范振宁

摘 要：伴随天然气管道的不断发展和管网的逐步完善，合建站、枢纽站、联络站日益增多，输气站场的规模越来越大，站场发生事故需泄放的天然气总量和放空强度随之增大，放空点火时对周边环境的影响范围也相应扩大，对站场选址、降低放空系统经济性提出了更高的要求。本文以降低站场事故放空时的最大泄放量、优化站场放空系统的设计为目的，结合HYSYS软件DP动态模型计算分析结果，探讨站场分区延时放空设计的必要性和注意事项。

关键词：天然气；输气管道；站场放空；分区延时

1 研究背景

在天然气输气管道长距离、大口径、高压力发展趋势日益明显的背景下，管道沿线压气站、枢纽站等大型场站的事故放空因其瞬时泄放量大导致放空系统总管管径大、火炬立管尺寸大、辐射热影响范围大、噪声强度大等一系列问题，降低了站场放空系统设计的经济性，增加了站场选址的难度。

国外北美地区大型站场为降低对放空系统的要求多采用分散式分区放空的方式，即结合站场功能分区，每一分区内分别设置放空立管进行泄放；而国内受土地资源制约，多采用集中放空方式，即不同分区的放空集中至一处，由同一立管泄放。目前国内新版《输气管道工程设计规范》首次引入分区延时放空的理念，为站场事故放空设计的优化提供了规范许可。

2 研究目的

本文以降低站场事故放空时的最大泄放量、优化站场放空系统的设计为目的，结合HYSYS软件DP动态模型计算分析结果，探讨分区延时放空设计的必要性。

3 标准规范解读

天然气管道站场发生火灾、大面积天然气泄漏等事故时，往往需要紧急切断进出站关断阀，同时放空站场管道及设备内的天然气。事故工况下能否及时放空站内的天然氣对事故的控制十分关键。国内外标准规范推荐做法为：设置紧急放空系统，使其能在15min内将站内设备及管道压力从最初的压力降至设计压力的50%。该准则是根据容器的壁温与对应破坏应力之间的关系而确定的。火灾工况下在管道、设备金属温度达到脆性转变温度前，将其内部压力泄放，避免高温、高压对压力管道、容器的毁坏性破坏。规范未对泄放过程的压降速率提出要求，认为只要15min内将压力降至设计压力的50%即可。

4 分区延时放空对站场泄放的影响

同样以某管道压气站为例，对站场紧急放空采用分区延时放空理念进行设计，分析其与常规紧急放空设计的异同。

压气站内设置有两处紧急放空阀，一处为进出站及过滤分离区，总管容约400m3；另一处为增压冷却区，总管容约600m3。两处均设置DN150紧急放空阀（阀后设置限流孔板）。常规设计中，站场事故工况下，两处紧急放空阀同时开启泄放，各处压力及泄放流量情况见图1。

由图1分析可知，站场紧急放空时，全站放空量将是两处紧急放空量的加和，峰值约21.6万kg/h。这对放空系统下游管网及终端处理设备提出了更高的要求。

采用分区延时放空理念进行设计，站场紧急工况下首先开启增压冷却区紧急放空阀，开启放空5min后，再行开启进出站及过滤分离区的紧急放空阀；分析站场减压泄放过程中压力、泄放量的变化情况。各处压力及泄放流量情况见图2。

由图2分析可知，采用分区延时放空后，全站泄放峰值量18.9万m3/h，比全站同时泄放峰值量21.6万kg/h降低2.7万kg/h。但需注意的是，延时开启的BDV放空区域（进出站及分离区）压力将于20min时方能达到起始压力的50%。

若要实现两处BDV紧急泄放同时于15min时泄放至起始压力的50%，则需要提高延时放空管路的泄放口径，但峰值泄放量也会相应增加（23.1万kg/小时，高于21.6万kg/小时）。计算结果见图3。

因此，对于不能实现分区报警切断的站场，分区延时放空意义不大；对于具备分区报警切断功能的站场，分区延时放空可以降低站场峰值泄放量，开启延时时间越长，越有利于全站峰值泄放量的降低。

5 结论

（1）在满足泄放要求的条件下，适当延长紧急放空阀的开启时间，可采用先慢后快不等比方式进行泄放，降低单处紧急放空的瞬间最大量；

（2）对站内设置的多处紧急放空阀，可按覆盖区域内设备的重要程度及泄放容积大小，先后逐次延时开启，对不同放空阀的Q-t曲线进行叠加，保证瞬时泄放量叠加后不超限；

（3）对于不能实现分区报警切断的站场，分区延时放空意义不大；

（4）规范仅对站场紧急放空的时间及压力作出要求，未对放空过程的压降速率提出要求，为站场分区延时放空提供了规范许可；

（5）建议国内规范修编时结合API RP 521中对金属材料软化温度的实验，明确火灾工况下压力泄放过程的速率要求。

本文旨在对天然气管道大型站场降低事故放空时瞬时放空量的分区延时放空理念进行探讨，为后期管道站场放空系统优化提供一种思路，供行业同仁参考。

参考文献

[1] GB 50251-2012输气管道工程设计规范[M]

[2] API RP521泄压和减压系统导则[M]