淺議城市燃氣管網的設計選擇與設計要點

摘要:天然氣用量與城市國民經濟發展情況、產業結構、能源結構、城市規劃人口等宏觀因素有關。城市燃氣管道看作是完成城市輸配氣這一特定功能的復雜結構。因此在城市燃氣管網設計時要認真考察城市的發展情況，合理預測城市對燃氣的需求，選擇合適的管網設計，并提高管網輸送的安全性。文章通過介紹城市燃氣設計中的管網的設計和燃氣的需求預測，管徑的選擇等方面進行闡述。

關鍵詞:城市燃氣管網設計選擇要點

中圖分類號:TU81文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2011)02(b)-0058-02

目前，天然氣已經成為中國各大、中城市的主要氣源。2005年城市燃氣普及率為92%，天然氣年用氣量達到170億m3;到2015年普及率將達到94%，年用氣量將達到680億m3。中國在天然氣發展總體規劃中，計劃在2010年將天然氣發展到270個城市;21世紀中葉，中國65%的城市將通上天然氣。2000年，中國燃氣管道長度達到89.458km，按照規劃，中國在2015年前將建成“兩橫兩縱”輸氣管道17.374km，干線管由2000年的10638km增加為23012km。根據各國經驗，城市燃氣管網建設、改造的費用，1m天然氣需要7元左右。因此，天然氣管網規劃設計必須科學，不僅要滿足用戶和工藝設計的要求，而且要使整個工程的投資最小，使得天然氣管網運行經濟、安全、靈活、可靠。

1科學合理規劃管網的設計

1.1 能源消費總量與用氣量的預測

一個城市的年度能源消費總量主要受國民經濟發展情況、人口、產值單耗、產業結構等因素的影響。這些因素均在不同程度上影響著城市能源消費總量的變化。一個城市國內生產總值、第二產業產值、第三產業產值對能源消費總量的影響，采用相關系數計算國民經濟發展情況與能源消費總量之間的關系。并根據城市發展的歷史能耗角度來預測規劃年的能源消費總量。根據《城市總體發展戰略規劃》，城市人口達到一定程度，經濟發展到一定規模，能源消費總量也將趨于一定水平。一般城市能源消費總量將呈現出3個增長階段:先是緩慢增加，然后快速增加，最后逐漸趨于穩定。根據城市能耗的這一發展規律我們把城市能耗做一個合理科學的預測，對城市燃氣管網設計提供依據。

1.2 利用回歸法分析城市燃氣負荷

回歸分析法是從研究燃氣負荷與其影響因素的相關關系入手，通過回歸分析建立回歸模型進行負荷預測。該方法適用于中、長期預測，預測精度較高。若確定燃氣負荷Q與其影響因素、……有相關關系，可以由回歸分析得到回歸方程:

(1)

式中:為燃氣負荷;

為常量;

、、……為回歸方程影響因子;

、、……為燃氣負荷的影響因素;

P為影響因素的數量。

式(1)描述了燃氣負荷與其P種主要影響因素之間的關系。由、……未來的值即可對燃氣負荷Q進行預測。

2燃氣管網管徑的選擇

2.1 管段初始流量的確定

管段初始流量是在連枝流量一定的條件下，通過調用基本關聯矩陣求解而得到的。所謂連枝，是針對環狀管網而言的。如果把一個環狀管網去掉某些管段后，該管網變成枝狀管網，那么去掉的這些管段就稱為連枝。連枝流量采用按照管段長度比例分攤原則確定。

2.2 管徑的初選

根據管段的計算流量和管段的單位壓力降，可以計算機軟件調用中的“初選管徑”菜單進行管徑的初選。單位壓力降由從氣源點到零速點的允許壓力降與管路長度的比值確定，零速點的確定按照燃氣總是從氣源點流向最遠點的原則確定。

2.3 經濟管徑的選擇

根據初始的規格化管徑和管段的計算流量求解管段的壓力降，并由氣源點的壓力求各個節點的壓力，調用修正各節點壓力，計算得出經濟壓降。根據此壓降和計算流量，調用軟件中的“管徑優選”菜單進行管徑優選。

2.4 城市管道耐久性原則選擇

整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規范的某一功能要求，此特定狀態稱為該功能的“極限狀態”，即“臨界狀態”。城市燃氣管道耐久性作為一項功能，也存在著耐久性極限狀態:承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。對城市燃氣管道耐久性壽命準則的合理選擇是進行耐久性評估與壽命預測的重要前提。

(1)城市燃氣管道反腐蝕性選擇。

因城市燃氣管道屬于半永久性設施，投產后維修或維護較難進行，故要求耐久性要好。在城市燃氣管道表面涂敷防腐層就是為了隔絕腐蝕介質、切斷腐蝕電池的外部電路，是城市燃氣管道防腐蝕的第一道防線。采用城市燃氣管道腐蝕壽命準則的理由，主要是考慮城市燃氣管道開始腐蝕，在一定的腐蝕量和腐蝕時間下就足以使得城市燃氣管道產生各種腐蝕缺陷，而缺陷繼續受到多個隨機因素的影響，很難做出較為準確的估計。但是對大多數城市燃氣管道而言，以城市燃氣管道開始腐蝕作為壽命終止標準，顯得過于保守，也是不現實的。大量的工程實際表明，防腐層失效產生腐蝕的城市燃氣管道，使用二三十年仍未發生泄漏等事故。

(2)管道承載力。

承載力壽命理論是考慮城市燃氣管道腐蝕引起的抗力退化，當城市燃氣管道的承壓能力下降到不足以抵抗城市燃氣管道壓力的荷載作用時，城市燃氣管道就達到了承載力失效的狀態，這一界限值作為城市燃氣管道的耐久性極限狀態。臨界值通常為可接受的失效概率，失效概率由概率統計的數學方法得到，能夠發揮城市燃氣管道的最大效用，得到廣大業內人士的認可。

(3)城市燃氣管道裂紋尺寸與銹蝕量限值。

在腐蝕和內壓載荷波動等因素的共同作用下，城市燃氣管道的裂紋將會加速擴展。裂紋尺寸與銹蝕量限值理論是以管壁裂紋尺寸或銹蝕量達到某一控制界限值所需時間作為城市燃氣管道的使用壽命。裂紋尺寸限值通常指行業或企業等相關部門規定的臨界值;腐蝕量限值通常用城市燃氣管道截面的損失率來表示。該壽命準則仍然偏嚴，限值的確定依賴實際工程和專家經驗，因而存在很大的人為主觀性。當城市燃氣管道發生腐蝕、疲勞開裂后還允許城市燃氣管道有一定的工作能力，還不至于影響城市燃氣管道的安全運行。

3加強管網的反腐層等級的設計

聚乙烯類管道防腐層(夾克、3PE)的普通級與加強級差別僅在于外層厚度的差異，膠粘帶、環氧粉末的普通級與加強級差別也是類似，所有施工程序是完全相同的。其實管道防腐的主要費用存于施工程序設備攤銷，材料用量是次要的。對于長輸管道，選用普通級可以節省一定的材料投資，由于城市燃氣管道通常較短，這種節省效果有限，相比于安全要求，應弱化這方面的考慮。根據《城鎮燃氣埋地鋼質管道腐蝕控制技術規程》，僅對于口徑200mm以下的城市燃氣低壓鋼管，存沒有雜散電流時，可以選擇普通級防腐層，其他情況一般都推薦加強級防腐。實際上，城市燃氣管道周邊往往存在強烈的雜散電流，對在役管道的開挖檢測發現，許多腐蝕坑呈馬蹄型并見金屬光澤，削面雖有起伏，但手感光滑，邊緣也較清晰，腐蝕產物為黑色粉末狀，無分層現象，就是典型的雜散電流腐蝕。因此對于城市燃氣管道，即使目前土壤環境中暫時沒有明顯的雜散電流，考慮到未來城市的發展，防腐等級設計還是普遍采用加強級為宜。這也許可能造成浪費，但較之管道因雜散電流腐蝕穿孔，還是應未雨綢繆，防患于未然。

4結語

城市燃氣管道失效的危害對城市的建設、經濟發展、居民的正常生活關系重大。因此在設計城市燃氣管網時科學合理，對管網的耐久性預測出城市燃氣管道的安全運行時間，為工程實際提供可靠的參考依據，并及時有效地對城市燃氣管道進行檢測和維護，確保城市燃氣管道的安全運營，發揮城市燃氣管道的最高經濟效益。

參考文獻

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