。
随着管道设计技术的提升和智能化发展，我国法规和监管部门对管道阀室设计提出了更高要求
[4]
。例如阀室应设置为监控阀室；管道出、入人口
密集区设置线路截断阀室。因此，应对现行阀室设计标准深入研究，提出修订和改进建议。本文研究了国外管道设计标准中阀室间距设置的先进理念，对于改进我国管道阀室设计标准，保障管道安全具有指导意义。
1我国管道阀室标准及技术现状
我国国家标准GB 50251—2015《输气管道工
程设计规范》规定位于一级、二级、三级和四级地区的管道沿线相邻截断阀的间距不宜大于32、24、16、8km。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做调增，一、二、三、四级地区调增分别不应超过4、3、2、1km。根据管道所处地区等级和实际状况，特别是在环境保护区和高后果区，调整截断阀间距已成为国外管道行业的普遍做法。随着我国经济快速发展，在三、四级地区很难完全按照标准设计阀室。参照美国标准ASME B31.8—2016《气体输送和配送管道系统》和加拿大标准CSA Z662—2015《油气管道系统》，国家标准GB 50251规定了阀室间距调增范围为不大于间距规定值的12.5%。随着管道运行控制技术的改进，事故概率总体呈下降趋势。中国石油在乍得、苏丹、尼日尔建设的原油管道，在人烟稀少地区阀室间距达到40~50km。
设置截断阀室的目的是尽可能降低管道事故造成的损失和影响，但是阀室本身也是整个管道系统的薄弱点[5]。例如2017年西气东输二线76#阀室燃爆事故，原因是阀室干线气液联动阀上、下游引压管接触，
因电位差发生打火引起阀室燃爆。该事故
造成75#阀室与77#阀室间46km 管段上百万立方米天然气全部排空才能进行抢修作业。事故发生后宁夏政协委员质疑截断阀室距离的合理性和安全性，建议根据实际情况，划分更加便于管道检测和维修的分段区间，并加强管道安全保障措施[6]。
根据上述阀室事故教训，如某阀室发生事故，上、下游阀室间距过大导致较大放空损失；同理，相邻阀室的管段发生事故，阀室间距过大也将造成较大放空损失。若阀室间距过小，相同长度内阀室数量增加，阀室发生事故的概率增加；另一方面，增加了管道建设成本、征地费用及后期的运行维护费用[7]。因此，研究科学合理的阀室间距对于提高管道安全性和经济性具有重要意义。
2
国外管道设计标准阀室间距规定
3.1
美国标准
美国标准ASME B31.8—2016《气体输送和配
送管道系统》规定设置截断阀室目的是发生紧急事故时截断管线，便于维护。设置阀室首要考虑因素是阀室位置应便于进入。位于一级、二级、三级和四级地区的管道，应采用的阀室最大间距分别是32、24、16、8km。
确定截断阀间距时，管道运营商应针对下列因素进行评估：①管道维修和维护、泄漏或破裂导致的气体放空量；②截断管段的放空时间；③天然气泄漏处的影响（持续放空产生的危害）；④管道运行连续性；⑤管道操作维护的灵活性；⑥管道周边未来的发展；⑦严重影响管道运行和安全的重要事件。
美国标准ASME B31.8规定的阀室间距是在调查行业惯例并基于工程判断的基础上，依据行业普遍接受的工程经验而制定的[8]，给出了两种阀室间距确定准则，第一种准则规定了位于不同地区等级的阀室最大间距，第二种准则是管道运营商针对管道运行、维护、安全和规划等因素进行评估确定。2.2
加拿大标准
加拿大标准CSA Z662—2015《油气管道系统》规定了输气管道阀室最大间距：一级地区无要求；二级地区25km；三级地区13km；四级地区8km。阀室间距可以根据管道运行、维护要求，以及管道地区进出情况等因素进行调增，但不超过25%。针对确定截断阀室间距应进行评估的因素，加拿大标准CSA Z662与美国标准ASME B31.8一致。
储运工程孙芳芳等：国内外输气管道阀室间距设计对标分析
2.3澳大利亚标准
澳大利亚标准AS2885.1—2012《气体和液体石油管道第1部分：设计和施工》规定设置阀室目的是管道维护、运行、维修时隔离管段，以及管道发生事故时保护环境和公众安全。输气管道阀室最大间距推荐值：R1地区（乡村地区）无要求，R2地区（乡村人口居住区）30km，T1（城市人口居住区）和T2（人口密集区）地区15km。确定截断阀室间距应对下列因素进行评估：①流体性质；②供给安全性要求；③事故响应时间；④截断管段可进出情况；⑤监测事故的能力；⑥流体泄漏的后果；⑦截断管段的体积；⑧压力；⑨运行和维护程序。
澳大利亚管道阀室间距同样给出了两种确定准则，针对阀室间距对应的地区等级分为三个等级，中国、美国和加拿大标准划分为四个地区等级；针对确定截断阀室间距应进行评估的因素，澳大利亚标准AS2885.1与美国标准略有差异，强调了管道运行控制、监测和应急能力等对阀室间距的影响。
2.4英国标准
英国标准BS EN1594—2013《天然气基础设施最大操作压力大于16bar的管道功能性要求》规定确定管道线路阀室间距时，应考虑运行压力、管道直径、到达阀室所需时间、与最近支线距离以及其他阀室的位置。
英国标准BS EN1594未规定具体的阀室间距数值，并将运行压力和管道直径作为确定阀室间距的主要考虑因素，这与其他国家标准是不同的。2.5俄罗斯标准
俄罗斯标准ГОСТР55989—2014《干线输气管道10MPa以上的设计标准要求》、СП36.13330—2012《干线管道规范汇编》和SNIP 2.05.06-85—1997《干线输气管道设计规范》针对阀室间距要求一致，即输气管道截断阀距离通过计算确定，但不超过30km。俄罗斯标准ГОСТР55989和SNIP2.05.06-85—1997规定在气体综合处理装置、压缩机站、地下储气站和首站设施（安全阀）前后的输气管道上，距管道入口和出口的距离不小于以下距离：①1000m（直径≥l400mm的输气管道）；②750m（直径＜l400mm且≥l000mm 的输气管道）；③500m（直径＜l000mm的输气管道）。
俄罗斯标准СП36.13330适用于设计压力1.2~10MPa的中低压管道，与设计压力10~25MPa以上高压管道要求的阀室间距相同，不超过30km。由于地广人稀，俄罗斯标准中输气管道未按照地区等级规定阀室间距。中国石油中亚A/B/C三线设计时所属国设计部门意见是按照阀室最大间距控制[9]；中俄东线天然气管道设计时也遵从最大间距30km 的要求；西伯利亚天然气管道阀室间距在27~30km左右；俄罗斯天然气工业股份公司要求天然气管道相邻截断阀室之间管段排空的时间不得超过1.5~2h。
2.6意大利法规
由于历史特殊性，与其他欧洲国家不同，意大利许多技术条款不是由标准或者技术规范规定的，而是由
法律和法令（条例）规定的[10]。意大利法规DM17/04/2008要求高压天然气管道的截断阀室应每隔15km设置一个，并要求在铁路穿越段的上游和下游最多间隔2km设置。
2.7荷兰标准
荷兰标准NEN3650-1—2003《管道系统要求第一部分：概述》规定应在管道的起点和终点设置阀室。阀室应便于进入和维护。特殊情况下，通过设置额外的阀室降低管道介质的泄漏量，设置额外的阀室应考虑阀室自身安全问题以及环境风险。针对存在潜在失效可能的阀室，应加强检查。
荷兰标准NEN3650-1与ISO13623相同，没有具体规定阀室间距，阀室设置考虑因素更加宽松，仅要求管道的起点和终点设置阀室，该标准的先进性在于提出了阀室自身的失效风险问题。
2.8国际标准ISO
国际标准ISO13623—2009《石油和天然气工业管道输送系统》规定线路截断阀室应设置在管道的起点、终点，以及对下列因素有需求的位置：①运行和维护；②控制紧急事件；③限制潜在泄漏体积。国际标准ISO13623对阀室设置间距没有明确要求，仅规定了设置阀室需要考虑的因素，要求相对宽松。
3国内外管道阀室间距对标分析本研究收集国内外管道设计标准11项，其中8项规定了阀室间距数值要求；中国、美国、加拿大和澳大利亚标准中阀室间距均与输气管道按照人口密度划分的地区等级相关（
表1）。为便于分析，表2列出了国内外管道阀室间距数值和重要条款。
表1国内外管道阀室间距基本要求
Tab.1Basic requirement of pipeline valve box spacing at home
and abroad
标准国家中国美国加拿大澳大利亚英国俄罗斯意大利荷兰国际标准是否规定阀室间距
是
是
是
是
否
是
是
否
否
是否与地区等级相关
是
是
是
是
否
否
否
否
否
表2国内外管道阀室间距数值和重要条款Tab.2Value and important provision of pipeline valve box
spacing at home and abroad
标准国家
中国美国加拿大澳大利亚英国俄罗斯意大利荷兰国际标准
阀室间距要求和重要条款
一级地区R1
32
32
无要求
无要求
无明确要求，考虑运行压力、管道直径等因素
计算确定，但不超过30km
每15km设置1座阀室
无明确要求，管道起点和终点应设置阀室
无明确要求，管道起点和终点应设置阀室
二级地区R2
24
24
25
30
三级地区T1
16
16
13
15
四级地区T2
8
8
8
15
由于世界各国国情各异，阀室间距及设置原则存在差异，国内外标准还不统一，按照地域特点可划分为四类：
（1）美国、加拿大和中国标准。美国和加拿大标准规定了两种阀室间距设计原则，一种是规定了位于不同地区等级的阀室最大间距，另一种是考虑管道运行、维护、安全和规划等多方面因素进行评估确定。中国标准参考美国标准确定阀室间距，但未针对阀室工程评估提出要求。
（2）澳大利亚标准。澳大利亚标准理念与美国标准一致，也规定了按照最大间距和工程评估确定阀室间距的原则，但在输气管道地区等级划分方面与美国标准略有差异。
（3）欧洲标准和国际标准。这类标准未明确规定阀室间距数值，但规定了设置阀室应考虑的因素，例如荷兰标准提出了应考虑阀室自身安全问题，英国标准将运行压力和管道直径作为确定阀室间距的因素。
（4）俄罗斯标准。俄罗斯输气管道阀室一般按照30km设计，未考虑地区等级影响，可能与其地广人稀特点有关。
4结束语
我国天然气管道设计标准中阀室间距的条款主要参考了美国ASME B31.8和加拿大CSA Z662的相关规定，
结合我国多年应用实践，总体要求是合理的。结合其他国家标准特点，为进一步确定合理的阀室间距，减少管道运行风险和方便维护，建议如下：
（1）借鉴美国和澳大利亚标准做法，确定管道阀室间距时，管道运营商应对运行、监测、维护、应急、安全和规划等多方面因素进行评估。
（2）针对选址、征地困难或者人口密集区等情形，如严格按照标准规定间距设置阀室困难，借鉴加拿大标准，输气管道截断阀室间距允许在25%范围内进行调整（即不超过8km）。
（3）随着运行控制水平和自动化程度的提高，管道事故概率总体呈下降趋势。建议在人口稀少地区管道线路截断阀间距可增加到32km以上。
（4）借鉴荷兰标准做法，建议开展管道阀室设施安全风险控制研究。
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作者简介
王琴：高级工程师，硕士，2010年毕业于中国石油大学（北京），从事油气长输管道输送工艺技术研究工作，0991-*******，wq-wopc@petrochina，新疆乌鲁木齐市新市区天津北路西五巷99号中国石油乌鲁木齐大厦2404，830011。
收稿日期
2019-12-04
（编辑
焦晓梅）
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作者简介
孙芳芳：经济师，2009年毕业于辽宁石油化工学院油气储运专业，从事长输管道、油库和油气站场的项目管理和生产经营工作，138********，117741617@qq，河北省廊坊市开发区华祥路51号，065001。
收稿日期
2019-12-09
（编辑
焦晓梅）