天然气放空立管的设计说明.docx
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天然气放空立管的设计说明
放空系统设计
输气管道的放空
a）线路截断阀上下游均宜设置放空管。
放空管应能迅速放空两截断阀之间管段内的气体，放空阀直径与放空管直径应相等。
放空立管应设在阀室围墙内。
b）应根据下游用户最低用气压力要求确定管道放空压力，有压气站的管道应经压缩机抽气，将压力降至压缩机最低允许压力后再放空，放空时间宜满足12h放完的要求。
c）阀室放空立管不设点火设施。
d）阀室旁通管线宜采用管卡固定。
e）输气站放空过程：
当站内设备超压时联锁关闭进出站阀门（ESD）；安全阀放空量为站内管道及容器内气量，按15min内压力降至50%计算气体流量，且管内流速不超过0.2马赫数，安全阀背压不超过10%计算放空管径。
放空立管的布置
1.1防火规范要求
“表4.0.4放空立管距离人员聚集区、相邻厂矿企业、独立变电所60米，距铁路、高速路、架空电力线、一二级通信线40m，距其他公路、其他通信线30m。
”
“4.0.8放空管放空量等于或小于1.2×104m3/h时，距离站场不应小于10m；放空量大于1.2×104/h且等于或小于4×104m3时，不应小于40m。
”
“5.2.5天然气密闭隔氧水罐和天然气放空管排放口与明火或散发火花地点的防火间距不应小于25m，与非防爆厂房之间的防火间距不应小于12m。
”
“6.1.1进站场天然气管道上的截断阀前应设泄压放空阀。
”
“6.8.6放空管道必须保持畅通，并应符合下列要求：
1）高压、低压放空管宜分别设置，并应直接与火炬或放空总管连接；（高压放空气量较小或高、低压放空的压差不大（例如其压差为0.5～1.0MPa）时，可只设一个放空系统，以简化流程。
）
2）不同排放压力的可燃气体放空管接入同一排放系统时，应确保不同压力的放空点能同时安全排放。
”
注：
放空管道不能设切断阀，对可能存在的积液，及由于高压气体放空时压力骤降或环境温度变化而形成冰堵，应采取消除措施。
高低压管道同时放空会对低压管道造成超压破坏。
当高低压放空管道压差在（0.5～1.0MPa）时可设一个放空系统，并计算同时泄放各放空点的背压。
在确定放空管系尺寸时，应使可能同时泄放的各安全阀后的累积回压限制在该安全阀定压的10%左右。
“6.8.7火炬设置应符合下列要求：
1火炬的高度，应经辐射热计算确定，确保火炬下部及周围人员和设备的安全。
2进入火炬的可燃气体应经凝液分离罐分离出气体中直径大于300μm的液滴；分离出的凝液应密闭回收或送至焚烧坑焚烧。
3应有防止回火的措施。
4火炬应有可靠的点火设施。
5距火炬筒30m范围内，严禁可燃气体放空。
6液体、低热值可燃气体、空气和惰性气体，不得排入火炬系统。
”
“6.8.8可燃气体放空应符合下列要求：
1可能存在点火源的区域内不应形成爆炸性气体混合物。
2有害物质的浓度及排放量应符合有关污染物排放标准的规定。
3放空时形成的噪声应符合有关卫生标准。
”
火炬和与石油天然气站场的防火间距，应经辐射热计算确定，可能携带可燃液体的高架火炬与外部设施的防火间距要求是：
距人口密度大于100人的居民区、村镇、公共福利设施、相邻厂矿企业、100人以下散居房屋、35kV及以上独立变电所120m；距铁路、高速公路、架空电力线路、国家Ⅰ、Ⅱ级架空通信线80m；距其它一般公路、一般架空通信线60m，距离爆破作业场地（如采石场）300m。
1.2输气管道规范
“3.4.5安全阀泄放管直径要求：
安全阀背压不大于泄放压力的10%，且不小于安全阀出口直径。
连接多个安全阀泄放管直径：
所有安全阀同时泄放，产生的背压不大于其中任何一个安全阀泄放压力的10%，泄放管截面积不小于各安全阀泄放面积之和。
”
“3.4.8输气站放空管应设在围墙外，总高度不应小于10米”
“3.4.9,放空竖管满足最大放空量要求，竖管顶部严禁设弯管，埋地管设锚固，竖管设加固措施”
放空竖管之间要大于最大放空引管的直径。
1.3
城镇燃气规范
1.4《石油化工企业可燃性气体排放系统设计规范》SH3009-2010
1）厂外居民区、公共福利设施、村庄等公众人员活动区域，允许热辐射强度小于等于1.58kW/m2；
2）相邻同类企业及油库的人员密集区域、石油化工厂内的行政管理区域，允许热辐射强度小于等于2.33kW/m2；
3）相邻同类企业及油库的人员稀少区域、厂外树木植被的允许热辐射强度小于等于3.0kW/m2；
4）石油化工厂内部的各生产装置的允许热辐射强度小于等于3.2kW/m2；
5）对于分别布置且不同时检修的火炬塔架顶部平台的允许热辐射强度（来自于另一个火炬的热辐射）应小于等于4.78kW/m2；
6）火炬设施的分液罐、水封罐、泵等布置区域允许热辐射强度小于等于9.0kW/m2，当该区域的热辐射强度大于6.3kW/m2时，应设置操作或检修人员安全躲避场所
1.5《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）
规定了非甲烷总烃（使用溶剂汽油或其他混合烃类物质）的排放限值。
最高允许排放浓度120mg/m3，最高允许排放速率10～150kg/h，无组织排放监控浓度（周界外浓度最高点）4.0mg/m3。
1.6
防火规范改进意见
1.6.1放空立管
考虑到天然气密度较空气轻，经理论分析，在不考虑空气气流对放空天然气向下作用的影响、放空立管周围地势平坦等情况下冷放空时天然气仅在放空口水平面以上部分与空气混合，放空口以下无天然气聚集，因此可缩短阀室与放空立管间的距离。
放空立管应设置在阀室围墙内，其高度应高出放空管周围25m范围内建（构）筑物高度2m以上。
站场放空的特点是持续时间短、放空初期瞬时放空速率很大，是平均值的5倍左右，但是很快就降下来了，短时的大速率放空，遇到火源引发喷射火或者爆炸的概率比较小。
采用平均放空速率20×104m3/h作为点火界限。
建议GB50183修订为，放空立管与站场内部和外部的间距计算后确定。
在某计算条件下，当放空速率为20×104m3/h时，可爆云团半径3m，甲烷浓度2.5%的半径为7.5m。
因此，当站场平均放空速率≤20×104m3/h时，建议设独立放空立管，设置独立放空区域，放空立管与站场内部、外部防火间距计算后确定。
放空立管与站内其它设施的防火间距，宜按高浓度气体扩散模型进行计算，扩散区边界空气中的可燃气体浓度不应超过其爆炸下限的50%。
站场放空立管距离要求主要是考虑噪声影响。
实际运行中几家管道运营公司均是直接放空，但放空立管距设备、厂房距离较远（30m左右）。
典型烃类泄放气流被稀释到可燃极限下限（质量含量约3%）的距离，出现在沿尾管轴线距离排出管末端的约120倍管直径处。
一般工业上恰当的做法是使安全泄压阀排气的放空管，至少要比放空排出点高的所有结构物和设备有相距约15m（50ft，水平距离）的间隔。
在大多数情况下，这样做将足以防止可燃气体达到高结构物。
对于这些喷射泄放，无须担心在放空管的泄放高度以下位置存在可燃蒸气云团或可燃条件。
根据美国石油协会标准，可燃气体直接排入大气时，当排放口速度大于150m/s时，可燃气体与空气迅速混合并稀释至可燃气体爆炸下限是安全的。
1.6.2放空火炬
站场放空一般做法：
1）压气站均设置带固定点火装置的火炬；
2）分输站、清管站等其余站场大多数设带点火装置的放空管；
3）设点火装置的放空立管与站场间距按辐射热计算，放空立管与站场的间距多在80m以上，放空管高度多为25m。
4）设火炬的按照热辐射计算后确定内部、外部防火间距。
5）火炬直径应按气体排入大气的最大允许流速（等于80m/s，但不能大于0.3马赫数）加以确定。
火炬高度应根据50m距离上（火炬围栏线上）允许的热流表面密度通过计算确定。
放空操作说明
在需要将某段管道内的天然气放空时若简单地将前后截断阀关闭、打开放空阀放空是既不环保也不节能的，在管道的设计、运行中应充分考虑减少放空量的措施。
通常的做法是尽量降低管道内天然气压力，在下游有压气站时利用管道上的压缩机进行抽气，在下游无压气站时可让用户尽量用气，在无法继续降低压力的情况下再进行放空。
根据我国输气管道维抢修现状，在通过各种方法对管内天然气实施降压完成后，一般要求在12h内从开始放空到放空结束。
输气站场，每个排放系统在同一事故中的最大排放量，按排放量最大装置排放量的100%与其余装置排放量的30%计算（体积流量）。
应根据下游用户最低用气压力要求确定管道开始放空初始压力，放空管管径一般取主管管径的1/2~1/3。
旁通管管径应与放空管管径一致。
具体应根据工程情况进行选用。
表B.1阀室放空管径设置表
序号
主管公称直径（mm）
旁通管公称直径（mm）
放空管公称直径（mm）
1
300~400
100、150
100、150
2
450~500
150、200
150、200
3
550~600
200、250
200、250
4
700~800
250、300
250、300
5
900~1000
350
350
6
1100~1200
400
400
表B.2站场放空管径设置表
序号
放空气量（m3/h（SC））
放空管公称直径（mm）
1
≤1875
100
2
1876～3750
150
3
3751～5625
200
4
5626～7500
250
5
7501～12000
300
放空立管安装要求
在部分工程中曾出现阀室管道由于仅设置了垂直支撑、无管卡固定造成干线放空时产生较大振动的情况，故要求设计时对旁通管道应考虑管卡固定。
1.7放空立管
a）宜选用自立式放空立管。
b）自立式放空立管的计算应综合考虑地震载荷、风载荷、放空流速等，并参照JB/T4710《钢制塔式容器》。
c）放空立管的材质选择应考虑环境温度和节流后气体温降的影响。
d）放空立管底部宜设置DN50排液口。
1.8放空阀
a）放空阀应选用具有节流截止功能的阀门。
b）公称直径≥DN300的放空用阀宜采用旋塞阀，公称直径≤DN250的放空用阀宜采用节流截止放空阀。
c）阀门选型应考虑在启/闭全压差条件下稳定操作，操作扭矩小，耐气流冲刷，耐磨损。
埋地放空管道敷设要求：
压力在1.6MPa的管道，距建筑物外墙不小于13.5m；壁厚不小于9.5mm时，距建筑物外墙不小于6.5m；壁厚不小于11.9mm时，距建筑物外墙不小于3m。
放空计算：
1.9线路截断阀（室）起始泄放压力：
一般情况下，在放空之前会通过下游压缩机抽气或者向下游低压天然气用户供气等方式尽可能降低管道内的压力至设定值，再关闭上下游截断阀、打开放空阀放空。
多数情况下，起始泄放压力为设计压力的一半左右。
1.10爆炸下限：
甲烷的爆炸下限为5%（V），爆炸上限为16.5%（V），即空气中天然气浓度为5%~16.5%时可能引起爆炸。
1.11放空时间
式中
t—放空时间/min；
F—选择系数：
理想孔F=1.0，直通闸阀F=1.6，普通闸阀F=1.8，涂润滑脂旋塞阀F=2.0。
P—管道放空初始压力/MPa；
D—管道内径/mm；
G—天然气相对密度；
L—截断阀的间距/km；
d—放空管内径/mm。
1.12放空管径
1）放空管管径一般为干线直径的1/3~1/2。
2）为了确保管内流速不超过0.5马赫，放空总管管径不应小于火炬筒出口最低允许直径（即计算直径）。
3）参考SH3009-2005《石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范》附录A的放空管道压力降计算公式反算放空管管径。
放空或火炬位置
1.13站场放空的习惯做法：
压气站均设置火炬，未设长明灯；分输站、清管站等站场大多数设火炬，火炬与站场间距按热辐射计算，间距多在80m以上，火炬管高度多为25m。
放空管距离线路截断阀（室）原则上不低于40m，放空立管高度多为15m以上。
部分阀室的放空立管与阀室合并在一个围墙内，放空立管距离阀室围墙距离为12m。
1.14宜设置独立放空区。
1.15火炬与站场距离：
式中
R——受热点至火炬筒的水平距离/m；
τ——辐射系数；
F——气体扩散焰辐射率；
Q——火炬释放的总热量/kW；
q——允许热辐射强度/（kW/m2）；
H——火炬筒高度/m；
Yc——火焰中心至火炬筒顶的垂直距离/m；
h——受热点至火炬筒下地面的垂直高差/m；
Xc——火焰中心至火炬筒顶的水平距离/m。
任意给定一个D（火焰中心至受热点的距离）值，根据辐射系数的计算公式，有：
式中
r——大气相对湿度/%；
D——火焰中心至受热点的距离/m。
1.16放空过程：
天然气放空时先向上再向下风侧扩散，放空初期采取限流泄放限制放空量，后期再全开放空阀门。
放空影响范围：
放空后的天然气浓度在2.5%时全部位于放空管口上方，扩散范围在26.8m以内。
采取点火放空，4.73kW/m的范围可达203m，影响范围大。
放空速率<26×104m3/h，只会闪火不会爆炸。
站场放空速率大于20×104m3/h时考虑点火放空。
在某计算条件下，当放空速率为20×104m3/h时，可爆云团半径3m，甲烷浓度2.5%的半径为7.5m。
放空流程示例
表1天然气放空规范对比表
序号
规范名称
主要内容
备注
1
《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004
1）第4.0.8条，火炬和放空管宜布置在场外地势较高处。
放空管与石油天然气站场的间距：
放空管放空量≤1.2x104m3/h时，不应小于10m；>1.2x104m3/h且≤4x104m3/h时，不应小于40m。
2）放空管与外部设施的防火间距按照可能携带可燃液体的火炬间距减少50%。
3）经热辐射计算确定火炬与石油天然气站场的防火间距。
4）6.8.8条，连续排放的可燃气体排气筒顶或放空管口，应高出20m范围内的平台或建筑物顶2.0m以上。
间歇排放的，高出10m范围内的平台或建筑物定2.0m以上。
有间距要求、高度要求
2
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
第4.1.9条，高架火炬的防火间距应根据人或设备允许的热辐射强度计算确定。
对可能携带可燃液体的高架火炬，规定了外部和内部间距。
3
《城镇燃气设计规范》GB50028-2006
规定了门站设集中放散管，设在站内，并规定了与站内、站外相关设施的防火间距
有间距要求
4
《输气管道工程设计规范》GB50251-2003
1）第3.4.6条，放空气体应经放空竖管排入大气，并应符合环境保护和安全防火要求。
2）第3.4.7条，输气干线放空竖管应设置在不致发生火灾危险和危害居民健康的地方，其高度应比附近建（构）筑物高出2m以上，且总高度不应小于10m。
3）第3.4.8条，输气站放空立管应设置在围墙外，与站场及其他建构筑物距离符合GB50183的规定，高度比附近建构筑物高出2m以上，且总高度不小于10m。
要求集中、有高度要求
5
《泄压和减压系统指南》SY/T10043-2002
APIRP5211997版
1）如果环境允许，压力泄放所产生的蒸汽流可以直接安全地排放到大气中。
2）气体排放流速越高越有利于可燃气体在空气中扩散。
3）对于流速30m/s以上的喷射泄放，无需担心放空管泄放高度以下位置存在可燃气体云团或可燃条件。
无集中、间距要求
6
《石油化工气液燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范》SH3009-2001
第4章可燃性气体排放系统工程设计，规定了排放量计算、火炬选择、火炬工艺计算等。
7
《大气污染物综合排放标》GB16297-1996
该标准适用于正常工业生产中大气污染物的排放，不论是连续排放还是间歇排放，对于特殊工况需要排放的大气污染物，不执行该标准。
不适用
8
《石油和天然气工业-管道输送系统》ISO13623-2009
1）向大气排放的管线应延长到可以安全排放的位置。
2）对与放空和火炬系统，宜考虑的危险及约束条件有：
被放空气体的窒息效应；气体被杂散电流、静电或其他潜在点火源点燃着火的危险性；噪声水平极限；对飞行器运动的危害，特别是近海；水合物的形成；阀门冻结；对钢管的脆性断裂效应。
安全排放地点
表2站场的火炬、放空管设置位置
序号
规范名称
主要要求
1
《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004
火炬和放空管宜布置在场外地势较高处。
最小风频的上风侧。
2
《输气管道工程设计规范》GB50251-2003
输气站放空立管应设置在围墙外。
3
《城镇燃气设计规范》GB50028-2006
规定门站和储配站的集中放散装置宜设置在站内全年最小频率风向的上风侧。
4
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
全厂性的高架火炬宜位于生产区全年最小频率风向的上风侧。
未明确站内还是站外。
表3是否点火放空
序号
规范名称
主要要求
1
《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004
未规定什么条件下点火放空、放空速率>4×104m3/h时，放空管与站场的防火间距。
2
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
受工艺条件或介质特性所限，无法排入火炬或装置处理排放系统的可燃气体，通过排气筒、放空管直接向大气排放。
3
《输气管道工程设计规范》GB50251-2003
放空气体应经放空竖管排入大气，并应符合环境保护和安全防火要求。
无点火要求。
4
《城镇燃气设计规范》GB50028-2006
门站和储配站设集中放散装置。
无点火要求
5
《泄压和减压系统指南》SY/T10043-2002
如果环境允许，压力泄放所产生的蒸汽流可以直接安全地排放到大气中。
无点火要求
表4火炬防火间距
序号
标准名称
与周边设施
与站场内部设施
其他
1
《石油天然气工程设计防火规范》
GB50183-2004
火炬与周围居住区、相邻厂矿企业等外部间距，经热辐射计算确定。
可能携带可燃液体火炬的外部间距按照表4.0.4确定，距人口密度大于100人的居民区、村镇、公共福利设施、相邻厂矿企业、100人以下散居房屋、35kV及以上独立变电所120m；距铁路、高速公路、架空电力线路、国家Ⅰ、Ⅱ级架空通信线80m；距其它一般公路、一般架空通信线60m，距离爆破作业场地（如采石场）300m。
。
一、二、三、四级石油天然气站场内总平面布置，火炬的防火间距应经辐射热计算确定，对可能携带可燃液体的高架火炬还应满足表5.2.1的规定，与甲乙类厂房密闭工艺装置、甲乙类储罐、全厂性重要设施、辅助生产设施间距90m。
进入火炬的可燃气体应经凝液分离罐分离出气体中直径大于300μm的液滴；分离出的凝液应密闭回收或送至焚烧坑焚烧。
5距火炬筒30m范围内，严禁可燃气体放空。
2
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
高架火炬区域布置的防火间距应根据人或设备允许的热辐射强度计算确定。
可能携带可燃液体的高架火炬的外部防火间距按照表4.1.9确定，与居民区、相邻工厂的间距为120m。
可能携带可燃液体的高架火炬的内部防火间距按照表确定，与工艺装置、全厂重要设施、地上可燃液体储罐的间距为90m。
高架火炬的防火间距应根据人或设备允许的安全辐射热强度计算确定，对可能携带可燃液体的高架火炬的防火间距不应小于表规定，与工艺装置、全厂重要设施、地上可燃液体储罐的间距为90m。
3
《泄压和减压系统指南》
SY/T10043-2002
第4.4节，火炬处理中，详细规定了火炬的相关计算方法和计算参数。
4
《泄压和减压系统指南》
API/ANSITD521-2007
详细规定了火炬的相关计算方法和计算参数。
表5放空管、放散管的外部、内部防火间距，管口高度
序号
规范名称
站外防火间距
与站内防火间距
立管高度
其他
1
《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004
表4.0.4放空立管距离人员聚集区、相邻厂矿企业、独立变电所60米，距铁路、高速路、架空电力线、一二级通信线40m，距其他公路、其他通信线30m。
4.0.8放空管放空量等于或小于1.2×104m3/h时，距离站场不应小于10m；放空量大于1.2×104/h且等于或小于4×104m3时，不应小于40m。
5.2.5天然气密闭隔氧水罐和天然气放空管排放口与明火或散发火花地点的防火间距不应小于25m，与非防爆厂房之间的防火间距不应小于12m
6.1.1进站场天然气管道上的截断阀前应设泄压放空阀。
6.8.6放空管道必须保持畅通，并应符合下列要求：
1）高压、低压放空管宜分别设置，并应直接与火炬或放空总管连接；
2）不同排放压力的可燃气体放空管接入同一排放系统时，应确保不同压力的放空点能同时安全排放。
”
6.8.6.1补充：
高低压放空管道的划分：
当高低压放空管道压差在（0.5～1.0MPa）时可设一个放空系统，并计算同时泄放各放空点的背压。
在确定放空管系尺寸时，应使可能同时泄放的各安全阀后的累积回压限制在该安全阀定压的10%左右。
2
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
受工艺条件或介质特性所限，无法排入火炬或装置处理排放系统的可燃气体，当通过排气筒、放空管直接向大气排放时，排气筒、放空管的高度应符合下列规定：
①连续排放的排气筒顶或放空管口应高出20m范围内的平台或建筑物顶3.5m以上。
②间歇排放的排气筒顶或放空管口应高出10m范围内的平台或建筑物顶3.5m以上。
③安全阀排放管口不得朝向邻近设备或有人通过的地方，排放管口应高出8m范围内的平台或建筑物顶3m以上。
3
《城镇燃气设计规范》GB50028-2006
集中放散装置的放散管与站外建、构筑物的防火间距按表确定，与明火或散发火花地点、室外变配电站的间距30m，与民用建筑、甲乙类液体储罐、甲乙类易燃材料堆场、甲乙类物品库房、甲乙类生产厂房的间距25m。
集中放散装置的放散管与站内建、构筑物的防火间距按表确定，与明火或散发火花地点、室外变配电站的间距30m，与办公生活建筑、控制室配电室等辅助建筑、燃气锅炉房的间距25m，与可燃气体储气罐、调压室等建筑、工艺装置区的间距25m。
4
《输气管道工程设计规范》GB50251-2003
输气干线放空竖管应设置在不致发生火灾危险和危害居民健康的地方，其高度应比附近建（构）筑物高出2m以上，且总高度不应小于10m。
输气站放空立管应设置在围墙外，与站场及其他建构筑物距离符合GB50183的规定，高度比附近建构筑物高出2m以上，且总高度不小于10m。
3.4.5安全阀泄放管直径要求：
安全阀背压不大于泄放压力的10%，且不小于安全阀出口直径。
放空竖管满足最大放空量要求，竖管顶部严禁设弯管，埋地管设锚固，竖管设加固措施”
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