中华人民共和国国家标准输气管道工程设计规范GB 50251-2003 2
5 管道和管道附件的结构设计
5．1 管道强度和稳定计算
5．1．1 管道强度计算应符合下列原则：
1 埋地管道强度设计应根据管段所处地区等级以及所承受可变荷载和永久荷载而定。当管道通过地震动峰值加速度等于或大于0．1g的地区时，应按国家现行标准《输油(气)钢质管道抗震设计规范》SY／T 0450对管道在地震作用下的强度进行校核。
2 埋地直管段的轴向应力与环向应力组合的当量应力，应小于管子的最小屈服强度的90％。管道附件的设计强度不应小于相连直管段的设计强度。
3 输气管道采用的钢管符合本规范第5．2．2条规定时，焊缝系数值应取1．0。
5．1．2 输气管道强度计算应符合下列规定：
1 直管段管壁厚度应按下式计算(计算所得的管壁厚度应向上圆整至钢管的壁厚δ)：
2 受约束的埋地直管段轴向应力计算和当量应力校核，应按本规范附录B的公式计算。
3 当温度变化较大时，应作热胀应力计算。必要时应采取限制热胀位移的措施。
4 受内压和温差共同作用下弯头的组合应力，应按本规范附录C的公式计算。
5．1．3 输气管道的最小管壁厚度应符合表5．1．3的规定。
5．1．4 输气管道径向稳定校核应符合下列表达式的要求，当管道埋设较深或外荷载较大时，应按无内压状态校核其稳定性：
5．1．5 曾采用冷加工使其符合规定的最小屈服强度的钢管，以后又将其不限时间加热到高于480℃(或高于320℃超过lh(焊接除外)，该钢管允许承受的最高压力，不得超过按式(5．1．2)计算值的75％。
5．2 材 料
5．2．1 输气管道所用钢管、管道附件的选择，应根据使用压力、温度、介质特性、使用地区等因素，经技术经济比较后确定。采用的钢管和钢材，应具有良好的韧性和焊接性能。
5．2．2 输气管道凡选用国产钢管，其规格与材料性能应符合现行国家标准《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》GB／T 9711、《输送流体用无缝钢管》GB／T 8163、《高压锅炉用无缝钢管》GB 5310、《化肥设备用高压无缝钢管》GB 6479的有关规定。
5．2．3 输气管道所采用钢管和管道附件应根据强度等级、管径、壁厚、焊接方式及使用环境温度等因素对材料提出韧性要求。
5．2．4 钢管表面的凿痕、槽痕、刻痕和凹痕等有害缺陷应按下列要求处理：
1 钢管在运输、安装或修理中造成壁厚减薄时，管壁上任一点的厚度不应小于按式(5．1．2)计算确定的钢管壁厚的90％。
2 凿痕、槽痕应打磨光滑；对被电弧烧痕所造成的"冶金学上的刻痕"应打磨掉。打磨后的管壁厚度小于本规范第5．2．4条l款的规定时，应将管子受损部分整段切除，严禁嵌补。
3 在纵向或环向焊缝处影响钢管曲率的凹痕均应去除．其他部位的凹痕深度，当钢管公称直径小于或等于300mm时，不应大于6mm；当钢管公称直径大于300mm时，不应大于钢管公称直径的2％。当凹痕深度不符合要求时，应将管子受损部分整段切除，严禁嵌补或将凹痕敲臌。
5．3 管道附件
5．3．1 管道附件应符合下列规定：
1 管道附件严禁使用铸铁件。
2 管件的制作应符合国家现行标准《钢板制对焊管件》GB／T 13401、《钢制对焊无缝管件》GB 12459、《钢制对焊管件》SY／T 0510的规定。
3 清管器收发筒、汇管、组合件的制作参照执行现行国家标准《钢制压力容器》GBl50的规定。
4 当管道附件与管道采用焊接连接时，两者材质应相同或相近。
5 承受较大疲劳荷载的弯管，不得采用螺旋焊接钢管制作。
6 进行现场强度试验时，不应发生泄漏，破坏，塑性变形。
5．3．2 管道附件与没有轴向约束的直管连接时，应按本规范附录E规定的方法进行承受热膨胀的强度校核。
5．3．3 弯头和弯管的管壁厚度应按下式计算：
5．3．4 直接在主管上开孔与支管连接或自制三通，其开孔削弱部分可按等面积补强，其结构和计算方法应符合本规范附录F的规定。当支管的公称直径小于或等于50mm时，可不补强。当支管外径大于或等于1／2主管内径时，宜采用标准三通件或焊接三通件。
5．3．5 异径接头可采用带折边或不带折边的两种结构形式，其强度设计应符合现行国家标准《钢制压力容器》GB 150的有关规定。
5．3．6 管封头可采用凸形封头或平封头，其结构、尺寸和强度应符合现行国家标准《钢制压力容器》GB 150的有关规定。
5．3．7 管法兰的选用应符合国家现行标准的规定。法兰密封垫片和紧固件，应与法兰配套选用。绝缘法兰、绝缘接头的设计应符合国家现行标准《绝缘法兰设计技术规定》SY／T 0516的规定。
5．3．8 汇管和清管器收发筒，应由具有制造压力容器相应等级资格的工厂制作。
5．3．9 在防火区内关键部位使用的阀门，应具有耐火性能。
5．3．10 需要通过清管器和检测仪器的阀门，应选用全通径阀门。
6 输 气 站
6．1 输气站设置原则
6．1．1 输气站的设置应符合线路走向和输气工艺设计的要求，各类输气站宜联合建设。
6．1．2 输气站位置选择应符合下列要求：
1 地势平缓、开阔。
2 供电、绐水排水、生活及交通方便。
3 应避开山洪、滑坡等不良工程地质地段及其他不宜设站的地方。
4 与附近工业、企业、仓库、铁路车站及其他公用设施的安全距离应符合现行国家标准《石油天然气工程设计防火规范》GB 50183的有关规定。
6．1．3 输气站内平面布置、防火安全、场内道路交通及与外界公路的连接应符合国家现行标准《石油天然气工程设计防火规范》GB 50183、《建筑设计防火规范》GB 50016、《石油天然气工程总图设计规范》SY／T 0048的有关规定。
6．2 调压及计量设计
6．2．1 输气站内调压、计量工艺设计应符合输气工艺设计要求，并应满足生产运行和检修需要。
6．2．2 调压装置应设置在气源来气压力不稳定、且需控制进站压力的管线上。分输气及配气管线上以及需要对气体流量进行控制和调节的管段上，当计量装置之前安装有调压装置时，计量装置前的直管段设计应符合国家有关标准的规定。
6．2．3 在输气干线的进气、分输气、配气管线上以及站场自耗气管线上应设置气体计量装置。
6．3 清管设计
6．3．1 清管设施宜设置在输气站内。
6．3．2 清管工艺应采用不停气密闭清管工艺流程。
6．3．3 清管器的通过指示器应安装在进出站的管段上，应按清管自动化操作的需要在站外管道上安装指示器，并应将指示信号传至站内。
6．3．4 清管器收发筒的结构应能满足通过清管器或检测器的要求。清管器收发筒和快开盲板的设计应符合国家现行标准《清管设备设计技术规定》SY／T 0533和《快速开关盲板》SY／T 0556的规定。
6．3．5 清管器收发筒上的快开盲板，不应正对距离小于或等于60m的居住区或建(构)筑物区。当受场地条件限制无法满足上述要求时，应采取相应安全措施。
6．3．6 清管作业清除的污物应进行收集处理，不得随意排放。
6．4 压缩机组的布置及厂房设计原则
6．4．1 压缩机组应根据工作环境及对机组的要求，布置在露天或厂房内。在高寒地区或风沙地区宜采用全封闭式厂房，其他地区宜采用敞开式或半敞开式厂房。
6．4．2 厂房内压缩机及其辅助设备的布置，应根据机型、机组功率、外型尺寸、检修方式等因素按单层或双层布置，并应符合下列要求：
1 两台压缩机组的突出部分间距及压缩机组与墙的间距，应满足操作、检修的场地和通道要求；
2 压缩机组的布置应便于管线的安装；
3 压缩机基础应按照现行国家标准《动力机器基础设计规范》GB 50040进行设计，并采取相应的减振、隔振措施。
6．4．3 压气站内建(构)筑物的防火、防爆和噪声控制应按国家现行标准的有关规定进行设计。
6．4．4 压缩机房的每一操作层及其高出地面3m以上的操作平台(不包括单独的发动机平台)，应至少有两个安全出口及通向地面的梯子。操作平台上的任意点沿通道中心线与安全出口之间的最大距离不得大于25m。安全出口和通往安全地带的通道，必须畅通无阻。
6．4．5 压缩机房的建筑平面、空间布置应满足工艺流程、设备布置、设备安装和维修的要求。
6．4．6 压缩机房内，应视压缩机检修的需要配置供检修用的固定起重设备。当压缩机组布置在露天、敞开式厂房内或机组自带起吊设备时，可不设固定起重设备，但应设置移动式起重设备的吊装场地和行驶通道。
6．5 压气站工艺及辅助系统
6．5．1 压气站工艺流程设计应根据输气系统工艺要求，满足气体的除尘、分液、增压、冷却、越站、试运作业和机组的启动、停机、正常操作及安全保护等要求。在压气站的天然气进口段应设置分离过滤设备，处理后天然气应符合压缩机组对气质的技术要求。
6．5．2 压气站内的总压降不宜大于0．25MPa。
6．5．3 当压缩机出口气体温度高于下游设施、管道，以及管道敷设环境允许的最高操作温度或为提高气体输送效率时，应设置冷却器。
6．5．4 每一台离心式压缩机组均应设天然气流量计量装置，以便进行防喘振控制。
6．5．5 燃机燃料气系统应符合下列要求：
1 燃料气管线应从压缩机进口截断阀前的总管中接出，并应装设减压和对单台机组的计量设备。
2 燃料气管线在进入压缩机厂房前及每台燃机前应装设截断阀。
3 燃料气应满足燃机对气质的要求。
6．5．6 离心式压缩机组的油系统应符合下列要求：
1 润滑油、伺服油系统，均应由主油箱供油，且应分别自成系统。
2 机组润滑油系统的动力应由主润滑油泵、辅助润滑油泵和紧急润滑油泵构成。当润滑油泵采用气动马达时，冲动气马达的气体气质应符合设备制造厂的要求。辅助油泵的出油管应设单向阀。
6．5．7 采用注油润滑的往复式压缩机各级出口均应设分液设备，以防止润滑油进入输气管道。
6．5．8 冷却系统应符合下列要求：
1 气体冷却方式宜采用空冷。气体通过冷却器的压力损失不宜大于O．07MPa。
2 往复式压缩机和燃气发动机气缸壁冷却水，宜采用密闭循环冷却。
3 冷却系统的布置应考虑与相邻散热设施的关系，避免相互干扰。
6. 5．9 燃气轮机的启动宜采用电(液)马达或气动马达。当采用气动马达时，驱动气马达的气体气质及气体参数应符合设备制造厂的要求。
6．5．10 压缩机站设置压缩空气系统时，所提供的压缩空气应满足离心式压缩机、电机正压通风、站内仪表用风及其他设施等对气质、压力的不同要求。
6．5. 11 以燃气为动力的压缩机组应设置空气进气过滤系统，过滤后的气质府符合设备制造厂的要求。
6．5．12 以燃气为动力的压缩机组的废气排放口应高于新鲜空气进气系统的进气口，宜位于进气口当地最小风频上风向，废气排放口与新鲜空气进气口应保持足够的距离，避免废气重新吸入进气口。
6．6 压缩机组的选型及配置
6．6．1 压缩机组的选型和台数，应根据压气站的总流量、总压比、出站压力、气质等参数，结合机组备用方式，进行技术经济比较后确定。
6．6．2 压气站宜选用离心式压缩机。在站压比较高、输量较小时，可选用往复式压缩机。
6．6．3 同一压气站内的压缩机组，宜采用同一机型。
6．6．4 压缩机的原动机选型，应结合当地能源供给情况及环境条件，进行技术经济比较后确定。离心式压缩机宜采用燃气轮机或变频调速电机，往复式压缩机宜采用燃气发动机。
6．6．5 驱动设备所需的功率应与压缩机相匹配。驱动设备的现场功率应有适当裕量，能满足不同季节环境温度、不同海拔高度条件下的工况需求，能克服由于运行年限增长等原因可能引起的功率下降。压缩机的轴功率可按附录G公式计算。
6．6．6 压缩机的原动机为变频调速电机时，电动机的供配电设计应符合现行国家标准《通用用电设备配电设计规范》GB 50055的规定。变频系统谐波对公用电网电能质量的影响应符合现行国家标准《电能质量公用电网谐波》GB／T 14549的规定。变频系统输入电机的谐波应符合现行国家标准《电能质量公用电网谐波》GB／T 14549的规定，否则应当选用专用变频电机。
6．7 压缩机组的安全保护
6．7．1 往复式压缩机出口与第一个截断阀之间应装设安全阀和放空阀；安全阀的泄放能力应不小于压缩机的最大排量。
6．7．2 每台压缩机组应设置下列安全保护装置；
1 压缩机气体进口应设置压力高限、低限报警和低限越限停机装置。
2 压缩机气体出口应设置压力高限，低限报警和高限越限停机装置。
3 压缩机的原动机(除电动机外)应设置转速高限报警和超限停机装置。
4 启动气和燃料气管线应设置限流及超压保护设施。燃料气管线应设置停机或故障时的自动切断气源及排空设施。
5 压缩机组油系统应有报警和停机装置。
6 压缩机组应设置振动监控装置及振动高限报警、超限自动停机装置。
7 压缩机组应设置轴承温度及燃气轮机透平进口气体温度监控装置、温度高限报警、超限自动停机装置。
8 离心式压缩机应设置喘振检测及控制设施。
9 压缩机组的冷却系统应设置振动检测及超限自动停车装置。
10 压缩机组应设轴位移检测、报警及超限自动停机装置。
11 压缩机的干气密封系统应有泄放超限报警装置。
6．7．3 事故紧急停机时，压缩机进、出口阀应自动关闭，防喘振阀应开启，压缩机及其配管应泄压。
6．8 站内管线
6．8．1 站内所有油气管均应采用钢管及钢质管件。钢管材料应符合本规范第5．2节的有关规定。
6．8．2 机组的仪表、控制、取样、润滑油、离心式压缩机用密封气、燃料气等管道应采用不锈钢管及管件。
6．8．3 钢管强度及稳定计算，应符合本规范第5．1节的有关规定。
6．8．4 站内管线安装设计应采用减小振动和热应力的措施。压缩机进、出口的配管对压缩机连接法兰所产生的应力应小于压缩机技术条件的允许值。
6．8．5 管线的连接方式除因安装需要采用螺纹或法兰连接外，均应采用焊接。
6．8．6 管线应采用地上或埋地敷设，不宜采用管沟敷设。
6．8．7 管线穿越车行道时宜采用套管保护。
6．8．8 从站内分离设备至压缩机入口的管段应进行内壁清洗。
7 地下储气库地面设施
7．1 一般规定
7．1．1 地下储气库地面设施设计范围包括采、注气井井口至输气干管之间的工艺及相关辅助设施。
7．1．2 地下储气库地面设施的设计处理能力应根据地质结构的储、供气能力，按设计委托书或合同规定的季节调峰气量、日调峰气量或事故储备气量确定。
7．1．3 应选择经济合理的地下储气库调峰半径，地下储气库宜靠近负荷中心，调峰半径不宜大于150km。
7．1．4 注气站、采气站宜合一建设，注气站、采气站宜靠近注采井。
7. 1．5 注入气应满足地下储气库地面设备及地质构造对气质的要求。采出的外输气应满足本规范第3．1．2条对气质的要求。
7．2 地面工艺
7．2．1 注气工艺：
1 压缩机的进气管线上应设置分离过滤设备，处理后天然气应符合压缩机组对气质的技术要求。
2 根据储气库地质条件要求，对注入的天然气宜采取除油措施。
3 每口单井的注气量应进行计量。
4 注气管线应设置高、低压安全截断阀。