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ASME —B3：1.8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19—94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A《。S，。ME B3》1.：8、加？拿大国家标准油气】管道系统CSA 】Z662、石油和】。天然气工业管—道，输送系统《ISO 《1362《3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？。ΓO：CT P5598】9-20《14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 B【31：.8按管道使用条】件对许用应力值有】详细的规《。。定，该标：准199《2年及以前》。的版本规定的许用应！力值在0《.4σs～0.7】2σs(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】.8：σs之间即》美国ASME B3！1.8？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《M，E B31》.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AS》ME B《31.8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20》0m范围内任意【划分长度为2—km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》13.4亿我国人】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／km2！。全国：乡村人口密度约为】70.？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2【2，.7户／km2按】本规：范提出的管段划分区！域(0.8km【2)计算我国乡【村指数则为18.】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／km2) ！ 【  《   注1  【基础料据来源—中华人民共和国【国家统计局》2010《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！1517330户】家庭户人口为—124？。46：0839《5人平均每个家庭户！的人口？为3.10人 【   【。      —4   大》陆31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66557【53：06人占49—.68？％；居住在乡村【的人：口为6741—4，9546《人占：50.32％同2】000年《第五次全国人—口普：查相比？城镇人口增加20】7137《。093人乡村—。人口减少1》332？37：2，89人城镇人口【比重：上升13.4—6，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22.7！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2003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0.72—强，度，。设计系数一》级二类地区采用【。0.72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》ASME《 B31.8—-2012该标【准第840.2.2！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】CS：A Z66》2-：20：07：的一级地区划分与】。美国国？家标准输《。。气，和配气管道系统【ASME B—31.8基本—一致区别在于—CSA 《Z662规定无人区！(，None)》或，供人居住的建筑物不！超过10《户，。(密度指数为1【5.6？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《 ，13623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？.，2km范围内沿管道！。任意划1km2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 B【。31.8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】ISO 《1362《3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20【03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200！3，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12—MPa最大管径为】D1：219m《m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：ASME《 B31.8—。-1989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0.7《2) 【    《。 ，(3)加《拿大在1968年基！于A：SME 《B，31.？4，和B31.8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 Z183和C！SA 1《841？。994年将这两部】法规进？行了合并形成了油】气管道？系统CSA Z【662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IS—O， ，。13623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  ！   1《980年美》国机：械工程师协会—(ASME)将【1953年～1【971年间采用0.！72以上设计系【数与采用0.72】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0.7—2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3.1×1！0-4／(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A【S，ME统计分析—了1984》年～200》1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！1984年～200！。1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3？9％腐蚀导致—的管道事故占2【4％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％ —     【1954《年～2004年间】加拿大天《然气管道的》事故率大约为—2.0×10-【。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0.7【2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？)20？06年美国批准【建设R？。ocki《es Expres！s Pip》e，line(》洛基捷运管线)州际！输，气，管道管线全长约【2117k》m管径为D》106？7，最大允许操》。作压力？为10.2MP【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： Express ！。Pipel》i，ne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？1219mm、【设，计压力12M—Pa、X80、长】。约，300km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0.7！2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 ？ ，