中华人民共和国国家标准输气管道工程设计规范GB 50251-2003条文说明 2
4 线 路
4．1 线路选择
4．1．1 本条文是根据我国输气管道建设经验对线路选择提出的基本要求。
1 线路工程的费用和钢材耗量分别约为全部工程的60％和85％(川汉输气管道工程初步设计的统计)，因此，线路走向必须进行多方案调查、分析、比选，择优而定。
线路选择应考虑沿线主要进、供气点的地理位置，经济合理地处理好干线与支线之间的关系。
管道施工的难易取决于地形、工程地质条件及沿线交通状况，这些都是线路选择的重要因素。
2 本款是根据我国耕地少、人口多这一特点而提出的，体现了以农业为基础的方针。
3 线路、压气站和大中型河流穿跨越位置的选择，应在经济合理和安全的前提下，处理好三者之间的关系。
4 重要的军事设施和易燃易爆仓库是战争攻击的目标，相互安全影响甚大。国家重点文物保护单位，一旦毁坏，对民族文化和祖先遗产将造成无法挽回的损失。因此，规定管道严禁从其划定的安全保护区域通过。
5 管道不应从飞机场、铁路车站、海(河)港码头、铁路、国家自然保护区通过，若必须通过，除征得有关部门同意外，还需要采取相应的安全保护措施。
6 《公路路线设计规定》JTJ 011-84也作了类似的规定："天然气管道不得利用桥梁或隧道通过，特殊情况需经双方协商同意，并采取必要的保护措施"。
4．1．2 不良工程地质地段系指滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、沼泽、软土、冲沟、傍河段及地震动峰值加速度≥o．1g的地段。在多年的实践中，对影响管道安全、整治困难且工程投资增大的各种特殊地段，一般是绕避。但经工程处理后，能确保岩、土体的稳定，且工程投资有显著节省时，则可选择适当的部位通过。
1 对规模不大的滑坡，经处理后，一般能确保岩、土体的稳定，且工程投资节省，多年的经验是选择适当部位浅埋或以跨越方式通过。
2 管道通过沼泽、软土地区的处理系参照铁路勘察选线的经验做出的规定。我国沿海地区的软土，如上海、天津等地，其上部通常有一层硬壳，故规定管道在通过上述地段时，除应充分利用上覆硬壳层外，还应选择地形较高、地下水较低及范围较窄的区域通过，以利施工和维护。
3 管道通过泥石流区域时，根据铁路灾害的教训，管道应在泥石流冲击范围以外的地带通过。对绕避有困难的个别地段，经勘察设计论证后，可采用单孔跨越或其他方式通过。
4 管道通过深而窄的冲沟，系指沟床窄小、两岸高差大、岸坡陡(大于25°)的冲沟，其沟形为"v"形，通常采用跨越较经济。浅而宽的冲沟，系指沟床宽广，两岸高差不大且岸坡小于25°的冲沟，宜采用浅埋的方案。
5 海滩由于潮汐作用水位变化较大，沙漠地区由于沙漠的移动等因素，均可能对管道产生浮力和推动力而使管位移损坏，故本规范规定，对上述地区的管道应采取稳管保护措施，以保障管道安全。
6 在强震的地震区内，地震时均会发牛各种不同的形变，如地裂、鼓丘、断裂挤压或拉张破碎、断口、地陷、山崩、滑坡以及砂土液化等震害，本应不允许管道穿越发震断裂带，但我国是多震国家，地质构造体系繁多且复杂，难免不在活动断裂带通过。同时，发震部位及地面形变一般有规定可循，随着地震监测预报水平的提高，防止或减少地震灾害是可以做到的。故本规范规定，当遇上述地区时，应审慎地做出工程判断，选择断层位移较小和较窄的地区通过，并采取可靠的工程措施。
根据《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表，原地震基本烈度七度与地震动峰值加速度分区o．1g相当。
4．2 地区等级划分
4．2．1、4．2．2 我国大型输气管道工程建设始于20世纪50年代。管道的安全保证基本上是沿用前苏联大型管线设计模式，埋地管道与居民点、工矿企业和独立建构筑物之间保持一定的安全距离。后来，根据我国情况制定了《埋地输气干线至各类建构筑物最小安全距离、防火距离》，但在执行过程中，遇到很多矛盾，有些问题，难以解决。20世纪70年代中期参照美国国家标准ASME B31．8，按不同的地区等级采用不同的设计系数，做出相应的管道设计。当时，地区等级不是按居民密度指数来划分，而是以建构筑物的安全防火类别为基础，相应地划分出四类地区等级，设计系数与美国国家标准ASME B31．8的规定一致，经实践，尚属可行。本标准在分析国外标准和总结国内经验的基础上，规定采用控制管道自身的安全性作为输气管道的设计原则。现分述如下：
第一，管道安全保证的两种指导思想。在输气管道建设中的安全保证有两种指导思想：一是控制管道自身的安全性，如美国国家标准ASMEB31．8。它的原则是严格控制管道及其构件的强度和严密性，并贯穿到从管道设计、设备材料选用、施工、生产、维护到更新改造的全过程。用控制管道的强度来确保管线系统的安全，从而对周围建构筑物提供安全保证。目前欧美各国多采用这种设防原则。二是控制安全距离，如前苏联"大型管线"设计标准。它虽对管道系统强度有一定的要求，但主要是控制管道与周围建构筑物的距离，以此对周围建构筑物提供安全保证。
四川地区30多年来输气管道设计、建设的实践表明，由于我国人口众多，地面建筑物稠密，按安全距离进行管道设计建设，不仅选线难度大，而且即使保证了安全距离未必就能保证周围建构筑物和居民的安全。例如，四川付纳输气管线(φ720×8)于1979年11月25日发生爆破，爆破时管道压力为2MPa，距管道150-200m远的农舍因室内余火未尽，引爆着火，烧毁民房8间，烧死牛1只、猪5头。1980年付纳线整改后，重新试压至5MPa时，管子爆破，管沟中400mm×400mm×l000mm条石飞出100余米。又如，1965年4月美国路易斯安纳州发生一起美国有史以来最严重的输气管道爆破事故，当场炸死17人，钢管爆裂8m，炸出一条长8m、宽6m、深3m的大坑，把半吨多重的5块钢板炸到100余米远的地方。
第二，加强管道自身安全是对管道周围建筑物安全的重要保证。对于任何地区的管道仅就承受内压而言，应是安全可靠的。如果存在有可能造成管道损伤的不安全因素，就需采取一定的措施以保证管道的安全。欧美国家输气管道设计采取的主要的安全措施，是随着公共活动的增加而降低管道应力水平，即增加管道壁厚，以强度确保管道自身的安全，从而对管道周围建筑物提供安全保证。这种"公共活动"的定量方法就是确定地区等级，并使管道设计与相应的设计系数相结合。美国OPSR统计资料表明，处在三、四级地区的商业区、工业区、住宅区的管道外力事故是很低的。在这些地区主要采取降低管道应力的方法增加安全度。按不同的地区等级，采用不同的设计系数(F)来保证管道周围建构筑物的安全。显然这种做法比采取安全距离适应性强，线路选择比较灵活，也较经济合理。
第三，强度设计系数(F)。管道安全性的判断是许用应力值，使用条件不同其值亦异。即使在同样条件下，根据各国国情，其值亦有所不同。美国国家标准ASME B31．8按管道使用条件对许用应力值有详细的规定，该标准1992年以前规定的许用应力值在0.4σs~0.72σs之间。其最大许用应力值（0.72σs）与其他用途管道相比，除与《液体输送管线系统》ANSI B31．4规定的许用应力值相等外，均比其他压力管线的许用应力值高。因为输气管线设计采用设计系数o．72时，管道应处在野外和人口稀少的地区，一旦发生事故，对外界的危害程度不大。同时管道外形较工厂管线简单，安全度小些应是合理的。其最小许用应力值(o．4σs)与ANSIB31．3《化工和炼油厂管线》基本一致。采用设计系数O．4时，管道应处在人口稠密和楼房集中交通频繁的地区。由于输气管道聚集了大量的弹性压缩能量，管道一旦发生破坏，对周围环境危害甚大。因此，应降低许用应力值，提高安全度，以确保管道周围建构筑物的安全。此外在该类地区的线路截断阀最大间距为8km，管道发生事故时，气体向外释放量较其他地区少，从而把危害降低到最低跟度。根据国内外的大量实践证明，按不同的地区等级采用不同的设计系数来设计管道是安全可靠的。合理使用管材强度在经济上是合理的。本规范采用的设计系数与美国国家标准ASME B31．8一致，即O。72、0．6、O．5、0．4。
第四，地区等级划分。美国国家标准ASME B31．8按不同的居民(建筑物)密度指数将输气管道沿线划分为四个地区等级。其划分的具体方法是以管道中心两侧各1／8英里(201m)范围内，任意划分成长度为1英里的若干管段，在划定的管段区域内计算供人居住独立建筑物(户)数目，定为该区域的居民(建筑物)密度指数，并以此确定地区等级。法国燃气管线安全规程(1977年版)则划分为三个地区等级。其划分标准是沿管道中心两侧各200m范 围内，按每公顷面积上计算住宅或住人场所的密度指数。各国的地区等级划分标准见表5。
我国幅员辽阔，东西南北的地区特征差别甚大。根据我们多年来的工作实践，按居民(建筑物)密度指数划分四个地区等级，进行相应的管道设计是适宜的。同时，从我国实际情况出发，对居民(建筑物)密度指数的确定做了一些改变。
本规范采用沿管道中心线两侧各200m范围内，任意划分长度为2km的若干管段区域，按划定区域内供人居住的独立建筑物(户)数目(以数目多者为准)确定居民(建筑物)密度指数(见表4)。
我国是世界上人口最多的国家，现有人口超过1l亿。我国人口分布很不均匀，东部人口密度大，沿海地区每平方公里300人以上；西部人口密度小，每平方公里40多人。全国平均每平方公里110人。农村人口约占全国人口的73．8％，全国农村人口平均每平方公里约87人。如果农村以每4人为一户来计算独立建筑物数，则居民(建筑物)密度指数每平方公里约为21．7。若按本规范提出的管段划分区域(0．8平方公里)计算，则指数为17。四川地区农村人口较多，且分散居住，以往输气管道设计系数大都采用o．6，相当于二级地区。若按ANSI B31．8规定的指数，则四川三级地区管道长度增加较多。本规范根据我国实际情况，规定了居民(建筑物)密度(见表4)。
综上所述，用提高输气管道自身的安全度来保证管道周围建构筑物的安全是积极的。与用安全距离来保证管道周围建构筑物的安全相比，前者较为合理，已被当今许多工业发达国家所采用。因此，本规范采用提高管道自身强度安全的原则。
国外20世纪90年代出版的标准中，有把设计系数提高到o．8的例子。加拿大国家标准《石油和天然气管线系统》CSA-Z662-99规定，一级地区在连续长度1．6km，管线两侧200m范围内居民住房小于等于10户，其设计系数可为0．8，同时规定，按照加拿大国家标准《管线钢管》CAN/CSA-Z245．1和美国国家标准《管线钢管》APl 5L之外的标准制造的钢管，其设计压力产生的环向应力不得大于72％最小屈服应力。国际标准《石油天然气工业管道输送系统》ISO 13623：2000(E)规定：在不常有人类活动和永久性住宅地区(如沙漠、冻土地区)，天然气输送管道的环向应力系数可提高到0．83，但该标准壁厚计算公式略有不同。英国及欧洲标准《天然气供气系统--最大操作压力超过16bar的管线的基本要求》SB ENll594-2000中规定最大设计系数≤O. 72。从1992年起，美国《输气和配气管道系统》ASMEB31．8将一级地区分为一级一类和一级二类，一级一类地区设计系数大于o，72、等于或小于o．8，并说明该设计准则是在实际操作应力水平高于B31．8以前推荐使用的应力水平的输气管道运行经验的基础上制定的，规定当设计系数为o．8时，强度试验压力应达到1．25倍设计压力，试验介质为水。美国联邦强制性法规《联邦管道安全法》49 CFR 192天然气部分(1999年版)对一级地区的设计系数并未提高，仍然为0．72。《联邦管道安全法》49 CFRl92是美国联邦法规，《输气和配气管道系统))ASME B31．8是美国国家工业标准，在美国国内，当二者有冲突时，以《联邦管道安全法》为准。
提高设计系数，可减少管道壁厚，节省钢材，经济效益明显。但设计系数提高，管材应力水平提高，相对安全系数降低，若冶金、制管、焊接施工中不能保证质量，会存在较大风险。目前国内一级地区大都使用国产管材，其冶金、制管质量与国际标准尚存在一定差距，在施工和焊接质量检验方面还未完全达到国际水平。此外，我国目前尚无在大于o．72许用应力条件下运行大然气输送管道的实践经验。因此，结合我国实际条件，暂时没有将o．8的设计系数列入本规范。
4．2．3、4．2．4 本规范规定在一、二、三、四级地区，设计系数分别为o．72．o．6、o．5、o．4，这种相互对应的关系，在某些情况下有例外。如在一级地区内的特殊地段--穿(跨)越河流、铁路、公路以及输气站附近的管道，则不能套用相应的地区等级来确定管道的设计系数，为避免混淆，本条文对各种情况作了明确的规定，以便正确选用管道设计系数。
输气管道穿越铁路、公路，国内外有关调研资料认为，设置穿越钢套管对阴极保护起屏蔽作用，投资增加，还可能产生不均匀沉陷等不利因素。前苏联标准《大型管线》CHИП2．05．06～85规定，大型管线穿越铁路和公路应设置钢质保护套管。法国燃料气管线系统安全规程规定，输气管线穿越铁路，公路应设置套管。
对此，各国的认识尚不完全统一。我国铁路、公路部门对穿越管段不加设套管持否定态度。我国《原油和大然气输送管道穿跨越工程设计规范 穿越工程》SY／T 00l5．1第5．1．2条规定，穿越一、二、三级铁路和一、二级以上高等级公路时应设置保护套管。为与现行规范的规定一致并考虑到铁路、公路部门的意见，本条文仍按有套管穿越铁路、高速公路，一、二级公路；穿越三、四级公路可设置套管也可不设套管。
4．3 管道敷设
4. 3. 1 考虑管道的安全，便于维护，不影响交通和耕作等，输气管道应为埋地敷设。埋地敷设困难的特殊地段，经设计论证后，亦可采用地上或土堤敷设等形式。
4．3．2 为保证管道完好，免受外力损伤，不妨碍农业耕作等要求，规范规定的最小覆土层厚度是根据我国输气管道的建设经验并参照美国、前苏联、加拿大、法国等有关规范而提出的。
4．3．3-4．3．6 是参照《输油输气管道线路工程施工验收规定》SY 0401-98要求制定的。
4．3．9 土堤埋设管道，以往的实践经验甚少，主要是参照有关规程规范编写。土堤的砌筑高度与宽度应依据管径大小、埋没深度，结合当地地形、水文地质、工程地质条件及土壤类别与性质来确定。但修筑土堤的高度与宽度，应满足埋深要求，同时也要起到保护管道安全的作用。
1 输气管道在土堤中的覆土厚度的最小值0．6m与顶宽不小于0．5m的要求，是结合管道埋深要求与土堤采用的边坡坡度系数确定的。
2 压实系数是参照填土地基质量控制值的要求确定的。作为管道土堤施工及土堤边坡的稳定要求是必要的，也是可行的。压实系数的定义是土壤的控制干容重γd与最大干容重γmax的比值。
边坡坡度的确定主要是根据一般粘性土的物理力学性质，力求土堤边坡在自然环境中有足够的稳定性。但在这方面的实践经验尚少，有待于日后多积累资料，进行修订。
3 天然地面坡度大于20％的自然坡面，根据铁路路基设计要求，是要进行稳定性计算的。虽然管道土堤设计比铁路基的要求低一些，但同样要求土堤稳定，一旦土堤失稳，可能损坏管道，所以应进行稳定性计算。
5 本款是参照铁路路基筑堤要求制定的。
6 从土堤的稳定性及管道防腐蚀的要求出发，沿土堤基底表面植物应清除干净。
4．3．11、4．3．12 是依据《钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》SY 0007的规定提出的。
4．3．13 目前弯管除冷弯外，还有中频加热推制弯管。降低弯头热胀应力最经济、最有效的措施是加大弯头的曲率半径，对温差较大的埋地管道应尽量采用大曲率半径的弯管。考虑到我国管道工业的具体情况和清管器能顺利通过，预制弯头的曲率半径应大于或等于4D。
国外输气管道基本采用弯管机现场冷弯，最小曲率半径≥18D。在有条件的地方应推广采用现场冷弯方式来实现管道改向。冷弯弯管的最小曲率半径是依据ASME B31．8和中国石油天然气总公司管道局引进的弯管机规格和技术参数提出的。
4．3．14 本条文中的公式(4．3．14)是考虑管道连续敷设，支承条件介于简支梁和两端嵌固的中间状态，挠度系数取3／384推导出来的。
4．4 截断阀的设置
4．4．1 在输气管道上间隔一定距离应设置截断阀，其主要目的是便于维修以及当管道发生破损时，尽可能减少损失和防止事故扩大。前苏联《大型管线》CHИП2．05．06-85是按等间距设置截断阀，其间距不大于30km。此外，尚需在河流两岸、配气站压气站站外增设截断阀。四川地区已敷设的输气管道，截断阀间距为20～30km。欧美有关规范是按地区等级，不等间距设置截断阀，其间距一级地区最长，二、三级地区次之，四级地区最短。本规范是按强度安全原则设计管道，故在不同地区内，按等级不等间距设置截断阀，其间距与ASMEB31．8的规定一致。