試析天然氣管道設(shè)計需要注意的問題及應(yīng)對措施

張躍飛

摘 要：近年來不少城市都開始將天然氣作為生活和供暖的主要能源，而天然氣管道的材料選擇、鋪設(shè)方案的制定等也受到廣泛關(guān)注。本文首先分析了天然氣管道設(shè)計中存在的問題，然后就如何改善設(shè)計質(zhì)量總結(jié)了若干措施。

關(guān)鍵詞：天然氣;管道設(shè)計;問題與對策

引言

經(jīng)過幾十年發(fā)展，新能源在社會各個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，其中天然氣更是為人們的日常生活提供了極大的便利，天然氣管道行業(yè)也隨著新能源的發(fā)展迎來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。天然氣需要通過高壓管道傳輸，發(fā)生安全事故將會嚴(yán)重威脅用戶的人身安全，因此應(yīng)該通過優(yōu)化管道設(shè)計做到未雨綢繆，讓天然氣管道可以長久保持穩(wěn)定和安全。

一、提高天然氣管道設(shè)計水平的現(xiàn)實(shí)作用

當(dāng)前，供應(yīng)給消費(fèi)者的天然氣主要用來進(jìn)行交通運(yùn)輸、供暖、做飯等用途，隨著消費(fèi)者對天然氣需求量的增加，需要鋪設(shè)更多的管道來輸送天然氣，因此管道的穩(wěn)定性和安全性就顯得至關(guān)重要，需要切實(shí)提高設(shè)計水平來解決當(dāng)前管道設(shè)計存在的問題，防止發(fā)生天然氣泄漏等問題，這樣不僅能夠保障消費(fèi)者的人身安全，還能夠減少天然氣的無效損耗，給天然氣公司帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時，雖然天然氣的應(yīng)用越來越廣泛，但是其成本整體來說還是偏高，在國家倡導(dǎo)發(fā)展環(huán)保無污染能源的大趨勢下，如果可以提高天然氣管道的設(shè)計水平，還能夠進(jìn)一步降低天然氣輸送的成本，讓天然氣在日常生活中的應(yīng)用更加普及，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)貢獻(xiàn)一份力量。

二、當(dāng)前天然氣管道設(shè)計和應(yīng)用的主要問題

第一，由于我國的天然氣資源不夠平衡，我國也通過西氣東輸?shù)确椒ú粩喔纳七@個問題，讓天然氣資源匱乏地區(qū)的消費(fèi)者也可以使用天然氣。西氣東輸中，天然氣管道設(shè)計是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，這其中管道腐蝕是最為常見也是最難解決的一個問題。天然氣管道一旦鋪設(shè)完成，就要使用至少幾十年時間，長時間輸送天然氣，管道勢必會受到腐蝕的影響，并且天然氣管道很大一部分都鋪設(shè)在自然條件較為惡劣的地區(qū)，惡劣的環(huán)境會導(dǎo)致天然氣管道更易受到腐蝕問題的影響。

第二，不少天然氣都需要超遠(yuǎn)距離輸送，因此管道也需要穿過很多條件較為惡劣的地區(qū)，例如山區(qū)、樹林等，埋設(shè)在地下的天然氣管道，一旦出現(xiàn)問題，維護(hù)和修復(fù)的難度就顯著增加了。同時，時常出現(xiàn)的地震、泥石流等自然災(zāi)害，也有可能導(dǎo)致天然氣管道受到破壞，這種破壞往往是比較嚴(yán)重的，要修復(fù)需要花費(fèi)大量的時間和精力。

第三，不論天然氣管道是否埋藏在地下，控制天然氣管道的內(nèi)部壓強(qiáng)都是一個關(guān)鍵問題。要確保管道可以長時間穩(wěn)定輸送天然氣，就要將內(nèi)部壓強(qiáng)控制在合理的范圍內(nèi)。如果內(nèi)部壓強(qiáng)過高，管道就可能破裂導(dǎo)致天然氣泄漏，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，如果內(nèi)部壓強(qiáng)不足，就會導(dǎo)致輸送效率顯著降低，給天然氣公司造成經(jīng)濟(jì)損失。由于現(xiàn)在越來越多的建筑都是高層建筑，天然氣要輸送到高樓層，只有通過增加內(nèi)部壓強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)，如果沒有做到合理控制，就很容易導(dǎo)致管道受損。

第四，天然氣管道主要是鋼管或者聚乙烯管，這些材料都存在熱脹冷縮的問題，特別是未埋藏到地下的天然氣管道，受到溫度的影響更加明顯，熱脹冷縮會顯著影響管道性能，還有可能導(dǎo)致管道損壞，影響正常輸送天然氣以及天然氣管道的整體壽命。

三、天然氣管道設(shè)計需要注意的幾個方面

首先是壓氣站的設(shè)計，壓氣站設(shè)計需要從站內(nèi)和環(huán)境兩個方面著手。對于站內(nèi)設(shè)計，需要將輸送管道按照功能不同，劃分為若干個分區(qū)，各個分區(qū)之間的功能都有聯(lián)系，并且當(dāng)某個分區(qū)出現(xiàn)問題時，其他分區(qū)的功能不會受到太大影響，例如劃分出干線進(jìn)出站區(qū)，即使壓氣站出現(xiàn)問題，管道仍然可以正常輸送天然氣。不同分區(qū)之間，一般要有隔離設(shè)計，可以盡可能保障每個分區(qū)的穩(wěn)定性和安全性，這樣也方便對不同的分區(qū)進(jìn)行操作。除了安全穩(wěn)定性，壓氣站還要滿足功能需求，例如要保留操作空間、實(shí)現(xiàn)增壓除塵等功能，確保機(jī)械設(shè)備可以穩(wěn)定運(yùn)行。廠房設(shè)計也是應(yīng)該注意的一方面，要滿足消防需求，同時還要有足夠的空間用于維護(hù)維修設(shè)備等。對于環(huán)境設(shè)計，主要就是充分利用周邊環(huán)境，讓管道和站場的設(shè)計更加合理有效，這樣對后續(xù)管道的維護(hù)和維修都是非常有利的。同時，由于天然氣用戶在不斷增加，未來的天然氣輸送量也會不斷增加，因此管道設(shè)計要預(yù)留一定的空間，這樣即使用戶量增加也可以滿足輸送天然氣的需求。

第二是壓縮機(jī)組設(shè)計，壓縮機(jī)組設(shè)計不僅要考慮天然氣的實(shí)際輸送量，還要盡量提高輸送效率，同時，還要確保壓縮機(jī)組可以連續(xù)輸送，以及在天然氣輸送量較低的情況下同樣可以輸送。要合理決定驅(qū)動方式，結(jié)合天然氣運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需求以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素綜合選擇，常見的有變頻電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等壓縮機(jī)，目前應(yīng)用較為廣泛的是變頻電機(jī)，因?yàn)樽冾l電機(jī)使用較為簡單，不易出現(xiàn)問題，維修和維護(hù)的成本都較低等，但是燃?xì)廨啓C(jī)在耗電量方面要優(yōu)于變頻電機(jī)。對于備用機(jī)組的設(shè)計，也是要結(jié)合工程實(shí)際情況合理決定，如果天然氣輸送距離較短，一般可以選擇隔站備用方式，成本較低，操作方便;如果是超遠(yuǎn)距離輸送，一般選擇全線備用的方式，雖然成本較高，但是穩(wěn)定安全，長遠(yuǎn)看來性價比較為合理。

第三是管道腐蝕問題的預(yù)防，選擇管道材料時要盡量選擇鍍鋅管或者具備防腐性能的管材，已經(jīng)鋪設(shè)完成的管材，也可以在外部涂抹防腐材料來提高性能。管道內(nèi)部的防腐處理也非常重要，內(nèi)層防腐也是一種比較有效的防腐措施，在管道內(nèi)壁上覆蓋一層氧化物粒子，不僅可以減少摩擦，提高輸送效率，天然氣輸送速度提高還可以將一些細(xì)微的雜質(zhì)帶離管道，起到一定的清潔效果。

第四是要減少環(huán)境因素對天然氣管道的損害，在鋪設(shè)管道前，要對施工場地周邊的水文地質(zhì)條件做全面的勘查，盡可能將管道鋪設(shè)在較為穩(wěn)定的區(qū)段，防止自然災(zāi)害頻發(fā)給管道帶來的不利影響。如果必須要鋪設(shè)在這些地段，可以將天然氣管道埋藏在地下，同時在周圍修建排水溝，減少自然災(zāi)害產(chǎn)生的影響。雷擊導(dǎo)致天然氣管道破裂也是一個比較常見的問題，因此在鋪設(shè)天然氣管道時，不應(yīng)該鋪設(shè)在易遭受雷擊的地方，如房檐和屋脊等，也可以通過提高管道厚度來提高管道的防雷擊性能。

第五是天然氣管道的內(nèi)部壓強(qiáng)問題，壓強(qiáng)過高或者過低，都會給實(shí)際輸送或者使用帶來一定問題。為了避免壓強(qiáng)過高，應(yīng)該在管道上安裝安全閥，結(jié)合實(shí)際情況，每個周期打開安全閥排放氣體釋放壓力，防止壓強(qiáng)過高。對于高層建筑的天然氣輸送，應(yīng)該在較高的樓層設(shè)置活動架，緩解管道內(nèi)部的壓力，防止管道破裂。同時，即便是做好了管道的設(shè)計和安裝工作，天然氣泄漏的風(fēng)險仍然存在，因此居民區(qū)的天然氣管道附近應(yīng)該設(shè)置警示牌，建筑內(nèi)部也要安裝警報器，這樣一旦發(fā)生天然氣泄漏就可以及時發(fā)出警報。居民區(qū)的天然氣管道應(yīng)該設(shè)計在合理的高度，高度太低，居民的日常活動可能會影響管道安全性;高度太高，管道壓強(qiáng)就會顯著升高，有管道破裂的風(fēng)險，而且在高層鋪設(shè)天然氣管道，成本也會顯著增加。

四、結(jié)束語

綜上所述，天然氣作為一種清潔能源，在日常生活、工作生產(chǎn)中的應(yīng)用愈加廣泛，而提高管道設(shè)計水平，是確保天然氣使用安全性、穩(wěn)定性的關(guān)鍵，因此必須解決當(dāng)前存在的問題并不斷優(yōu)化設(shè)計，才能給消費(fèi)者帶來良好的使用體驗(yàn)。

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