GB與DEP比較-天然氣與石油

1、氣田地面工程有關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的差異分析王春瑤中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司,四川成都610041摘要：現(xiàn)在有很多國內(nèi)與國外公司合作開發(fā)氣田工程及國內(nèi)公司在境外開發(fā)的氣田工程.對于這些氣田開發(fā)建設(shè)的地面工程,不僅要遵循我國的標(biāo)準(zhǔn),而且還須采用國際上通用標(biāo)準(zhǔn)或者外國石油公司的標(biāo)準(zhǔn).國際標(biāo)準(zhǔn)主要有API、ASME和ISO系列標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)分為國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),外國石油公司標(biāo)準(zhǔn)分別是SHELL的?設(shè)計和工程實踐?和TOTAL的?總體規(guī)定?.這些常用的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)存在差異.從適用范圍、管道強度計算、壓力保護、試壓及焊縫檢驗等方面進行差異比照分析.結(jié)合國內(nèi)的國際合作工程的案例,對存在的差異提出

2、了一些解決方法和建議,以便在將來國際合作工程中找到國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的平衡點.DifferenceanalysisondomesticandinternationalstandardsinsurfaceengineeringofgasfieldsTherearemoreandmoreco-operategasfielddevelopingprojectsbydomesticandforeigncompanies,andoverseaprojectsdevelopedbydomesticcompanies.Forthesurfaceengineeringoftheseprojects,onehas

3、tofollownotonlytheChinesecodes,butalsotheinternationalstandardsorcodesofforeignoilcompanies.ThisarticlereviewedthecommonlyusedInternationalstandardssuchasAPI,ASMEandISOseries,theChinesenationalandindustrycodes,andforeignpetroleumcompanyspecificationsincludingdesignandengineeringpracticeDEPofSHELLand

4、generalspecificationofTOTAL.Significantdifferenceswerefoundamongthesestandards.Thisarticleanalyzedandcomparedtheirmaindifferencesfromaspectsofapplicablescope,strengthcalculation,pressureprotection,testingandweldsinspection.Combinedwithinternationalcooperationcases,somesolutionsandsuggestionsonthesee

5、xistingdifferenceswereputforward,sothatequilibriumpointscanbereachedbetweendomesticandinternationalstandardsinthefuturecooperationprojects.關(guān)鍵詞：地面工程；適用范圍；管道壁厚；地區(qū)等級、強度設(shè)計系數(shù)、壓力保護；試壓；無損檢驗KEYWORDS:Surfaceengineering；Applicablescope；pipewallthickness；Locationclasses；designfactor；Pressureprotection；Testing；

6、Nondestructivetesting文章編號：文獻標(biāo)識碼：A0前言國內(nèi)氣田地面工程除遵循國家標(biāo)準(zhǔn)GB、石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY外,還要遵循其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其中針對氣田地面工程的標(biāo)準(zhǔn)有GB50350?油氣集輸設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?、SY/T0605?凝析氣田地面工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?等.目前與我國合作的國外公司執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn),從類別上劃分有兩種：一是以俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)為根底的標(biāo)準(zhǔn)體系,另一類是以美國標(biāo)準(zhǔn)為根底的標(biāo)準(zhǔn)體系,本文對后者常用的標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行比照分析.國際上有關(guān)石油天然氣工程方面的標(biāo)準(zhǔn)主要是API、ASME或ISO系列標(biāo)準(zhǔn),最常用標(biāo)準(zhǔn)有ASMEB31.8?輸氣和配氣管道系統(tǒng)?、ASMEB31.3?工藝管道?、IS

7、O13623?石油天然氣工業(yè)一一管道輸送系統(tǒng)?等,沒有針對氣田地面工程設(shè)計的專用標(biāo)準(zhǔn).國外石油公司主要依據(jù)API、ASME或ISO系列標(biāo)準(zhǔn),在此根底上對其增補形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).殼牌SHELL的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是?設(shè)計和工程實踐?DEP;道達(dá)爾TOTAL的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是?總體規(guī)定?GS.1標(biāo)準(zhǔn)適用范圍ASMEB31.3?工藝管道?1和ASMEB31.8?輸氣和配氣管道系統(tǒng)?2都是ASMEB31壓力管道標(biāo)準(zhǔn),ASMEB31.3普遍用于煉油、化工以及相關(guān)的處理廠和終端廠的管道.?輸氣和配氣管道系統(tǒng)?ASMEB31.8適用于輸氣管道設(shè)施的設(shè)計、制作裝配、安裝、檢測和試壓,但不適用于井口裝置包括限制閥、井口至捕集器或別

8、離器間的采氣管線、海上平臺上的生產(chǎn)設(shè)施管道及氣或油井的套管和油管.ISO13623?石油天然氣工業(yè)一管線系統(tǒng)?3適用于陸上和近海連接井場、生產(chǎn)廠、處理廠、煉制廠和儲存設(shè)施的管線系統(tǒng),包括井場與集氣站或處理廠之間的連接管線、處理廠至減壓站之間的管線及該管線上的壓縮機站、閥站、減壓站等站場.一.4DEP31.40.00.10?管線工程對ISO13623的補充?使用范圍：從清管發(fā)送裝置到清管接收裝置包括清管收發(fā)筒、相關(guān)管組及閥門；假設(shè)無清管收發(fā)裝置,除了業(yè)主規(guī)定外的廠內(nèi)第一個隔斷閥.針對廠、站管道標(biāo)準(zhǔn)主要是DEP31.38.01.11?管道一一總體要求?,它是對ASMEB31.3的補充.道達(dá)爾公司針

9、對線路管道工程的標(biāo)準(zhǔn)主要有GSEPPLR104?陸上管線系統(tǒng)?、GSEPPLR106?遵循ISO13623設(shè)計陸上管線?.GSEPPLR1045將采氣管道井口至別離器的管線通常被納入工藝管道,然而采氣管道超過1千米時,把它作為線路管線而不是工藝管道.對于廠、站工藝管道標(biāo)準(zhǔn),主要是GSEPPVV111?配管設(shè)計規(guī)定?,它的適用范圍與?工藝管道?ASMEB31.3一致.2標(biāo)準(zhǔn)差異分析2.1管道壁厚計算公式?輸氣管道工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?GB50251引用ASMEB31.8直管壁厚計算公式,GB50350的壁厚計算公式6是在GB50251的根底上增加了腐蝕裕量項,即：PDC=+C(1)2二SFt8 鋼管計算

10、壁厚；P設(shè)計壓力；D管道外徑bs鋼管最低屈服強度；F設(shè)計系數(shù)；9 鋼管焊縫系數(shù)；t溫度折減系數(shù),當(dāng)溫度小于120c時t取1;C管道腐蝕裕量.ISO13623根據(jù)仃hp=(PidPoQ._DOtmn及仃hpWFh燈y導(dǎo)出最小壁厚tmin.2tminpid設(shè)計內(nèi)壓；Pod最小外部靜力；Do公稱外徑；Fh環(huán)向應(yīng)力設(shè)計系數(shù)；by在最高設(shè)計溫度下屈服強度；(Thp流體壓力廣生的環(huán)向應(yīng)力.就意義而言,道達(dá)爾GSEPPLR104?陸上管線系統(tǒng)?的最大允許操作壓力與ISO13623不同,它與設(shè)計后檢查有關(guān),基于給定壁厚而不是理論壁厚通過環(huán)向應(yīng)力公式反推得出最大允許操作壓力7,即：2.tset.Fh.yMAOP

11、=Pid=Pod+-;(2)Do-tsettset選取壁厚,不包括壁厚公差和腐蝕裕量.當(dāng)設(shè)計厚度小于六分之一管外徑時,ASMEB31.3直管的設(shè)計厚度應(yīng)不小于公式(3)、(4)計算出的厚度.(3)PD2(SEPY)P(d2c)2Sew-p(i-y)1(4)直管所要求的厚度：tm=t+C.C機械裕量與腐蝕和磨蝕裕量的總和；t壓力設(shè)計厚度；P設(shè)計內(nèi)壓；D管道外徑；S許用應(yīng)力；E質(zhì)量系數(shù)；W焊縫接頭強度降低系數(shù),當(dāng)溫度不大于510c時取1;Y從ASMEB31.3表304.1.1差得的系數(shù)或由公式Y(jié)=(d+2c)/(D+d+2c)求得.與GB50350壁厚公式比擬而言,ISO13623的壁厚計算考慮管

12、道外壓及壁厚影響.國內(nèi)工程的氣田集輸線路和站場管道壁厚計算均用GB50350公式,中選用符合?石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管?GB/T9711的鋼管時,其焊縫系數(shù)取1.0.國際工程的氣田集輸站場管道壁厚計算采用ASMEB31.3的公式,它無地區(qū)等級設(shè)計系數(shù),考慮了管道焊縫系數(shù)、溫度修正系數(shù)及鋼管負(fù)偏差的影響,其壁厚按ASMEB36.10M的壁厚等級SCH選取網(wǎng),當(dāng)選用符合API5L的無縫鋼管、直縫或螺旋縫管時,質(zhì)量系數(shù)分別為1、0.95,這與GB50350、ASMEB31.8計算而來的壁厚差異較大.假設(shè)與清管收發(fā)設(shè)備相連的站內(nèi)主線管道根據(jù)ASMEB31.3計算選取的壁厚,比線路管厚許多.國際

13、上通常將連接清管器收、發(fā)裝置的支管閥門作為ASMEB31.8與ASMEB31.3應(yīng)用范圍的分界處,與清管收、發(fā)設(shè)備相連的廠(站)內(nèi)主線管道仍按線路管道設(shè)計.2.2地區(qū)等級劃分和強度設(shè)計系數(shù)對于線路管道壁厚計算公式,ASMEB31.8和GB50251相同,兩者的設(shè)計系數(shù)均是依據(jù)地區(qū)等級而確定的.ASMEB31.8將輸氣管道劃分為4個地區(qū)等級,其中1級地區(qū)又細(xì)分為1類和2類,其對應(yīng)的設(shè)計系數(shù)分別為0.8、0.72;GB50251將地區(qū)等級劃分4個,無ASMEB31.8的1級地區(qū)1類,與ASMEB31.8其余4個地區(qū)等級對應(yīng)的設(shè)計系數(shù)相同.GB50350壁厚計算公式的設(shè)計系數(shù)依據(jù)GB50251地區(qū)等

14、級而定的,當(dāng)輸送介質(zhì)含有H2s等酸性介質(zhì)時,設(shè)計系數(shù)取值不得低于2級地區(qū).ISO13623對于車送D、E類流體陸上管線的環(huán)向應(yīng)力設(shè)計系數(shù)是根據(jù)地區(qū)等級而確定的(無毒單相天然氣和含液或有毒天然氣分別屬于D、E類流體),將管道地區(qū)等級劃分為5個,除了1級地區(qū)的D、E類流體設(shè)計系數(shù)分別為0.83、0.77外,其余地區(qū)的D、E類流體設(shè)計系數(shù)與ASMEB31.8、GB50251對應(yīng)地區(qū)等級均相同.2.3 壓力保護2.3.1 管道超壓保護ISO13623規(guī)定管道系統(tǒng)中任一點的設(shè)計壓力應(yīng)等于或大于最大允許操作壓力,只有頻率和持續(xù)時間有限時的瞬變壓力才允許超過最大允許操作壓力,且不得超過10%,預(yù)防管道系統(tǒng)中

15、任何地方的瞬變壓力超過此值,應(yīng)設(shè)置泄放閥或介質(zhì)源截斷閥等超壓保護舉措.DEP4?管線超壓保護?網(wǎng)規(guī)定最大瞬變壓力是1.1倍最大允許操作壓力,超壓保護可以通過機械裝置即壓力平安泄放閥或儀表保護裝置IPF來實現(xiàn),用IPF保護的管線比用平安閥保護的管線更接近最大允許操作壓力運行.GSEPPLR104?陸上管線系統(tǒng)?要求瞬變壓力超過設(shè)計壓力就要設(shè)計過壓保護系統(tǒng).GSEPSAF262?壓力保護泄放和燒類處理系統(tǒng)?阿中的壓力保護系統(tǒng)主要有三種,即：滿壓力等級機械設(shè)計、泄放系統(tǒng)和過壓保護系統(tǒng).滿壓力等級機械設(shè)計是指在設(shè)計溫度下系統(tǒng)設(shè)計壓力超過最大可能壓力,包括工藝擾亂、腐蝕裕量.泄放系統(tǒng)

16、是指系統(tǒng)設(shè)計壓力雖然包括超過最大操作壓力之上的平安余額,然而由于工藝擾亂,系統(tǒng)主導(dǎo)壓力仍然可能超過設(shè)計壓力,因此配備由系統(tǒng)靜壓激活開啟的設(shè)備以防工藝擾亂.過壓保護系統(tǒng)是基于足夠完整儀表系統(tǒng),以便使超過設(shè)計壓力的風(fēng)險可接受.過壓保護系統(tǒng)不是優(yōu)先選擇方案,只有滿壓力等級設(shè)計和泄放系統(tǒng)不切實際時才選擇過壓保護系統(tǒng).GSEPSAF262建議,當(dāng)技術(shù)上切實可行時井口生產(chǎn)管匯至第一級別離器采用滿壓力等級機械設(shè)計.通常在氣田地面工程設(shè)計中,假設(shè)井口壓力不是很高,為了充分利用井口壓力能,井口不需節(jié)流,井口至集氣站的或井口至第一級別離器前的采氣管線采用滿壓力等級設(shè)計,其設(shè)計壓力大于或等于最大井口壓力.2.3.2

17、 平安閥定壓根據(jù)API520?煉油廠壓力泄放裝置的尺寸確定、選擇和安裝?11壓力泄放閥的壓力等級關(guān)系圖中,單閥設(shè)定壓力等于最大允許工作壓力,預(yù)計最大操作壓力為90%平安閥設(shè)定壓力.在DEP4中,氣體管線的平安閥泄放典型設(shè)定壓力為100%最大允許操作壓力,最大操作壓力為91%平安閥設(shè)定壓力,高壓報警設(shè)定壓力為95%平安閥設(shè)定壓力,安全閥回座壓力為94%平安閥設(shè)定壓力.當(dāng)氣田集輸系統(tǒng)的操作壓力大于7.5MPa時,GB50350的平安閥定壓力為1.05倍操作壓力,操作壓力為95.2%平安閥設(shè)定壓力,分別高于API520及DEP4操作壓力為90%、91%平安閥設(shè)

18、定壓力,到達(dá)DEP4報警壓力設(shè)定值,高于API520單閥關(guān)閉壓力為92.5%平安閥設(shè)定壓力.因此,以操作壓力的1.05倍設(shè)置平安閥的整定壓力,存在正常操作壓力范圍內(nèi)平安閥關(guān)閉不嚴(yán)可能性.GB50350的安全閥定壓值根據(jù)?石油鋼制壓力容器?SH3407確定的,SH3407對裝有平安閥的壓力容器1.05倍的設(shè)計壓力為1.051.1倍操作壓力,且不低于平安閥開啟壓力,未把平安閥定壓為操作壓力作為強制要求.建議氣田地面集輸白操作壓力大于7.5MPa時,平安閥定壓仍按操作壓力的1.1倍設(shè)定.2.4 站場工藝管道試壓ASMEB31.3規(guī)定管道水壓試驗壓力不低于1.5倍設(shè)計壓力,用空氣試

19、壓的試驗壓力為1.1倍設(shè)計壓力,加I壓時間A10分鐘.DEP31.38.01.11?管道一一總體要求?的管道試壓遵循ASMEB31.3,DEP61.10.08.11?試運前機械設(shè)備的現(xiàn)場檢查?主張水壓試驗,特殊情況下允許用空氣試驗,其試驗壓力為1.1倍設(shè)計壓力,劃出區(qū)空氣試壓的區(qū)域危險等級、平安距離及建議的平安舉措.GSEPPVV171?鋼質(zhì)管道安裝?規(guī)定試驗壓力是150%滿壓力等級；當(dāng)設(shè)計壓力低于滿壓力等級時,試驗壓力為150%設(shè)計壓力,試壓時間不低于30分鐘.當(dāng)水壓試驗不能實行時,經(jīng)業(yè)主批準(zhǔn)才可以進行氣壓試驗,遵循GSEPPVV173?地面管道系統(tǒng)的氣體試壓?.GB50540?石油天然氣站

20、內(nèi)工藝管道工程施工標(biāo)準(zhǔn)?的強度試驗應(yīng)以水為介質(zhì),試驗壓力為1.5倍設(shè)計壓力；特殊情況下經(jīng)業(yè)主批準(zhǔn),可用空氣為試驗介質(zhì),試驗壓力為設(shè)計壓力1.15倍,穩(wěn)壓時間4小時；輸送介質(zhì)為氣體的嚴(yán)密性試驗,試驗介質(zhì)應(yīng)采用壓縮空氣,穩(wěn)壓時間24小時.SY4203?石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)站內(nèi)工藝管道工程?的強度試驗壓力、嚴(yán)密性試驗壓力及試驗介質(zhì)與GB50540相同,它們之間嚴(yán)重差異是試壓時間,SY4203的強度試壓時間、嚴(yán)密性試壓時間分別為10分鐘、30分鐘.在殼牌開發(fā)的金秋致密氣田中,國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的試壓時間差異大,在滿足國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最少時間根底上適當(dāng)延長了穩(wěn)壓時間,即：強度試壓、嚴(yán)密性試壓的穩(wěn)壓時

21、間各為1小時.2.5焊縫無損檢驗由于國內(nèi)外焊接工藝及檢驗技術(shù)水平不同,其執(zhí)行的檢驗要求不同,國外標(biāo)準(zhǔn)一般直接按一定比例焊縫進行無損檢驗；國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)較國外標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格,均要進行全周長100%無損探傷檢驗,當(dāng)用超聲波進行無損探傷檢驗時,還用射線照相按一定比例對焊縫全周長進行復(fù)驗.2.5.1 線路管道無損檢驗ISO13623的D類流體且環(huán)向應(yīng)力R50%屈服強度及E類流體管道,應(yīng)進行100%超聲波或射線檢驗.ASMEB31.8的1、2、3、4級地區(qū)對應(yīng)的無損檢驗比例是10%、15%、40%、75%,壓縮機站內(nèi),河流、公路、鐵路穿越管道不得少于90%,3、4級地區(qū)的酸氣管線及其壓縮機站、河流、公路、鐵路穿越為

22、100%.DEP31.40.00.10?管線工程?要求所有焊縫進行超聲波或射線檢驗.達(dá)爾公司對線路管道無損檢驗比例道采用ISO13623.SY4204?石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)油氣田集輸管道工程?根據(jù)設(shè)計壓力規(guī)定無損檢驗比例：設(shè)計壓力16MPa,100%射線檢驗；4.0MPav設(shè)計壓力w16MPa,100%超聲波檢驗,10%射線復(fù)驗；1.6MPav設(shè)計壓力w4.0MPa,100%超聲波本金臉,5%射線復(fù)驗；設(shè)計壓力w1.6MPa,50%超聲波檢驗.2.5.2站場管道無損檢驗ASMEB31.3要求進行全面射線抽查或超聲波抽查,未就相關(guān)條件對焊縫的射線或超聲波抽查比例作具體規(guī)定.DEP3

23、1.38.01.31以ASMEB31.3為根底,按輸送介質(zhì)、壓力等級等各種情況規(guī)定了無損檢驗比例.GSEPPVV171要求輸送Aclass600燎液或燒類氣體管道進彳T100%射線檢3缸&class300燒液或燒類氣體管道,10%射線檢驗；用氣體試壓的管道進彳T100%射線檢驗.GB50540?石油天然氣站內(nèi)管道工程施工標(biāo)準(zhǔn)?要求站場管道進行100%無損檢驗,優(yōu)先選用射線或超聲波；SY4203?石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)站內(nèi)工藝管道工程?根據(jù)設(shè)計壓力規(guī)定無損檢驗比例：設(shè)計壓力16MPa,100%射線檢驗；4.0MPa設(shè)計壓力w16MPa,100%超聲波檢驗,15%射線復(fù)驗；1.6MPav設(shè)計壓力w4.0MPa,100%超聲波檢驗,5%射線復(fù)驗；設(shè)計壓力w1.6MPa,50%超聲波檢驗.2.5.3無損檢驗驗收國內(nèi)管道焊縫的無損檢驗質(zhì)量驗收執(zhí)行?石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測?SY/T4109,射線、超聲波檢驗到達(dá)H級為合格.ISO13623的管道焊縫無損檢驗執(zhí)行?石油天然氣工業(yè)管道系統(tǒng)管道焊接?ISO13847,其射線、超聲波接受標(biāo)準(zhǔn)略低于SY/T4109的H級.ASMEB31.3的射線、超聲波檢驗方法遵循ASMEBPV第5卷,其中ASMEB31.3的超聲波驗收準(zhǔn)那么比SY/T4109的H級嚴(yán)格.在金秋致密氣田中,先對站場管道焊縫進行100%超聲波檢驗,根據(jù)壓力等級以一定