T_ZSA 51-2018 压缩空气储能系统集气装置技术要求.pdf

中关村标准化协会 发布 ICS 21.020 P47 压缩空气储能系统集气装置 技术要求 Technical requirements of gas-gathering pipeline for compressed air energy storage system 2018-12-29 发布 2019-3-1 实施 团体 标准 T/ZSA 51-2018 全国团体标准信息平台 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 I 目 次 前 言 . II 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 位置选择 2 5 集气装置设计 2 5.1 建设地区等级划分 2 5.2 设计系数确定 2 5.3 集气管道强度计算 3 5.4 材料 3 5.5 管道附件 4 5.6 附属设施 4 6 集气工艺 4 6.1 工艺设计 4 6.2 集气装置的安全泄放 5 6.3 集气管道防腐 5 7 集气管道清管、试压与吹扫 6 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。中关村标准化协会不承担识别这些专利的责任。 本标准由 中关村标准化协会技术委员会 提出并归口。 本部分起草单位： 中关村储能产业技术联盟、 中国科学院工程热物理研究所 、国家能源大规模物理 储能技术（毕节）研发中心、葛洲坝中科储能技术有限公司、华中科技大学、贵州电网有限责任公司电 力科学研究院 。 本部分主要起草人： 陈海生、李文、汪翔、周学志、盛勇、左志涛 。 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 1 压缩空气储能系统集气装置 技术要求 1 范围 本标准规定了压缩空气储能系统集气装置的位置选择、设计、工艺、清管和试压。 本标准适用于压缩空气储能系统新建、扩建或改建集气装置的工程设计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 150（所有部分） 压力容器 GB/T 8163 输送流体用无缝钢管 GB/T 9711— 2017 石油天然气工业管线输送系统用钢管 GB/T 12459 钢制对焊无缝管件 GB/T 21447 钢质管道外腐蚀控制规范 GB/T 21448 埋地钢质管道阴极保护技术规范 GB 50057 建筑物防雷设计规范 GB 50251 输气管道工程设计 规范 GB 50470 油气输送管道线路工程抗震技术规范 SY/T 4103 钢质管道焊接及验收 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 。 集气装置工程 gas-gathering pipeline project 通过集气装置输送、存储空气的工程。一般包括集气设备、装置附件、排放设施及执行机构等工程 内容。 地上集气装置 above-ground gas-gathering pipeline 除基础外所有设备均在地面以上或露天的集气装置工程。 地下集气装置 underground gas-gathering pipeline 除排放设施及执行机构外所有设备均在地面以下或被覆盖的集气装置工程。 集气 装置附件 gas-gathering pipeline auxiliaries 管件、法兰、阀门、汇管等 集气 装置 专用 承压部件。 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。 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 2 设计温度 design temperature (DT) 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。 操作压力 operating pressure (OP) 在稳定操作条件下，系统内介质的压力。 最大操作压力 maximum operating pressure (MOP) 在正常操作条件下， 集气装置 中的最大实际操作压力。 最大允许操作压力 maximum allowable operating pressure (MAOP) 集气装置 遵循本规范的规定，所能连续操作的最大 压力，该压力等于或小于设计压力。 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气体进行定向排放的设施 ，一般由 泄压设备、 放空管和处理设备组成。 4 位置 选择 集气 装置 位置的选择应根据建设场地、压缩机、膨胀机位置并结合建设、使用方便性 、 现状与规 划，以及地形、地质等自然条件，通过综合分析和技术经济性比较确定。 集气 装置 位置靠近公路并与公路并行时，宜在公路用地界 3 m 以外，与铁路并行的管道宜在铁路 用地 界 3 m 以外，如地形受 限或其他条件限制的局部地段不满足要求时，应征得道路管理部门的同意。 当施工位置需要爆破挖沟时，应避免对公众及周围设施的安全造成影响。 埋地管道与建（构）筑物的间距应满足施工和运行管理需求，且管道中心线与建（构）筑物的最 小距离不 应小于 5 m。 集气 装置应避开滑坡、崩塌、塌陷、泥石流、洪水严重侵蚀等地质灾害地段 。 集气装置 宜避开矿山采空区及全新世活动断层 ， 当受到条件限制 必须 通过上述区域时，应选择危 害程度较小的位置，并采取相应的防护措施。 5 集气装置设计 建设地区等级划分 5.1.1 集气装置应尽量建设在与压缩空气 储能 系统相互独立的区域，减少和其他设备、建筑体的交叉 建设。根据建设位置不同，划分为两个地区等级，并应依据地区等级做出相应的管道设计。 5.1.2 地区等级划分应符合下列规定： a) 一级地区： 独立 的压缩空气储能 系统建设区域（装置周边 200 m 范围内聚居户数在 15 户 及以 下区域 ） ； b) 二级地区：多功能工业园区建设区域 。 设计系数确定 集气装置管道的强度设计系数应符合表 1的规定。 表 1 强度设计系数 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 3 地区等级 强度设计系数 一级地区 0.72 二级地区 0.60 注：地区等级划分时应充分考虑该地区的建设发展规划 情况 。 集气管道强度计算 5.3.1 集气管道强度计算应符合下列规定： a) 埋地管道强度设计应根据系统所处地区等级以及所承受永久荷载、可变荷载和偶然荷载而定， 通过地震动峰值加速度大于或等于 0.05g 至小于或等于 0.4g 地区内的管道，应按 GB 50470 的有关规定进行强度设计和校核； b) 埋地直管段的轴向应力与环向应力组合的当量应力，应小于钢管标准规定的最小屈服强度的 90%，管道附件的设计强度不应小于相连管道直管段的设计强度； c) 集气装置采用的钢管焊缝系数值应取 1.0。 5.3.2 集气装置 直管段管壁厚度应按 下式 计算： 2 sPDFt = …………………………………… （ 1） 式中 ： δ ——— 钢管计算壁厚 (mm)； P ——— 设计压力 （ MPa)； D ——— 管外径 (mm)； s ———钢管标准规定的最小屈服强度 (MPa)；  ———焊缝系数； F ——— 强度设计系数，应按表 1选取； T ———温度折减系数，当温度小于 120℃ 时， t值应取 1.0。 5.3.3 当温度变化较大时，应进行热胀应力计算。必要时应采取限制热胀位移的措施。 5.3.4 应综合考虑管道受内压和温差共同作用下弯头的组合应力。 5.3.5 集气装置的最小管壁厚度不应小于 4.5 mm，钢管外径与壁厚之比不应大于 100。 5.3.6 对于管道加工后出现高温受热情况，其使用应按 GB 50251 的有关规定施行。 材料 5.4.1 集气装置所用钢管及管道附件的选材，应根据操作压力、温度范围、使用地区等因素，经技术 经济性比较后确定。采用的钢管和钢材，应具有良好的韧性和焊接性能。 5.4.2 集气装置选用的钢管应符合 GB/T 9711— 2017 中的 PSL2 级、以及 GB/T 8163 的要求。 5.4.3 集气装置所采用的钢管和管道附件，应根据强度等级、管径、壁厚、焊接方式及使用环境温度 等因素对材料提出韧性要求。 5.4.4 钢级不明的材料不应用于管道附件制作，铸铁和铸钢不应用于制造管道附件。 5.4.5 钢管应在工厂逐根进行静水压试验，管体或焊缝不得渗漏，管壁应无明显的鼓胀。，工厂静水 压试验压力产生的环向应力不 宜小于管材标准规定的最小屈服强度的 90%。 5.4.6 处于寒冷地区地面安装的承压元件、法兰及紧固件等材料的力学性能应满足设计最低温度的使 用要求。 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 4 5.4.7 钢管表面的凿痕、槽痕、刻痕和凹痕等有害缺陷处理应符合下列规定： a) 钢管在运输、安装或修理中造成壁厚减薄时，管壁上任一点的厚度不应小于按公式（ 4）计算 确定的钢管壁厚的 90%； b) 凿痕、槽痕应打磨光滑，对被电弧烧痕所造成的 “冶金学上的刻痕 ”应打磨掉，并圆滑过渡，打 磨后的管壁厚度小于 5.4.7 中 a)的规定时，应将管子受损部分整段切除，不得嵌补； c) 在纵向或环向焊缝处影响钢管曲率的凹痕均应去除，其他部位的凹痕深度，当钢管公称直径小 于或等于 300 mm 时，不应大于 6 mm，当钢管公称直径大于 300 mm 时，不应大于钢管公称直 径的 2%，当凹痕深度不符合要求时，应将管受损部分整段切除，不得修补使用。 5.4.8 放空和排污管线、管件的材料宜按低温低应力工况校核。 5.4.9 在开 工前应根据设计文件提出的钢种等级、管道规格、焊接接头形式进行焊接工艺评定，并应 根据焊接工艺评定结果编制焊接工艺规程。焊接工艺评定和焊接工艺规程，应符合 SY/T 4103 的有关规 定。 管道附件 5.5.1 管道附件应符合 下列规定：管件的制作应符合 GB/T 12459，钢制管法兰、法兰盖、法兰紧固件 及法兰用垫片应符合现行国家标准的有关规定。 5.5.2 主管道上不宜直接开孔焊接支管。当直接在主管上开孔与支管连接或自制三通时，开孔削弱部 分可按等面积补强，结构和计算方法应符合 GB/T 150 的有关规定。 5.5.3 异径接头可采用带折边或不带折边的两种结构形式，强度设计应符合 GB/T 150 的有关规定。 5.5.4 管封头应采用长短轴比值为 2 的标准型椭圆形封头，结构、尺寸和强度应符合 GB/T 150 的有关 规定。 5.5.5 管法兰的选用应符合国家现行相关标准的规定。法兰的密封 垫片和紧固件应与法兰配套选用。 5.5.6 与工艺管道连接的设备、管道附件和压力容器应满足管道系统 1.5 倍设计压力的强度试验要求。 附属设施 5.6.1 雷电防护应符合 GB 50057 的有关规定。 5.6.2 集气装置的监视测量仪表可根据需要进行布置，监视测量仪表应符合自动化仪表选型设计、仪 表供电、仪表配管配线、仪表接地、仪表工程施工及质量验收方面的国家现行标准。 6 集气 工艺 工艺设计 6.1.1 工艺设计应根据气源条件、用气条件等要求，经综合分析和技术经济对比后，对集气装置进行 优化设计，确定最终工艺方案。 6.1.2 工艺设计应确定下列内容： a) 集气装置工艺参数和流程； b) 集气装置设计压力及用气压力； c) 集气装置总容量、占地面积和布置形式 。 6.1.3 集气装置设计压力、设计温度范围、总容量等参数应和压缩空气储能系统特性匹配，满足系统 工艺参数和变工况运行的要求。 6.1.4 对于较大容量的集气装置应考虑分组设置，满足不同容积调节要求。 6.1.5 集气装置的强度设计应满足运行工况变化的要求。 6.1.6 集气装置进、出口可以共用，也可以分开设置，应在进出口位置设置 截断阀。 6.1.7 集气装置工艺设计至少应具备以下相关资料： a) 气体的 成分 ； 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 5 b) 气源的数量、位置、 流量 及其变化范围； c) 气源的压力、温度及其变化范围； d) 用气设备对供气压力、 流量 及其变化的要求； e) 自然环境条件 和地勘资料。 集气装置的安全泄放 6.2.1 集气装置宜在高点设置泄压放空设施。 6.2.2 集气装置分组应分别设置放空阀，并应结合建设环境设置放空管或预留放空接口。放空管直径 不得小于放空阀直径。 6.2.3 对于 会 存在超压情况的管道、设备和容器，应设置安全阀或压力控制装置。 6.2.4 安全阀的定压应经系统分析后确定，并应符合下列规定： a) 压力容器的安全阀定压应小于或 等于受压容器的设计压力。 b) 管道的安全阀定压（ P0）应根据工艺管道最大允许操作压力（ Pmax）确定，并应符合下列规定： 1) 当 Pmax ≤ 1.8 MPa 时，管道的安全阀定压（ P0）应按 下 式 计算： P0 = Pmax + 0.18 MPa …………………………………… （ 2） 2) 当 1.8 MPa 7.5 MPa 时，管道的安全阀定压（ P0）应按 下 式 计算 : P0 = l.05Pmax …………………………………… （ 4） 6.2.5 安全阀泄放管直径计算应符合下列规定： a) 单个安全阀的泄放管直径，应按背压不大于该阀泄放压力的 10%确定，且不应小于安全阀的出 口管径； b) 连接多个安 全阀的泄放管直径，应按所有安全阀同时泄放时产生的背压不大于其中任何一个安 全阀的泄放压力的 10%确定，且泄放管截面积不应小于安全阀泄放支管截面积之和。 6.2.6 放空管的设计应符合下列规定： a) 放空管直径应满足设计最大放空量的要求； b) 放空管的顶端不应装设弯管； c) 放空管应有稳管加固措施； d) 放空管底部宜有排除积水、防堵塞的措施； e) 放空管设置的位置应能方便运行操作和检修维护。 集气管道防腐 6.3.1 集气管道应釆取外防腐层加阴极保护的联合防护措施，管道的防腐蚀设计应符合 GB/T 21447 的有关规定。 6.3.2 管道外防腐层类型、等级的选择应根据地形与地质条件、管道所处环境的腐蚀性、地理位置、 运行温度、管道布置方式以及经济性等综合因素确定。管道外防腐层的性能及施工技术要求应符合国家 现行相关标准的规定。 6.3.3 管道阴极保护设计应根据工程规模、土壤环境、管道防腐层质量等因素，经济合理地选用保护 方式，并应符合 GB/T 21448 的有关规定。 6.3.4 阴极保护管道应与非保护构筑物电绝缘。在绝缘接头或绝缘法兰的连接设施上应设置防高压电 涌冲击的保护设施。 6.3.5 阴极保护管道应设置阴极保护参数测试设施，宜设置阴极保护参数监测装置。 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 6 7 集气管道清管、试压与吹扫 集气装置试压前应采用清管器或人工进行清管，清管次数不应少于两次且无明显焊渣、浮尘等。 集气装置试压应符合 GB 50251 的有关规定。 管道吹扫及验收应符合下列规定： a) 管道的吹扫应在试压、清管结束后进行，可采用干燥气体 (压缩空气或氮气等 )吹扫，直至管道 最低端连续 0.5 小时无明显杂质出现； b) 管道吹扫方 法应防范并减少对环境的不利影响，尤其是噪音影响。 管道吹扫结束后，如果不能立即投入运行，宜充入干燥气体 (压缩空气或氮气等 )，并保持内压 0.12 MPa 〜 0.15 MPa（绝对压力）的干燥状态下的密闭封存。 ________________________________ 全国团体标准信息平台 Issued by Zhongguancun Standardization Association ICS 21.020 P47 Technical requirements of gas-gathering pipeline for compressed air energy storage system Issue Date 12-29-2018 Implementation Date 3-1-2019 A s s o c i a t i o n S t a n d a r d T/ZSA 51-2018 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 I Contents Foreword I 1 Scope 1 2 Normative references 1 3 Terms and definitions . 1 4 Location Selection . 3 5 Design of gas collecting device . 4 5.1 Classification of Construction Areas . 4 5.2 Determination of Design Coefficient 4 5.3 Strength calculation of gas gathering pipeline . 5 5.4 Material . 6 5.5 Pipeline Accessories . 6 5.6 Affiliated Facilities . 7 6 Gas Collection Technology . 7 6.1 Process Design 7 6.2 Safety Discharge of Gas Collection Device 8 6.3 Gas Collection Pipeline Antisepsis 9 7 Pigging, Pressure Testing and Purging of Gas Collection Pipeline . 9 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 II Foreword The standard was drafted in accordance with the rules set out in GB/T 1.1-2009. Please note that some contents in this document may involve patents. Zhongguancun Standardization Association shall not be held responsible for identifying such patents. The standard was proposed and under the jurisdiction of Zhongguancun Standardization Association - Technical Committee. This part of drafting units: Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance, Institute of Engineering Thermophysics of Chinese Academy of Sciences, National Energy Large-scale Physical Energy Storage Technology Research Center (Bijie), Gezhouba Zhongke Energy Storage Technology Co., Ltd., Huazhong University of Science and Technology, Guizhou Power Grid Co., Ltd. The main drafters of this part: Chen Haisheng, Li Wen, Wang Xiang, Zhou Xuezhi, Sheng Yong and Zuo Zhitao. 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 1 Technical Requirements for Gas Gathering Device of Compressed Air Energy Storage System 1 Scope This standard specifies the location selection, design, process, pigging and pressure test of the gas collecting device of the compressed air energy storage system. This standard is suitable for engineering design of new, expanded or reconstructed gas gathering devices of compressed air energy storage system. 2 Normative references The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies. GB/T 150 (all parts) pressure vessel GB/T 8163 Seamless steel pipe for fluid transport GB/T 9711— 2017 Steel Pipe for Pipeline Transportation System in Petroleum and Natural Gas Industry GB/T 12459 Steel butt welded seamless pipe fittings GB/T 21447 Specification for External Corrosion Control of Steel Pipelines GB/T 21448 Technical specification for cathodic protection of buried steel pipelines GB 50057 design code for protection of structures against lightning GB 50251 Code for Design of Gas Pipeline Engineering GB 50470 Technical Specification for Seismic Resistance of Oil and Gas Pipeline Engineering SY/T 4103 Welding and acceptance standard for steel pipings and pipelines 3 Terms and definitions The following terms and definitions apply to this document. 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 2 3.1 gas-gathering pipeline project The project of conveying and storing air through gas collecting device. Generally, it includes gas collecting equipment, device accessories, discharge facilities and executing agencies, etc 3.2 above-ground gas-gathering pipeline Gas collecting device which all equipment except foundation are above ground or open air. 3.3 underground gas-gathering pipeline Gas collecting device which all equipment except discharge facilities and actuators are below ground or covered. 3.4 gas-gathering pipeline auxiliaries Special pressure-bearing parts for gas collecting devices such as pipe fittings, flanges, valves and manifolds. 3.5 design pressure (DP) It is used to determine the pressure value for calculating wall thickness and other component dimensions of the pipeline at the corresponding design temperature. The pressure is called the design internal pressure when it is the internal pressure of the pipeline and the design external pressure when it is the external pressure. 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 3 3.6 design temperature (DT) During normal operation of pipeline, the highest or lowest temperature that the metal of pipe wall or component may reach under the corresponding design pressure. 3.7 operating pressure (OP) Under stable operating conditions, the pressure of medium in the system. 3.8 maximum operating pressure (MOP) Under normal operating conditions, the maximum actual operating pressure of the gas gathering device 3.9 maximum allowable operating pressure (MAOP) The maximum pressure that gas gathering device can operate continuously, which is equal to or less than the design pressure, is in accordance with the provisions of this code. 3.10 relief and blow-down system The facility for directional discharge of gas emitted during overpressure discharge, emergency discharge and start-up, shutdown or overhaul, which is generally composed of pressure relief equipment, discharge pipe and treatment equipment. 4 Location Selection 4.1 The location selection of gas gathering device should be based on the construction site, compressor and expander location, combined with construction, ease of use, current situation and planning, as well as natural conditions such as topography and geology, through comprehensive analysis and technical and economic comparison. 4.2 When the gas gathering device is located close to the highway and parallel to the highway, it is advisable to be outside the highway land boundary 3 m, and the pipeline parallel to the railway should be outside the railway land boundary 3 m. If the topographical or other restrictions of the local areas do not meet the requirements, the consent of the road management department should be obtained. 4.3 When blasting ditches are needed in the construction site, the safety of the public and surrounding facilities should be avoided. 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 4 4.4 The distance between buried pipelines and buildings should meet the requirements of construction and operation management, and the minimum distance between pipeline center line and buildings should not be less than 5 m. 4.5 Gas gathering devices should avoid geological hazards such as landslide, collapse, collapse, debris flow and serious flood erosion. 4.6 Gas gathering devices should avoid mined-out areas and Holocene active faults. When gas gathering devices must pass through the above areas because of conditions restrict, less harmful locations should be selected and corresponding protective measures should be taken. 5 Design of gas collecting device 5.1 Classification of Construction Areas 5.1.1 Gas gathering devices should be built as far as possible in an area independent of compressed air energy storage system, so as to reduce the cross-construction with other equipment and buildings. According to the different construction location, it can be divided into two regional grades, and the corresponding pipeline design should be made according to the regional grades. 5.1.2 Regional grading shall comply with the following provisions: (a) Level I: Independent construction area of compressed air energy storage system (15 households and below in the 200 m area around the installation); (b) Second-level areas: multi-functional industrial park construction areas. 5.2 Determination of Design Coefficient The strength design coefficients of gas gathering pipelines shall meet the requirements of Table 1. 全国团体标准信息平台 T/ZSA 51-2018 5 Table A.1 — Strength Design Coefficient Area level Strength Design Coefficient First grade area 0.72 Two level area 0.60 NOTE Table note. The planning of construction and development in this area should be fully considered when dividing the regional level. 5.3 Strength calculation of gas gathering pipeline 5.3.1 The strength calculation of gas gathering pipeline shall comply with the following provisions: (a) Strength design of buried pipelines shall be based on the grade of the area