？ 4.2 》 地：区等级划分》及设计系数确定 ！ ？ ： 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AS】ME B31—.，8按：不同地区等》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《尚属可行本规范1】994版、200】3，版均采用了以居民】密度指数划分地区等！级并：规定了？相应的强度设计系】数本次修订仍规定】采用：控制管？道自身的安全性作为！输气管道的设计原则！并将原一级地区细分！。为一级一类地区和一！级二：类地区现分述—如下 《。 ，     【第一输气管道建【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】ASME《 B：。31.8、加拿大】国家标准油气—管道系统《CSA Z》。662、石油—和天然气工业管【道输送？系统ISO —136？23等它《们的：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：、，管材：。冶金、？。制，管、设备材料选用、！施工、检验》、，运行、维护到更新改！造的全过程》即管道全生命周【期的完整《性管理用《控制管道的强度和结！构安全来确保管【道系统的安全从而】。为管道周《围公众、《建(构)筑物及【其他设施提》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，、俄：罗斯联邦国家—标，准，大型管线压力大【于10MPa时【的设计标准》ΓOCT《 P55989-2！014它们虽对管道！系统强度有一—定，要求但主要是—控，制管道与周围建(构！)筑物的距》离以此为周》围建(构)筑—物提供安全保证【 ， 《    《 第二加强》管道自身安》全是对管道周围【公众、建(》构)筑物及其他设施！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【因素就需要》及，时采取？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—从而为管道周围【公，众、建(构)—筑物及其《他设：施提供安全保证这】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？围公众、建(—构)筑？物及其他设施的安全！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》差，异美：国ASME B3】1.：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】及以前的版本规定】的许用应力》值在0.4σs～0！.72σ《s(：σs：为钢管标准规定【的，最小屈？服强度)之间—该标准1989【版及之后版本规【定的许用应力—值在0.4σs～0！.8σ？s之间即美国—ASME《 B31.》8已将最《大许用应《力提升？为0.8σs ！。     输气！管线设？计采用设计系数0】.8时(一级—一类地？区)管道应选—择在人类活》动少且？无永久性人员居住】的地区采《。用设计系数0—.72时《(一级二类地区)】管道应处于野外【和，人口稀少的地区【在这些区《域发生管道事故除】管道公司财产—损失外对外》界的危害程》度不大采用设计系】数0.4时》(四：级地区)管》道处在人口》稠密、楼《房集中和交通频【繁的地区由于输气】管道：运行聚积了》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》管道应力水平提【高安全？度以确保管道周围】公众：及建(构)筑—物的安？全此外在四级地区】的线路截断阀一般】不超过8km管【道发生？事故时气体向外【释放量较其他地区等！级少从而《把危：害降到最低》限度根？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，数来设计输》气管道是安全可【靠的不同地区等级采！用不同地区的强【度设计系数在—合理使用管材强度】上，也，是经济？合理的本次修订根据！我，国近十年工程建【设经验和技》术发展水平增加了】0.8强度设计系数！本规范的设计—系数与美国国家【标准输气和配气【管道系？统，AS：。ME B3》1.8一致即0.8！、0.72、—0.6、0》。.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，(201《m)范围《内任：意划分成长度为1英！里的若干管段在划定！的管道区《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 《     我国！幅员辽阔《东西南北地区特征】差别甚大《根据我们多年—的工作实践按—居民住户(建—筑物)密度指数划】分为四个《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》居民住户(建筑物】)密度？指数的确定做了一些！改变：这与美国A》SME B31.】8，不同本规范》本次修？。。订增加了一级一类地！区可采用0.8【设计系数并对该【地区等？级，。划分提出了严格的要！求对其他地区—等级的划分》未作调整 —     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》若干管道区》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 —     我—国是世界上人—口，最多的国家大陆【。31个省、自治【区，、直辖市现有—人口约1《。3.4亿我国人口分！布很不均匀中、东部！地区人口密度大西】部，地区人口《密，度小全？国平均人口》。密度约为《140人／k—m2全国乡村人口密！度约为7《0.2人《／km2乡村按3】.，。。。1人／户《来，计算独立《建筑物数则居民(建！筑物)密度指数约】为，。22：.7户／km2【按本规范提》出的管段划分区域】(0.8km2)】计算我国乡村—指数则为1》8.2即《我国按？。乡村居？民独立建筑物数密度！指数全国平均—为二级地区从乡【村人口居住情况看】山区及丘陵地区【多为：分散居住平》原地区多为集中居住！我国大陆31—个省：、自治区、直—辖市及全国人口密】度统计见表2  ！ 表2— ， 大陆31个—省、自治区、直辖市！及全国人口密度(】人／km《2) ！。     ！注1  《基础料据来源中华】人民共和国》。国，家统计局20—。10第六《。次，全国人口普查主【要数据公报 】 ，   《  ：    2 — 本表除《全国：平均人？口密度外其余人口】密度根据(》未考虑现役军人【及难以确定常—住地人员)常住人】口数及各地》区，陆地国土面积计【算得出 ！      —  3  》大陆31个省、自】。治区：。、，直辖市共有家庭户】40：151733—。0户家庭户人口为1！24460839】5，人平：均每个家《庭，户，的人口为3》.10人 【 ？   ？    《 4：   大陆3—1，个省、？自治区、直辖—市和：现役军人的人口【中居住在《城镇的人口为665！575306人占】。49.68％；居】住在乡村《的人口？为674149【546人占》。50：.32％《同20？00年第五次全国】人，口普查？相比城镇人口增加2！071？37093》人，乡村人口减少1【3323《7289人城—。镇人口比重上—升1：3，.46个百》分点 《。    【 综上所述》我国按乡村居—民独立建《筑，。物，数密度指数平均为】二级地？区乡村居民(建筑】物，)密度？指数约为2》2.7户《／km2《采用安全距离原则设！计输气管道明显不合！适因此本规范—。采用：提高：输气管道自身的安全！。度，。来保证管道周围建筑！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《理采用？管道自身的安—全度来保证安全【已被当今许多工业发！达国家所采用—因，此本：规，范修订时仍以按地区！等级确定管道自【。身强度？安全为原则 ！ ，     》本次修订是在2【003？版基础上将》一级地区《细，分为一级一类和一】级二类两个地区【类别确定《一级一类地》区可采用《0，.8或0.7—2强：度设计？系数一级二类地区】采用0.7》2强度？。设，计，系数对一级一类地】区，。的划分方式主要参考！了以下国外标准 ！     (！。1)美国国家标准输！气和配？。气管道系统A—。SM：E B？31.8-20【12：该标准第84—0.2？.，2条规定一》级地区(包括—一级：一类：0.8设《计系数和《一级二类《。0.72设计系【数，)，指沿管道中心—线两侧？各0.2km范【围内、任意划分长度！为1.6km—的地带内供》人居住？的建筑物不》超过10户》(，密度指数为15.】6户／km2)【主，要指荒地《、沙漠、山区、草】原，、耕地？和人口稀少的居民】区 —     (—2)加拿大油气管道！系统CSA Z66！2-2007的一】级地区划分》与美国国《家标准输气和—配气管道系统AS】ME B3》1.8基本》一致区别《在于CSA Z66！2规：定无人区(Non】e)：或供人？居住：的建：筑物：不超过10户—(，密度指数为15.】。6户／km2)均】为一级地区一级地区！设计系数均为0【.8  ！ ，  (3)石油和】天然气工业》管道：。输，送，系统ISO》 1：3623与美国【和加拿大标》准略：有不同它《。是以每平方千米【的人的个数来确【定的地区等级对输送！。D类：无毒的天然》气一级地区指管道中！心线两侧各0.2】。km范围内沿—管道任意划1km】2，的，面积这个《面积内不经常有【人类活动为无永久】性，住房的地区如不通】行的沙漠、荒凉的】冻土地区等》在该地区环》向应力设计系数可以！。增大：到0.？83(环向应力【。的计：算方式与美国国家标！准ASME —B31.8也—。略有不同) 【   —  综上《所，述，本规范首次引入【0.8强度设计【系，数为慎重和安全考虑！本规：范一级一类地区的】划分要求比美国和加！拿大标准《要求更严格一些与I！。SO 136—23要求基本一【致因此本《规范规定一》级一类地区采—用0.8《设计系数的管道为不！经常有人活》动、无永久性人【员居住的地区 【 4.【2.3  本—规范200》3版的修《编时曾考虑了—采纳0.8设计系数！但因我？国当时冶金、制管、！施工、检验及完【整性管？理等技术与》。世界先进水平—尚存在一定差—距故未采《纳，本次修订增加—一级一类地》区可：采，用，0.8设计系数主】要考虑了《以下因素 【  《   (1》)本规范2》。。003版发》布至今我国输气管】。道工程建设经—过了十几《年的快速《。发，展建成了西气—东输管？道、陕？京二线、《冀宁联络线、陕京三！线、西气东输二【线管道、西气—东输三线《管道(西段》)，等大口径、高压【、，高钢级全国》骨干输气管道最大】设计压？力已：达12MPa—最大管径为D—1219mm最高】钢级：为X80且目前我】。国，正在开？展更：高钢级、更大管径的！技术：研究我国《在管线钢《的冶金、《制，管、：施工及？检验技术、质量控制！水平、完整性管理水！平方：面有了显著提高管道！建设总体技术—基，本，接近或达到国际【先进：水平为本规范修订】增加一？级一类地区可采【用0.8设计系数打！下了良好《基础 【     》(2)美国国家标】。准输气和配气管【道系统AS》ME B31.【8-1？989正式》将设：计系数提高到0.8！并沿：用至今该标准将一级！地区分为一》级一：类地区(设计系数取！0，.8)和一级二类地！区(设计《系数取0.72)】 》     (3)】加，拿大：在1968年基于A！SME 《B31.4和B【31.8编》制并颁布了分—别适：用于输油和输气【管道的联邦》法规C？SA Z《183和《CSA 1841】994年将这—两部法规《进行了合《并形成了油气管【道系统CS》A Z662—至今一？级地区仍采用0.8！。强度设计《系数： —    (》4)：石油和天然气—工业管？道输送？。系统ISO 136！23中规定D类无毒！天然气管《道在一级地》。区采用？的环向应力系数【最大：为0.83 【 ？     》(5)？管道失效与设计系】数的关系《。 ？ ？    198【0年美国机》械工程师协会—(A：SME)将195】3年～1《9，71：年间采用0》.7：2，以上设计系数与采用！0.7？2及以下设计—系数运行《的输：气管：道的事故率》进行了比《较设计系《数，在0.？。。72：及以下的输气管线事！。故率平均《值为2.5×—10-4／》(千米·年)设【计系数为0》.，72以上的输气管线！事故率平均值为3.！1×10-4／【(千米·年)—说明这期间采用【0，.72以上》设计：系数：的输气管线》事，故率要高一》些此：后AS？ME统计分析了【。1，984年～2—001年的事故数据！库其结果是输—气管线事故率平均值！为，1.8？×10-4》／(千米·年—)事故率降低的根本！原因是完整性管理的！应用及？管理水平的提高【 —    ASME根！据1984》年～2001—年间美国管道事故】数据库分《析了管道的运—行应力与输气—管道事故率》之间的关《系其结果《是设计系数低于0.！4，的天然气管道事故率！最高占所有事故的】比例接近40％；设！计系数高于》。0.72的》管道事？故仅占？所有事故的》2％数据表明应力水！平和设计系数不【是管道发生失效事故！的主：要原因事故率和【设计系数无》直接：。关系ASME又【进，一，步对19《84年～2》001年间》事故数据库》分析研究了诱发管】道事故的《主要原因其结果是】。外力损伤《是诱发管道》事，故的主要原》因占所有管道—事故的39％腐【蚀导：致的管道《事故占24》。％建造和制管缺陷导！致的管？道事故占14％其他！原因造成《的，。管道事故占23％】  【   19》54年～20—0，4年间？加拿大天然》气管道的事故—率大：约为2.0×1【0-4／(千—米·年？)与美？国的天？然气管道事故—率基本相当》加拿大没有建立【与美国？相似的事故数据库因！此无法具体判定钢管！级别、规格或者运】行，压力：等哪个因素》是引起管道》。事故的主要原—因但是采用0.8设！计系数并没有造成】管道事故的发生 】 ，。 《    根》据以上国外管道【数，据分析管道失效与设！计，系数关系不大北美地！。区已有管道工程应用！情况表明《采取严？格的质量控制与完整！。性管理措施0.8】与，0，.72设《计系数？的管道失效概—率基本相当采—用0.8设》计，系，数技术可行 — 《     (6)加！拿，。大和美国管道工【程标准规定》了输气管道一级地】区可采？用0.8强》度设计系数目—前国际上按0.8设！计系数建造运行【的管道已达数—万公里与采》用0.72设—计系数的管》道相比事《故率并没有明显的】上升管道失效受多种！因素的影《响但设计系数不是】管道失？效的控制因》素采用0.8设【计系数虽然失效概率！和运行风《险有一定程》度的增加《但都：在可以接受》的范围之内》 ： ？ ，    (7—)通过合理控制管材！。化学成分、钢管的】断裂韧？性指标、《壁厚偏差和》管材最小屈服强度偏！差我国？现有管材《制造技术水平可以】满足0？.8设计系》数的管材要求 ！    —。 (：8)采用0.—8设：计系数钢管需在【工厂进行达到管材】标，准规定的《最小屈？服，强度：。100％《静，。。水试压试验现场【至少要进《行1.25》倍设计压力的水压】强度试验考虑到【现场地形《高差要求低》点试验压力》产生的环向》应力不大于105】％管材标准规定的】最小屈服强度采取严！格，的试压措施用压力】-体积图法》监测试压过程现场水！压强度试压不—会造成管道的试【压，失效：还可在一定程度上】。提高管道的》完整：性 》   《  (9)2—006年美国批【。准建设？R，ockies E】xp：res？s， Pipeline！。(，洛基捷运管线)州际！输气管道管线—全长约2117【k，m管径为D1—067最大允许操作！。压，力为1？0.2MP》a管道90》％处于？一级地区《一级地区内管—道最大环向应力不超！过80％管材标准】规，定的最小屈服—强度即设计系数最】大为：0.：8管道？公司对此管道在【一级地区使用0【.8设计《系，数和0.72设【计系数进行了9个方！面的风险分析①【应力腐蚀裂纹；【②工艺缺陷；—③天气／外部—原因；④焊接和制】造缺陷；⑤》设备故障；⑥设备】影响或第三》方损害；⑦》外部腐蚀；⑧内【部腐蚀？；⑨不当操作—风险：分析根据《。以，上，9项风险分析结【果使用0.8设计系！数的管道《总体风险没有显著】增加此外《使，用0.8《。设计系数的管道只】在外部腐蚀、内部】腐蚀和不当》操作方面风险稍稍】增加由于壁厚要薄一！些应力更高相—应的风险也》要稍：。大一些安《全性有所降》低根据Rocki】es Expres！s Pi《peline风险】分析0.8设计系】数的管道《只要严？格控制？进入管？道，内的气体质量(防止！内腐蚀)、采取可】靠的：外防腐蚀措施—及加强完整》性管理管道的—可，靠性：是，有保：障的 — ，     》。(10)采用—0.：8设计系数可减【小管道壁厚》节，省钢材耗量且对增】加输量有《一定：。效果 》 ：  ：   ？。(11)我国—地域辽阔《具，备一级一类地区【采，用0.8强度设计系！数的地域条件如戈】壁、沙漠、草原等地！区 ？ ， ？    (12)为！本规范？修订增加0.8强度！设计系数中国石油】天，然气股份公司专门组！织开展了“输气【管道提？高强度设《计系：数工业性应》用研究”(该项【研究是中国石油【天然：气股份公《司重大科技专—项“第三代大输【量天然气管道工程】关键技术研究”【中的子？课题之？一)在？该，子课题中开》展了输气管道提【高，强度设计系数可行性！研究、0.8设计系！数用管材技术—条件：及管材生产技术【研究、0.8设计系！数管道现场》焊接：工，艺及环焊缝》综合评价《技术研？究、西三线0.8】设计系数示》范工程设计》及施工技术研究、示！范工程服役安全可靠！性评估及风险分析】。根据研究成果中【石油于2《013年《在西气东输三—线管：。道，工程(西段》)甘肃境内建设完】。成了管径D》12：19m？m，。。、设计压力12【MPa、X8—0，、长约30》0km的0.—8，设计系数《。输气管道试验段为本！规范：的修订提《供了理论和实践依据！ ，    】 综上？所述本规《范修：订增加0.》8强度设计系数的条！件和时机已经—成熟 《 ：   《 ， 本规范并》非要求一《级一类地区必须【采用：0.8强度》设计系？。数，即在一级一类地区】的管道采用》0.8或0.72】强度：设计系数均是可【以的值？得注意的《是在一级一》类地区采用0.8强！度设计？系数的管道本规【。范对管线的运—行，压力控？。制、管材工厂—静，水压试验、现场水压！强度试验等方面都】有更：加严格？的要求(其》要求分布《在各：。章节中)因此一级一！类地：区需在综《合分：析本规范的》相关要求、工—程，具体：条，件和技术经》济比较后确定一级一！类，地区采用0.8【或0.72设计系】数， 《 4.2.4【。  本条为》强制性条《文本规范规》定在一级《。一类、一级二类【、二、三、》四级地区《设计系？数分：别为0.8、0.7！2、0.《6、0.5、0.4！这种相互《对应的关系在某些情！况下也有例外如【在一级地《区内：。的大中型穿(—跨)越管道、输气】。站及阀室内的管道】、穿越？不同等级道路的管道！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【对这些地段管—道的强度设》计系数作了明确的】规定以便正确选用】设计系数《 《 ，     一级【一类地区采用0【。.8设？计系数的管道如果】不可：避免地出现地面【敷设的管段(—除管道跨越》工，。程外)则《该地面管段应采用】不大于？。0，.72的《设计系数主》要，是基于管《道水：压强度试验的—。。考虑： 《 ，      考【虑到一、《二级公路高》速，公路：及铁路的重要性穿越！。这些道？路都是采用非开挖方！式如套管或涵洞属】有套管类穿越这【些穿越也有采用定向！。钻，穿，越的方式因》此本次修《订删除？了原规范表》4.2.4中“有】套管穿越《一、二级公路—高速公路《铁路的？管道”？中的：“有套管”三个字 ！    】。 本规范不可能【列出所有特殊情况设！。计系数的《选，用规定针对不同的特！殊，地段设计者应根据风！险作出判断采用合适！的设计系数和设【计措施以确》保相互安全设计【。。措施：可以根据潜在影【响分析和管》。道的安？全，风，险分析对管道—采取适当降低设【计系数、提高—焊缝检测要》求、提高防腐等【级，。、增：加埋深、加密地区】标识等措施以削减管！道系统风险 【