GB 50251-2015 输气管道工程设计规范 （完整版）
1 总 则
1.0.1 为在输气管道工程设计中贯彻国家的有关法规和方针政策，统一技术要求，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制定本规范。
1.0.2 本规范适用于陆上新建、扩建和改建输气管道工程设计。
1.0.3 输气管道工程设计应符合下列规定：
1 应保护环境、节约能源、节约用地，并应处理好与铁路、公路、输电线路、河流、城乡规划等的相互关系；
2 应积极采用新技术、新工艺、新设备及新材料；
3 应优化设计方案，确定经济合理的输气工艺及最佳的工艺参数；
4 扩建项目应合理地利用原有设施和条件；
5 分期建设项目应进行总体设计，并制定分期实施计划。
1.0.4 输气管道工程设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术 语
2.0.1 管道气体 pipeline gas
通过管道输送的天然气、煤层气和煤制天然气。
2.0.2 输气管道工程 gas transmission pipeline project
用管道输送天然气、煤层气和煤制天然气的工程。一般包括输气管道、输气站、管道穿(跨)越及辅助生产设施等工程内容。
2.0.3 输气站 gas transmission station
输气管道工程中各类工艺站场的总称。一般包括输气首站、输气末站、压气站、气体接收站、气体分输站、清管站等。
2.0.4 输气首站 gas transmission initial station
输气管道的起点站。一般具有分离、调压、计量、清管等功能。
2.0.5 输气末站 gas transmission terminal station
输气管道的终点站。一般具有分离、调压、计量、清管、配气等功能。
2.0.6 气体接收站 gas receiving station
在输气管道沿线，为接收输气支线来气而设置的站，一般具有分离、调压、计量、清管等功能。
2.0.7 气体分输站 gas distributing station
在输气管道沿线，为分输气体至用户而设置的站，一般具有分离、调压、计量、清管等功能。
2.0.8 压气站 compressor station
在输气管道沿线，用压缩机对管道气体增压而设置的站。
2.0.9 地下储气库 underground gas storage
利用地下的某种密闭空间储存天然气的地质构造、气井及地面设施。地质构造类型包括盐穴型、枯竭油气藏型、含水层型等。
2.0.10 注气站 gas injection station
将天然气注入地下储气库而设置的站。
2.0.11 采气站 gas withdraw station
将天然气从地下储气库采出而设置的站。
2.0.12 管道附件 pipe auxiliaries
管件、法兰、阀门、清管器收发筒、汇管、组合件、绝缘法兰或绝缘接头等管道专用承压部件。
2.0.13 管件 pipe fitting
弯头、弯管、三通、异径接头和管封头。
2.0.14 弹性敷设 pipe laying with elastic bending
利用管道在外力或自重作用下产生弹性弯曲变形，改变管道走向或适应高程变化的管道敷设方式。
2.0.15 清管系统 pigging system
为清除管线内凝聚物和沉积物，隔离、置换或进行管道在线检测的全套设备。其中包括清管器、清管器收发筒、清管器指示器及清管器示踪仪等。
2.0.16 设计压力 design pressure(DP)
在相应的设计温度下，用以确定管道计算壁厚及其他元件尺寸的压力值，该压力为管道的内部压力时称为设计内压力，为外部压力时称为设计外压力。
2.0.17 设计温度 design temperature
管道在正常工作过程中，在相应设计压力下，管壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。
2.0.18 管输气体温度 pipeline gas temperature
气体在管道内输送时的流动温度。
2.0.19 操作压力 operating pressure(OP)
在稳定操作条件下，一个系统内介质的压力。
2.0.20 最大操作压力 maximum operating pressure(MOP)
在正常操作条件下，管线系统中的最大实际操作压力。
2.0.21 最大允许操作压力 maximum allowable operating pressure(MAOP)
管线系统遵循本规范的规定，所能连续操作的最大压力，等于或小于设计压力。
2.0.22 泄压放空系统 relief and blow-down system
对超压泄放、紧急放空及开工、停工或检修时排放出的可燃气体进行收集和处理的设施。泄压放空系统由泄压设备、收集管线、放空管和处理设备或其中一部分设备组成。
2.0.23 水露点 water dew point
气体在一定压力下析出第一滴水时的温度。
2.0.24 烃露点 hydrocarbon dew point
气体在一定压力下析出第一滴液态烃时的温度。
2.0.25 冷弯弯管 cold bends
用模具将管子在不加热状态下弯制成需要角度的弯管。
2.0.26 热煨弯管 hot bends
管子加热后，在弯制机具上弯曲成需要角度的弯管。
2.0.27 并行管道 parallel pipelines
以一定间距(小于或等于50m)相邻敷设的两条或多条管道。
2.0.28 线路截断阀(室) block valve station
油气输送管道线路截断阀及其配套设施的总称，也称为阀室。
3 输气工艺
4 线 路
5 管道和管道附件的结构设计
6 输气站
7 地下储气库地面设施
8 仪表与自动控制
9 通 信
9.0.1 输气管道通信方式，应根据输气管道管理营运对通信的要求以及行业的通信网络规划确定。
9.0.2 光缆与输气管道同沟敷设时，应符合现行行业标准《输油(气)管道同沟敷设光缆(硅芯管)设计及施工规范》SY／T 4108的有关规定。光纤容量应预留适当的富裕量以备今后业务发展的需要。
9.0.3 通信站的位置应根据生产要求，宜设置在管道各级生产管理部门、沿线工艺站场及其他沿管道的站点。
9.0.4 线路阀室应依据输气工艺、监控和数据采集(SCADA)系统的控制要求选择适当的通信方式。
9.0.5 管道通信系统的通信业务应根据输气工艺、监控和数据采集(SCADA)系统数据传输和生产管理运行等需要设置。
9.0.6 输气管道通信宜在调度控中心设自动电话交换系统，电话交换系统应具有调度功能。站场电话业务宜接入当地公共电话网。
9.0.7 监控和数据采集(SCADA)系统数据传输当设置备用传输通道时，宜采用与主用传输通道不同的通信路由。
9.0.8 输气管道巡回检查、管道事故抢修和维修的部门，可配备满足使用条件的移动通信设备。
9.0.9 站场值班室应设火警电话，火警电话宜为公网直拨电话或消防部门专用火警系统电话。
10 辅助生产设施
11 焊接与检验、清管与试压、干燥与置换
附录A 输气管道工艺计算
A.0.1 当输气管道沿线的相对高差△h≤200m且不考虑高差影响时，气体的流量应按下式计算：
式中：qv——气体(P0＝0.101325MPa，T＝293K)的流量(m3／d)；
E——输气管道的效率系数(当管道公称直径为300mm～800mm时，E为0.8～0.9；当管道公称直径大于800mm时，E为0.91～0.94)；
d——输气管内直径(cm)；
P1、P2——输气管道计算管段起点和终点的压力(绝)(MPa)；
Z——气体的压缩因子；
T——气体的平均温度(K)；
L——输气管道计算段的长度(km)；
△——气体的相对密度。
A.0.2 当考虑输气管道沿线的相对高差影响时，气体的流量应按下式计算：
式中：α——系数(m-1)，
，Ra为空气和气体常数，在标准状况下，Ra＝287.1m2／(s2·K)；
△h——输气管道计算管段的终点对计算段的起点的标高差(m)；
n——输气管道沿线计算管段数，计算管段是沿输气管道走向从起点开始，当相对高差≤200m时划作一个计算管段；
hi、hi-1——各计算管段终点和对该段起点的标高差(m)；
Li——各计算管段长度(km)。
附录B 受约束的埋地直管段轴向应力计算和当量应力校核
B.0.1 由内压和温度引起的轴向应力应按下列公式计算：
式中：σL——管道的轴向应力，拉应力为正，压应力为负(MPa)；
μ——泊桑比，取0.3；
σh——由内压产生的管道环向应力(MPa)；
E——钢材的弹性模量(MPa)；
α——钢材的线膨胀系数(℃-1)；
t1——管道下沟回填时的温度(℃)；
t2——管道的工作温度(℃)；
P——管道设计内压力(MPa)；
d——管子内径(mm)；
δn——管子公称壁厚(mm)。
B.0.2 受约束热胀直管段，应按最大剪应力强度理论计算当量应力，并应满足下式要求：
式中：σe——当量应力(MPa)；
σs——管材标准规定的最小屈服强度(MPa)。
附录C 受内压和温差共同作用下的弯头组合应力计算
C.0.1 当弯头所受的环向应力σh小于许用应力[σ]时，组合应力以σe应按下列公式计算：
式中：σe——由内压和温差共同作用下的弯头组合应力(MPa)；
σh——由内压产生的环向应力(MPa)；
σhmax——由热胀弯矩产生的最大环向应力(MPa)；
σb——材料的强度极限(MPa)；
P——设计内压力(MPa)；
d——弯头内径(m)；
δb——弯头的壁厚(m)；
[σ]——材料的许用应力(MPa)；
F——设计系数，应按本规范表4.2.3和表4.2.4选取；
φ——焊缝系数，当选用符合本规范第5.2.2条规定的钢管时，φ值取1.0；
t——温度折减系数，温度低于120℃时，t取1.0；
σs——材料标准规定的最小屈服强度(MPa)；
βq——环向应力增强系数；
σo——热胀弯矩产生的环向应力(MPa)；
r——弯头截面平均半径(m)；
R——弯头曲率半径(m)；
λ——弯头参数；
M——弯头的热胀弯矩(MN·m)；
Ib——弯头截面的惯性矩(m4)。
附录D 敷管条件的设计参数
附录D 敷管条件的设计参数
表D 敷管条件的设计参数
注：1 管径大于或等于750mm的管道不宜采用1型。
2 基床包角指管基土壤反作用的圆弧角。
3 表中的Es为土壤变形模量。
附录E 管道附件由膨胀引起的综合应力计算
E.0.1 当输气管道系统中的直管段没有轴向约束(如固定支墩或其他锚固件)时，由于热胀作用使管道附件产生弯曲和扭转，其产生的组合应力(不考虑流体内压作用)应按下列公式计算：
式中：σe——组合应力(MPa)；
σs——钢管标准规定的最小屈服强度(MPa)；
σmp——弯曲合应力(MPa)；
σts——扭应力(MPa)；
I——管件弯曲应力增强系数，应按表E.0.1选取或计算；
Mb——总弯曲力矩(N·m)；
W——钢管截面系数(cm3)；
Mt——扭矩(N·m)。
表E.0.1 管件弯曲应力增强系数表
注：对管道附件，应力增强系数I适用于任何平面上的弯曲，其值不应小于1，这两个系数适用于弧形弯头整个弧长及三通交接口处。
E.0.2 对于大口径薄壁弯头或弯管，应力增强系数应除以修正系数，修正系数应按下式计算：
式中：α——应力增强系数的修正系数；
P——管道附件承受的内压(MPa)；
E——室温下材料的弹性模量。
E.0.3 当管件计算的组合应力不满足本规范式(E.0.1-1)时，应加大壁厚再校核。
附录F 三通和开孔补强的结构与计算
F.0.1 三通或直接在管道上开孔与支管连接时，其开孔削弱部分可按等面积补强原理进行补强，其补强应按下列公式计算：
式中：A1——在有效补强区内，主管承受内压所需设计壁厚外的多余厚度形成的面积(mm2)；
A2——在有效补强区内，支管承受内压所需最小壁厚外的多余厚度形成的截面积(mm2)；
A3——在有效补强区内，另加的补强元件的面积，包括这个区内的焊缝截面积(mm2)；
A4——主管开孔削弱所需要补强的面积(mm2)。
F.0.2 拔制三通补强(图F.0.2)补强结构的补强计算应满足本规范式(F.0.1-1)的要求，其中的A3应按下式计算：
F.0.3 整体加厚三通(图F.0.3)补强结构可采用主管或支管的壁厚或主、支管壁厚同时加厚补强，补强计算应满足本规范式(F.0.1-1)的要求，其中的A3应是补强区内的焊缝面积。
图F.0.2 拔制三通补强
do-支管外径(mm)；di-支管内径(mm)；Do-主管外径(mm)；Di-主管内径(mm)；H-补强区的高度(mm)；
δ0-翻边处的直管管壁厚度(mm)；δb-与支管连接的直管管壁厚度(mm)；δ′b-支管实际厚度(mm)；δn-与主管连接的直管管壁厚度(mm)；
δ′n-主管的实际厚度(mm)；F-补强区宽度的1／2，等于di(mm)；H0-拔制三通支管接口扳边的高度(mm)；r0-拔制三通扳边接口外形轮廓线部分的曲率半径(mm)
注：图中双点划线范围内为有效补强区。
图F.0.3 整体加厚三通
注：图F.0.3中，除A3外其余符号的含义与图F.0.2相同。
F.0.4 在管道上直接开孔与支管连接的开孔局部补强(图F.0.4)结构，开孔削弱部分的补强计算应满足本规范式(F.0.1-1)的要求，其中的A3应是补强元件提供的补强面积与补强区内的焊缝面积之和，补强的材质和结构还应符合下列规定：
图F.0.4 开孔局部补强
注：图F.0.4中，除A3外其余符号的含义与图F.0.2相同。
1 补强元件的材质应和主管道材质一致，当补强元件钢材的许用应力低于主管道材料的许用应力时，补强元件面积应按二者许用应力的比值成比例增加；
2 主管上邻近开孔连接支管时，其两相邻支管中心线的距离不得小于两支管直径之和的1.5倍，当相邻两支管中心线的距离小于2倍大于1.5倍两支管直径之和时，应采用联合补强件，且两支管外壁到外壁间的补强面积不得小于主管上开孔所需总补强面积的1／2；
3 开孔应避开主管道的制管焊缝和环焊缝。
附录G 压缩机轴功率计算
G.0.1 离心式压缩机轴功率应按下式计算：
式中：N——压缩机轴功率(kW)；
ω——天然气流量(kg／h)；
η——压缩机效率；
M——气体的质量(kg／kmol)，其值等于气体的相对分子量；
Z——气体平均压缩因子；
T1——压缩机进口气体温度(K)；
K——气体绝热指数，以甲烷为主的天然气K可取1.27～1.31；
ε——压缩比。
G.0.2 往复式压缩机轴功率应按下式计算：
式中：N——压缩机轴功率(kW)；
P1——压缩机进气压力(MPa)；
qv——进气条件下压缩机排量(m3／min)；
Z1、Z2——压缩机进、排气条件下的气体压缩系数。
附录H 管端焊接接头坡口型式
H.0.1 管端壁厚相同的对焊接头坡口型式宜符合图H.0.1的规定。
图H.0.1 管端壁厚相同的对焊接头坡口型式
H.0.2 管端壁厚不同和(或)材料屈服强度不同的对焊接头坡口型式应满足图H.0.2的要求，并应符合下列规定：
1 材料、过渡处理及焊后热处理应符合下列规定：
1)对接管段的最小屈服强度不同时，焊缝金属的力学性能不应小于强度较高的管段；
2)壁厚不等管段的管端之间的过渡，可按图H.0.2所示方法或可采用预制的过渡短节管过渡；
3)采用加工斜坡口时，焊趾部位应圆滑过渡，不应出现咬边或凹槽；
4)最小屈服强度相同的不等壁厚管段对接焊时，对加工斜坡口的最小角度可不作限制；
5)焊后热处理应按有效焊缝高度值确定。
2 对接管段内径不同时，坡口应符合下列规定：
1)当壁厚差不大于2.5mm时应焊透，坡口可按图H.0.2(a)加工且不作特殊加工处理；
2)当壁厚差大于2.5mm且不能进入管内焊接时，应按图H.0.2(b)将较厚侧管端内部加工成斜坡口，斜坡口的加工角度最大不应大于30 °，最小不应小于14°；
3)当壁厚差超过2.5mm，但不超过较薄管段壁厚的1／2，且能进入管内施焊时，可按图H.0.2(c)采用内焊填充完成过渡，较厚管段上的坡口钝边高度应等于管壁厚度的内偏差加上对接管上的坡口的钝边高度；
4)当壁厚差大于较薄管段壁厚的1／2，且能进入管内施焊时，可按图H.0.2(b)将较厚管端的内侧加工成斜坡口，或可按图H.0.2(d)加工成组合型式的斜坡口，即以较薄管钢壁厚的1／2采用锥形焊缝，并从该点起将剩余部分加工成锥面。
3 当相焊接钢管外径不等时，坡口应符合下列规定：
1)当壁厚差不超过较薄钢管壁厚的1／2时，可按图H.0.2(e)加工坡口，焊缝过渡面角度不应大于30 °，且焊趾部位应圆滑过渡；
2)当壁厚差超过较薄钢管壁厚的1／2时，应按图H.0.2(f)将超出部分加工成斜坡口。
4 当相接管段内径及外径均不同时，应综合采用图H.0.2(a)～H.0.2(f)或图H.0.2(g)的方式进行坡口设计。
图H.0.2 管端壁厚不同和(或)材料屈服强度不同的对焊接头坡口型式
注：1 当相接材料等强度不等厚度时，图中①不限定最小值。
2 图中②设计用最大厚度δ2不应大于1.5δ1。
附录J 输气站及阀室爆炸危险区域划分推荐做法
J.0.1 爆炸危险区域划分的表示方法宜符合下列图示的规定：
J.0.2 工艺阀门及设备爆炸危险区域划分应符合下列图示的规定：
图J.0.2-1 通风良好区域的焊接连接阀门
图J.0.2-2 通风良好区域的放空立管或放散管
图J.0.2-3 通风不良区域的放空设备
图J.0.2-4 通风良好区域的工艺阀门
图J.0.2-5 通风不良区域的工艺阀门
图J.0.2-6 通风良好的户外设备
图J.0.2-7 通风良好的封闭区域
图J.0.2-8 通风不良的封闭区域
J.0.3 通风口爆炸危险区域划分应符合下列图示的规定：
图J.0.3-1 1区的通风口
图J.0.3-2 2区的通风口
J.0.4 压力容器、空冷器及水套炉爆炸危险区域划分应符合下列图示的规定：
图J.0.4-1 通风良好区域的压力容器
图J.0.4-2 通风不良区域的压力容器
图J.0.4-3 通风良好区域的后空冷器
图J.0.4-4 通风良好区域的水套炉
J.0.5 气液联动阀爆炸危险区域划分应符合下列图示的规定：
图J.0.5-1 通风良好非封闭区域
图J.0.5-2 通风良好封闭区域
图J.0.5-3 通风不良封闭区域
J.0.6 与爆炸危险区域相邻的建筑物，爆炸危险区域划分应符合下列图示的规定：
图J.0.6-1 封闭墙体的建筑物
图J.0.6-2 与1区相邻、非气密墙体的建筑物
图J.0.6-3 与2区相邻、非气密墙体的建筑物
J.0.7 压缩机组爆炸危险区域划分应符合下列图示的规定：
图J.0.7-1 露天安装
图J.0.7-2 通风良好的厂房
图J.0.7-3 通风良好的厂房(半地下层布置)
图J.0.7-4 通风不良的厂房
图J.0.7-5 通风不良的厂房(半地下层布置)
注：本条的图示中，地面以下的沟槽内存在释放源时，应按图J.0.2-7、图J.0.2-8划分爆炸危险区域。
附录K 埋地管道水压强度试验推荐做法
K.0.1 一级一类地区采用0.8强度设计系数的管道强度试验，应绘制压力-体积关系图(P-V图)监测试验过程。
K.0.2 试压使用的设备及材料应符合下列规定：
1 试验管段的充水设备宜采用离心泵；
2 试验管段的升压注水设备应采用往复泵，泵的流量选择应适当，以便提供合适的升压速度，泵的工作压力应大于管段的最大试验压力；
3 试验使用的试压头、管汇、阀门及管线的承压能力应大于管段的最大试验压力，试压前应对试压系统进行全面检查，确保参与试压的设施处于良好状态。
K.0.3 试验管段的充水应符合下列规定：
1 应在试验管段内的充水起点置入一个或多个隔离球之后充水，以尽可能地排出管线内的空气，隔离球可在试压完成之后取出；
2 充水宜连续进行，并应对充水的体积进行计量，以便判断管内空气排出程度；
3 充水完成后，应进行一段时间的热稳定，使充入水的温度与地层温度相平衡，方可进入试压阶段。
K.0.4 试压应符合下列规定：
1 可将试压段的试验压力升高到不超过最大试验压力的80％，并应稳压一段时间；
2 在稳压时间内，应监视并检查试验管段是否有泄漏，如发现泄漏应泄压并修复；
3 稳压时间完成后，应以均匀的速度升压到试验压力；
4 升压达到试验压力，应稳压一定时间并观察，在此期间，可根据需要向管内适量添加试压介质，以便保持试验压力，之后进入试验压力的稳压阶段并应记录稳压时间。
K.0.5 管道产生屈服所需压力的测定应符合下列规定：
1 试验管段升压期间应绘制P-V图，P-V图的绘制应符合下列规定：
1)宜以升压注入水的体积(V)为横坐标，以压力(P)为纵坐标，用升压注入管线内水的体积与管段压力变化绘制关系图；
2)应在足以准确建立P-V图直线部分的最低压力点开始绘制；
3)数据采集点应足够密集，以便能及时测出P-V图中偏离直线部分的非线性(曲线)的开始位置。
2 试验期间，应密切监视P-V图图形的变化趋势，P-V图中偏离直线后出现非线性(曲线)部分的开始，预示该管段快要接近屈服点，此时应停止升压并检查。
3 试压管段环向应力超过100％管材标准要求的最小屈服强度时，可采用以下方法之一控制最大试验压力：
1)当需要两倍于出现任何偏差前P-V图的直线部分，单位压力增值所需的泵冲程次数才能达到相同的单位压力增值时的压力；
2)压力不超过P-V图直线部分发生偏差后，所需的冲程次数乘以单位冲程容积等于在大气压下测量的管段充满水体积的0.002倍时的压力，该数值为试验段的平均值。
