国内外CO_2管道设计标准对比分析_陈嘉琦.pdf

942 0 2 3 年 2 月第 3 5 卷第 1 期油 气 与 新 能 源文章编号：2097-0021（2023）01-0094-07国内外 CO2管道设计标准对比分析陈嘉琦，蒲明，李育天，张斌，王晓峰，孙骥姝，陈潇中国石油天然气股份有限公司规划总院引用：陈嘉琦,蒲明,李育天,等.国内外CO2管道设计标准对比分析J.油气与新能源,2023,35(1):94-100.摘要：C O2管道输送是 C C US 产业链中连接上游捕集与下游驱油及封存的关键环节。与油气管道相比，世界范围内 C O2管道建设数量少，针对 C O2管道设计制定的标准也较少。对比了国内外 3 部C O2管道输送相关标准在管道设计上的异同，同时参考中国油气管道设计常用标准，比较了 C O2管道设计与天然气管道设计的异同，分析认为现有标准在线路与工艺方面基本满足需求，在站场及总图、线路用管及防腐方面虽有指导原则但内容仍待细化。据此，提出以下建议：加大对 C O2管道安全保障方面，如高后果区的识别等的研究论证力度；尽快开展站场、阀室、放空管在不同情景下 C O2扩散范围（含浓度）、温度和相态变化的模拟计算，并开展实验室或现场试验；加快开展对管道韧性断裂与止裂的研究，开展管道全尺寸爆破试验，完善标准规范，为 C O2管道安全运行提供支持。关键词：C C US；C O2管道；标准对比；管道腐蚀；线路用管中图分类号：TE972 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.2097-0021.2023.01.012Discussion on Domestic and Overseas Standards for the Design of CO2 PipelineCHEN Jiaqi,PU Ming,LI Yutian,ZHANG Bin,WANG Xiaofeng,SUN Jishu,CHEN XiaoPetroChina Planning and Engineering InstituteAbstract:CO2 pipeline transmission remains the key link in connecting the upstream capture,downstream oil displacement and storage of the CCUS(Carbon Capture,Use and Storage)industrial chain.Compared with the oil and gas pipelines,there are limited number of constructed CO2 pipelines worldwide.And the CO2 pipeline designing standards prove relatively rare.This paper compares three related standards of CO2 pipeline transmission at home and abroad regarding pipeline design.Besides,it refers to the common standards of Chinese oil and gas pipeline design and compares the design of CO2 pipelines and natural gas pipelines.According to the analysis,the existing standards could basically meet the demands of routes and craft while the details of stations,general drawing,pipeline and anti-corrosion are yet to be completed despite the guiding principles.Therefore,some suggestions are proposed as follows.First,we should increase the security of CO2 pipelines such as the research of the identification of high consequence areas;second,we should conduct the simulated calculation of the diffusion range(including intensity),temperature and phase change regarding CO2 in different situations of stations,valve chests and escape pipes and also carry out the experiment in laboratories or on-site trials;third,we should proceed the research on ductile fracture and crack arrest of pipelines as well as the pipeline full-scale blasting tests,so as to complete the standards and offer support to the safe operation of CO2 pipelines.Keywords:CCUS;CO2 pipeline;Standard comparison;Pipeline corrosion;Pipeline for route0引言目前，碳中和已成为国际社会碳排放管理的共同目标。CCUS（碳捕集、利用与封存）作为一项有望实现化石能源大规模低碳利用的技术，是中国未来减少 CO2排放、实现可持续发展的重要手段，甚至是中国化石能源低碳利用的唯一技术选择1-3。可以预见，未来由碳源到碳汇的输送管道项目将大规模开展建设并投入运行4-7。但与油气管道相比，现阶段国内 CO2管道建设数量少，针对 CO2管道输95第 3 5 卷第 1 期2 0 2 3 年 2 月陈嘉琦等：国内外 C O2管道设计标准对比分析送的标准仅有一项，导致 CO2管道的设计施工缺少依据与支撑，掣肘了 CO2管道的快速建设与发展。通过对比国内外 CO2管道输送标准中的关键领域内容，可以为国内 CO2管道设计提供依据，对大规模推进 CCUS 技术具有重要意义。本文重点对比如下标准在 CO2管道设计关键专业领域的规范要求：DNVGL-RP-F104 Design and Operation of Carbon Dioxide Pipelines（二氧化碳管道的设计和运行）8（简称 DNVGL-RP-F104）、ISO 27913:2016 Carbon Dioxide Capture,Transportation and Geological Storage Pipeline Transportation Systems9（二氧化碳捕集、输送和地质封存管道输送系统）（简称 ISO 27913）、SH/T 32022018二氧化碳输送管道工程设计标准10（简称 SH/T 3202）。同时，考虑到 CO2管道设计与油气管道设计存在相似性，且目前 CO2管道设计时也较多参考天然气管道设计要求，本文结合国内天然气管道设计常用标准，如 GB 502512015输气管道工程设计规范11（简称 GB 50251）、SY/T 00482016石油天然气工程总图设计规范（简称 SY/T 0048），对CO2管道设计与常规天然气管道设计的异同进行对比，以期为陆上 CO2管道的工程设计提供参考依据。1国内外 CO2管道设计标准现状工程领域标准的制定往往需要依据大量的现场经验，由于目前国内外的 CO2管道规模远未达到油气管道的水平12，因此国内外专门针对 CO2管道设计制定的相关标准也较有限，部分液体管道标准在版本更新时补充了 CO2管道相关内容。目前，国际上 CO2管道设计、运行和管理标准的制定主要由 DNV（挪威船级社）及 ISO（国际标准化组织）主导。DNV 最早在 2010 年制定了 DNV-RP-J202 Design and Operation of Carbon Dioxide Pipelines（二氧化碳管道设计与运行建议方法），该推荐办法于 2017 年被 DNVGL-RP-F104 取代，目前 DNVGL-RP-F104 已更新至 2021 年版本。ISO 制定了 ISO 27913，目前已更新至 2016 年版本。DNVGL-RP-F104 与 ISO 27913 主要为设计与运行原则，包括 CO2输送管道相关定义、CO2的特性、安全准则、设计前提、材料选择与施工运行要求、已有管道改输 CO2评定等，为 CO2管道的设计和运行管理指明了原则方向。另外，ASME B31.4-2019 Pipeline Transportation Systems for Liquids and Slurries（液体和浆体管道输送系统）13（简称ASME B31.4）在第十章中增加了 CO2管道章节，明确了 CO2管道标准与液体管道标准的不同，在 402.5节针对 CO2管道规定了止裂的相关内容，CO2管道的设计总体执行液体管道标准。国内，在国家标准方面，全国石油天然气标准化技术委员会研制国家标准CO2捕集、输送和地质封存 管道输送系统，该标准由中国石油集团石油管工程技术研究院等单位起草，已形成征求意见稿。在行业标准方面，2018 年，中国工业和信息化部颁布了 SH/T 3202，适用于陆上二氧化碳输送管道工程的设计，参考了 GB 50251、GB 64792013高压化肥设备用无缝钢管、GB/T 97112017石油天然气工业 管线输送系统用钢管、GB 503692014油气长输管道工程施工及验收规范等油气及化工领域现行标准。SH/T 3202 着眼于工程设计，主要内容包括术语和定义，输送工艺，线路，站场，管道及其附件的设计，辅助系统，焊接与检验、清管与试压、干燥。在企业标准方面，中国石油天然气集团标准化委员会石油工程建设专业标准化委员会组织编制了CO2输送管道工程设计规范，目前已形成草案。2标准要求对比分析2.1线路设计在线路设计方面，SH/T 3202 与 GB 50251 基本一致，且内容详实；DNVGL-RP-F104 仅明确了地区等级与截断阀室间距；ISO 27913 无相关内容。本节重点对比 SH/T 3202 与 GB 50251 存在的差异。2.1.1管道与特殊建（构）筑物距离SH/T 3202 规定 CO2管道与飞机场、海（河）港码头、大中型水库和水工建（构）筑物的间距不宜小于 20 m；与军工厂、军事设施、易燃易爆仓库、国家重点文物保护设施及居民小区、学校、医院、等人员密集场所的距离不应小于 100 m。该规定较输气管道规范 GB 50251 更为具体，GB 50251 中只规定应避开军事禁区、飞机场、铁路及汽车客运站、海（河）港码头等区域，未明确具体间距。2.1.2地区等级划分SH/T 3202 中的地区等级划分基本采用了输气管96油气与新能源 能源科技Vol.35 No.1 Feb.2023道规范 GB 50251 的划分方法，不同之处在于 SH/T 3202 取消了 GB 50251 对 1 级地区的细分，不再划分 1 级一类和 1 级二类地区，其他划分标准、内容、强度设计系数均与 GB 50251 相同。DNVGL-RP-F104 中地区等级的划分依据的是 ISO 13623:2017 Petroleum and Natural Gas Industri