6．4 压力大于1.6MPa的室外燃气管道 6．4．2、6．4．3 我国城镇燃气管道的输送压力均不高，本规范原规定的压力范围为小于或等于1.6MPa，保证管道安全除对管道强度、严密性有一定要求外，主要是控制管道与周围建筑物的距离，在实践中管道选线有时遇到困难。随着长输天然气的到来，输气压力必然提高，如果单纯保证距离则难以实施。在规范的修订中，吸收和引用了国外发达国家和我国GB 50251规范的成果，采取以控制管道自身的安全性主动预防事故的发生为主，但考虑到城市人员密集，交通频繁，地下设施多等特殊环境以及我国的实际情况，规定了适当控制管道与周围建筑物的距离（详见本规范第6．4．11和6．4．12条说明），一旦发生事故时使恶性事故减少或将损失控制在较小的范围内。 控制管道自身的安全性，如美国联邦法规49号192部分《气体管输最低安全标准》、美国国家标准ANSI/ASME B31.8和英国气体工程师学会标准IGE/TD/1等，采用控制管道及构件的强度和严密性，从管材设备选用、管道设计、施工、生产、维护到更新改造的全过程都要保障好，是一个质量保障体系的系统工程。其中保障管道自身安全的最重要设计方法，是在确定管壁厚度时按管道所在地区不同级别，采用不同的强度设计系数（计算采用的许用应力值取钢管最小屈服强度的系数）。因此，管道位置的地区等级如何划分，各级地区采用多大的强度设计系数，就是问题要点。 管道地区等级的划分方法英国、美国有所不同，但大同小异。美国联邦法规和美国国家标准ANSI/ASME B31.8是按不同的独立建筑物（居民户）密度将输气管道沿线划分为四个地区等级，其划分方法是以管道中心线两侧各220码（约200m）范围内，任意划分为1英里（约1.6km）长并能包括最多供人居住独立建筑物（居民户）数量的地段，以此计算出该地段的独立建筑物（居民户）密度，据此确定管道地区等级；我国国家标准《输气管道工程设计规范》GB 50251的划分方法与美国法规和ANSI/ASME B31.8标准相同，但分段长度为2km；英国气体工程师学会标准IGE/TD/1是按不同的居民人数密度将输气管道沿线划分为三个地区等级，其划分方法是以管道中心线两侧各4倍管道距建筑物的水平净距（根据压力和管径查图）范围内，任意划分为1英里（约1.6km）长并能包括最多数量居民的地段，以此计算出该地段每公顷面积上的居民密度，并据此确定管道地区等级。从以上划分方法看，美国法规和标准划分合理，简单清晰，容易操作，故本规范管道地区等级的划分方法采用美国法规规定。 几个国家和地区管道地区分级标准和强度设计系数F详见表32。 表32 管道地区分级标准和强度设计系数F 标准及使用地 一级地区 二级地区 三级地区 四级地区 美国联邦法规49-192和标准ANSI/ASME B 31.8 户数≤10 F＝0.72 10＜户数＜46 F＝0.6 户数≥46 F＝0.5 4层或4层以上建筑占多数的地区F＝0.4 英国气体工程师 学会IGE/TD/I标 准(第四版) 户数＜54[注] F≤0.72 中间地区 F＝0.3 人口密度大，多层建筑多，交通频繁和地下设施多的城市或镇的中心区域管道压力≤1.6MPa 续表32 标准及使用地 一级地区 二级地区 三级地区 四级地区 法国燃料气管线 安全规程 户数≤4 F＝0.73 4＜户数＜40 F＝0.6 户数≥40 F＝0.4 我国《输气管道 工程设计规范》GB 50251 户数≤12 [注] F＝0.72 12＜户数＜80 [注] F＝0.6 户数≥80[注] F＝0.5 4层或4层以上建筑普遍集中、交通频繁、地下设施多的地区 F＝0.4 香港中华煤气公司 户数＜54[注] F≤0.72 中间地区 F＝0.3 本岛区管道压力≤0.7MPa 多伦多燃气公司 多伦多市市区F＝0.3 洛杉矶南加州燃气公司 没有人住的 地区 F＝0.72 低层建筑 (≤3层)为 主的地区 F＝0.5 多层建筑为主的地区F＝0.4 本规范采用值 户数≤12 F＝0.72 12＜户数＜80 F＝0.6 户数≥80的 中间地区 F＝0.4 4层或4层以上建筑普遍且占多数、交通频繁、地下设施多的城市中心城区(或镇的中心区域等)。F＝0.3 注：为了便于对比，我们均按美国标准要求计算，即折算为船管遭两边宽各200m，长1600m面积内(64×104m2)的户数计算（多单元住宅中，每一个独立单元按1户计算，每1户按3人计算）。表中的“户数”在各标准中表达略有不同，有“居民户数”、“居住建筑物数”和“供人居住的独立建筑物数”等。 从表32可知，各标准对各级地区范围密度指数和描述是不尽相同的。在第6．4．3条第2款地区等级的划分中： 1、2项从美国、英国、法国和我国GB 50251标准看，一级和二级地区的范围密度指数相差不大，（其中GB 50251的二级地区密度指数相比国外标准差别稍大一些，这是编制该规范时根据我国农村实际情况确定的）。本规范根据上述情况，对一级和二级地区的范围密度指数取与GB 50251相同。 3 三级地区是介于二级和四级之间的中间地区。指供人居住的建筑物户数在80或80以上，但又不够划分为四级地区的任一地区分级单元。 另外，根据美国标准ANSI/ASME B31.8，工业区应划为三级地区；根据美国联邦法规49-192，对距人员聚集的室外场所100码（约91m）范围也应定为三级地区；本规范均等效采用（取为90m），人员聚集的室外场所是指运动场、娱乐场、室外剧场或其他公共聚集场所等。 4 根据英国标准IGE/TD/1（第四版）对燃气管道的T级地区（相当于本规范的四级地区）规定为“人口密度大，多层建筑多，交通频繁和地下服务设施多的城市或镇的中心区域”。并规定燃气管道的压力不大于1.6MPa，强度设计系数F一般不大于0.3等，更加符合城镇的实际情况和有利于安全，因而本规范对四级地区的规定采用英国标准。其中“多层建筑多”的含义明确为4层或4层以上建筑物（不计地下室层数）普遍且占多数；“城市或镇的中心区域”的含义明确为“城市中心城区（或镇的中心区域等）”。从而将4层或4层以上建筑物普遍且占多数的地区分为：城市的中心城区（或镇的中心区域等）和城市管辖的（或镇管辖的）其他地区两种情况，区别对待。在此需要进一步说明的是： 1) 管道经过城市的中心城区（或镇的中心区域等）且4层或4层以上建筑物普遍且占多数同时具备才被划入管道的四级地区。 2) 此处除指明包括镇的中心区域在内外，凡是与镇相同或比镇大的新城区、卫星城的中心区域等是否属于管道的四级地区，也应根据四级地区的地区等级划分原则确定。 3) 对于城市的非中心城区（或镇的非中心区域等）地上4层或4层以上建筑物普遍且占多数的燃气管道地区，应划入管道的三级地区，其强度设计系数F＝0.4，这与《输气管道设计规范》GB 50251中的燃气管道四级地区强度系数F是相同的。 4) 城市的中心城区（不包括郊区）的范围宜按城市规划并应由当地城市规划部门确定。据了解：例如：上海市的中心城区规划在外环道路以内（不包括外环道路红线内）。又如：杭州市的中心城区规划在距外环道路内侧最少100m以内。 5) “4层或4层以上建筑物普遍且占多数”可按任一地区分级单元中燃气管道任一单侧4层或4层以上建筑物普遍且占多数，即够此项条件掌握。建筑物层数的计算除不计地下室层数外，顶层为平常没有人的美观装饰观赏间、水箱间等时可不计算在建筑物层数内。 第6．4．3条第4款，关于今后发展留有余地问题，其中心含义是在确定地区等级划分时，应适当考虑地区今后发展的可能性，如果在设计一条新管道时，看到这种将来的发展足以改变该地区的等级，则这种可能性应在设计时予以考虑。至于这种将来的发展考虑多远，是远期、中期或近期规划，应根据具体项目和条件确定，不作统一规定。 6．4．4 本条款是对高压燃气管道的材料提出的要求。 2 钢管标准《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》GB/T 9711.1中L175级钢管有三种与相应制造工艺对应的钢管：无缝钢管、连续炉焊钢管和电阻焊钢管。其中连续炉焊钢管因其焊缝不进行无损检测，其焊缝系数仅为0.6，并考虑到175级钢管强度较低，不适用于高压燃气管道，因此规定高压燃气管道材料不应选用GB/T 9711.1标准中的L175级钢管。为便于管材的设计选用，将该条款规定的标准钢管的最低屈服强度列于表33。 表33 钢管的最低屈服强度 钢级或钢号 最低屈服强度① σs(Rt0.5)，(MPa) GB/T 9711.1 GB/T 9711.2 ANSI/API5L② GB/T 8163 L210 A 210 L245 L245… B 245 L290 L290… X42 290 L320 X46 320 1360 L360… X52 360 L390 X56 390 L415 L415… X60 415 L450 L450… X65 450 L485 L485… X70 485 L555 L555… X80 555 10 205 20 245 Q295 295(S＞16时，285)③ Q345 325(S＞16时，315) 注：①GB/T9711.1、GB/T9711.2标准中，最低屈服强度即为规定总伸长应力Rt0.5。 ②在此列出与GB/T 9711.1、GB/T 9711.2对应的ANSI/API5L类似钢级，引自标准GB/T 9711.1、GB/T 9711.2标准的附录。 ③S为钢管的公称壁厚。 3 材料的冲击试验和落锤撕裂试验是检验材料韧性的试验。冲击试验和落锤撕裂试验可按照《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》GB/T 9711.1标准中的附录D补充要求SR3和SR4或《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B级钢管》GB/T 9711.2标准中的相应要求进行。GB/T 9711.2标准将韧性试验作为规定性要求，GB/T 9711.1将其作为补充要求（由订货协议确定），GB/T 8163未提这方面要求。试验温度应考虑管道使用时和压力试验（如果用气体）时预测的最低金属温度，如果该温度低于标准中的试验温度(GB/T 9711.1为10℃，GB/T 9711.2为0℃)，则试验温度应取该较低温度。 6．4．5 管道的抗震计算可参照国家现行标准《输油（气）钢质管道抗震设计规范》SY/T 0450。 6．4．6 直管段的计算壁厚公式与《输气和配气管线系统》AS-MEB31.8、《输气管道工程设计规范》GB 50251等规范中的壁厚计算式是一致的。该公式是采用弹性失效准则，以最大剪应力理论推导得出的壁厚计算公式。因城镇燃气温度范围对管材强度没有影响，故不考虑温度折减系数。在确定管道公称壁厚时，一般不必考虑壁厚附加量。对于钢管标准允许的壁厚负公差，在确定强度设计系数时给予了适当考虑并加了裕量；对于腐蚀裕量，因本规范中对外壁防腐设计提出了要求，因此对外壁腐蚀裕量不必考虑，对于内壁腐蚀裕量可视介质含水分多少和燃气质量酌情 考虑。 6．4．7 经冷加工的管子又经热处理加热到一定温度后，将丧失其应变强化性能，按国内外有关规范和资料，其屈服强度降低约25％，因此在进行该类管道壁厚计算或允许最高压力计算时应予以考虑。条文中冷加工是指为使管子符合标准规定的最低屈服强度而采取的冷加工（如冷扩径等），即指利用了冷加工过程所提高强度的情况。管子城弯的加热温度一般为800～1000℃，对于热处理状态管子，热弯过程会使其强度有不同程度的损失，根据ASME 31.8及一些热弯管机械性能数据，强度降低比率按25％考虑。 6．4．8 强度设计系数F，根据管道所在地区等级不同而不同。并根据各国国情（如地理环境、人口等）其取值也有所不同。几个国家管道地区分级标准和强度设计系数F的取值情况详见表32。 1 从美国、英国、法国和我国GB 50251标准看，对一级 和二级地区的强度设计系数的取值基本相同，本规范也取为0.72和0.60，与上述标准相同。 2 对三级地区，英国标准比法国、美国和我国GB 50251标准控制严，其强度设计系数依次分别为0.3、4、0.5、0.5。考虑到对于城市的非中心城区（或镇的非中心区域等）地上4层或4层以上建筑物普遍且占多数的燃气管道地区，已划入管道的三级地区；对于城市的中心城区（或镇的中心区域等）三级和四级地区的分界线主要是以4层或4层以上建筑是否普遍且占多数为标准，而我国每户平均住房面积比发达国家要低很多，同样建筑面积的一幢4层楼房，我国的住户数应比发达国家多，而其他小于或等于3层的低层建筑，在发达国家大多是独门独户，我国则属多单元住宅居多，因而当我国采用发达国家这一分界线标准时，不少划入三级地区的地段实际户数已相当于进入发达国家四级地区规定的户数范围（地区分级主要与户数有关，但为了统计和判断方便又常以住宅单元建筑物数为尺度）；参考英国、法国、美国标准和多伦多、香港等地的规定，本规范对三级地区强度设计系数取为0.4。 3 对四级地区英国标准比法国、美国和我国GB 50251标准控制更严，这是由于英国标准提出四级地区是指城市或镇的中心区域且多层建筑多的地区（本规范已采用），同时又规定燃气管道压力不应超过1.6MPa（最近该标准第四版已由0.7MPa改为1.6MPa）。由于管道敷设有最小壁厚的规定，按L245级钢管和设计压力1.6MPa时反算强度设计系数约为0.10～0.38，一般比其他标准0.4低很多。香港采用英国标准，多伦多燃气公司市区燃气管道强度设计系数采用0.3。我国是一个人口众多的大国，城市人口（特别是四级地区）普遍比较密集，多层和高层建筑较多，交通频繁，地下设施多，高压燃气管道一旦破坏，对周围危害很大，为了提高安全度，保障安全，故要适当降低强度设计系数，参考英国标准和多伦多燃气公司规定，本规范对四级地区取为0.3。 6．4．9 本条根据美国联邦法规49-192和我国GB 50251标准并结合第6．4．8条规定确定。 6．4．11、6．4．12 关于地下燃气管道到建筑物的水平净距。 控制管道自身安全是从积极的方面预防事故的发生，在系统各个环节都按要求做到的条件下可以保障管道的安全。但实际上管道难以做到绝对不会出现事故，从国内和国外的实践看也是如此，造成事故的主要原因是：外力作用下的损坏，管材、设备及焊接缺陷，管道腐蚀，操作失误及其他原因。外力作用下的损坏常常和法制不健全、管理不严有关，解决尚难到位；管材、设备和施工中的缺陷以及操作中的失误应该避免，但也很难杜绝；管道长期埋于地下，目前城镇燃气行业对管内、外的腐蚀情况缺乏有效的检测手段和先进设备，管道在使用后的质量得不到有效及时的监控，时间一长就会给安全带来隐患；而城市又是人群集聚之地，交通频繁、地下设施复杂，燃气管道压力越来越高，一旦破坏、危害甚大。因此，适当控制高压燃气管道与建筑物的距离，是当发生事故时将损失控制在较小范围，减少人员伤亡的一种有效手段。在条件允许时要积极去实施，在条件不允许时也可采取增加安全措施适当减少距离，为了处理好这一问题，结合国情，在本规范第6．4．11条、6．4．12条等效采用了英国气体工程 师学会IGE/TD/1《高压燃气输送钢管》标准的成果。 1 从表6．4．11可见，由于高压燃气管道的弹性压缩能量主要与压力和管径有关，因而管道到建筑物的水平净距根据压力和管径确定。 2 三级地区房屋建筑密度逐渐变大，采用表6．4．11的水平净距有困难，此时强度设计系数应取0.4(IGE/TD/1标准取0.3)，即可采用表6．4．12(此时在一、二区也可采用)。其中： 1) 采取行之有效的保护措施，表6．4．12中A行管壁厚度小于9.5mm的燃气管道可采用B行的水平净距。据IGE/TD/1标准介绍，“行之有效的保护措施”是指沿燃气管道的上方设置加强钢筋混凝土板(板应有足够宽度以防侧面侵入)或增加管壁厚度等措施，可以减少管道被破坏，或当管壁厚度达到9.5mm以上后可取得同样效果。因此在这种条件下，可缩小高压燃气管道到建筑物的水平净距。对于采用B行的水平净距有困难的局部地段，可将管壁厚度进一步加厚至不小于11.9mm后可采用C行的水平净距。 2)据英国气体工程师学会人员介绍：经实验证明，在三级地区允许采用的挖土机，不会对强度设计系数不大于0．3(本规范取为0．4)管壁厚度不小于11．9mm的钢管造成破坏，因此采用强度设计系数不大于0.3(本规范为0.4)管壁厚度不小于11.9mm的钢管(管道材料钢级不低于L245)，基本上不需要安全距离，高压燃气管道到建筑物3m的最小要求，是考虑挖土机的操作规定和日常维修管道的需要以及避免以后建筑物拆建对管道的影响。如果采用更高强度的钢管，原则上可以减少管壁的厚度(采用比11.9mm小)，但采用前，应反复对它防御挖土机破坏管道的能力作出验证。 6．4．14、6．4．15这两条对不同压力级别燃气管道的宏观布局作了规定，以便创造条件减少事故及危害。规定四级地区地下燃气管道输配压力不宜大于l．6MPa，高压燃气管道不宜进入四级地区，不应从军事设施、易燃易爆仓库、国家重点文物保证区、机场、火车站、码头通过等，都是从有利于安全上着眼。但以上要求在受到条件限制时也难以实施(例如有要求燃气压力为高压A的用户就在四级地区，不得不从此通过，否则就不能供气或非常不合理等)。故本规范对管道位置布局只是提倡但不作硬性限制，对这些个别情况应从管道的设计、施工、检验、运行管理上加强安全防护措施，例如采用优质钢管、强度设计系数不大于0.3、防腐等级提高、分段阀门采用遥控或自动控制、管道到建筑物的距离予以适当控制、严格施工检验、管道投产后对管道的运行状况和质量监控检查相对多一些等。 “四级地区地下燃气管道输配压力不应大于4.0MPa(表压)”这一规定，在一般情况下应予以控制，但对于大城市，如经论证在工艺上确实需要且在技术、设备和管理上有保证，并经城市建设主管部门批准，压力大于4.0MPa的燃气管道也可进入四级地区，其设计宜按《输气管道工程设计规范》GB 50251并参照本规范4．0MPa燃气管道的有关规定执行(有关规定主要指：管道强度设计系数、管道距建筑物的距离等)。 第6．4．15条中高压A燃气管道到建筑物的水平净距30m是参考温哥华、多伦多市的规定确定的。几个城市高压燃气管道到建筑物的净距见表34。 表34 几个城市高压燃气管道到建筑物的水平净距 城市或标准 管道压力、管径与到建筑物的水平净距 备 注 温哥华 管道输气压力3.45MPa至建筑物净距约为30m(100英尺) 经过市区 多伦多 管道输气压力小于或等于4.48MPa至建筑物净距约为30m(100英尺) 经过市区 洛杉矶 管道输气压力小于或等于3.17MPa至建筑物净距约为6～9m(20～30英尺) 洛杉矶市区90％以上为三级地区(估计) 香港 管道输气压力3.5MPa，采用AP15LX42 钢材，管径DN700，壁厚12.7mm。至建 筑物净距最小为3m 在三级或三级以下地区敷设，不进入居民点和四级地区 本条中所述“对燃气管道采取行之有效的保护措施”，是指沿燃气管道的上方设置加强钢筋混凝土板（板应有足够宽度以防侧面侵入）或增加管壁厚度等措施。 6．4．16 在特殊情况下突破规范的设计今后可能会遇到，本条等效采用英国IGE/TD/1标准，对安全评估予以提倡，以利于我国在这方面制度和机构的建设。承担机构应具有高压燃气管道评估的资质、并由国家有关部门授权。 6．4．18 管道附件的国家标准目前还不全，为便于设计选用，列入了有关行业标准。 6．4．19 本条对高压燃气管道阀门的设置提出了要求。 1 分段阀门的最大间距是等效采用美国联邦法规49-192的规定。 6．4．20 对于管道清管装置工程设计中已普遍采用。而电子检管目前国内很少见。电子检管现在发达国家已日益普遍，已被证实为一有效的管道状况检查方法，且无需挖掘或中断燃气供应。对暂不装设电子检管装置的高压燃气管道，宜预留安装电子检管器收发装置的位置。