楊云

【摘要】燃氣是城市家家戶戶都必須需要的，與人們生活都緊密聯(lián)系。城市燃氣管網(wǎng)的設計非常重要，設計不到位，不僅可能對人們生活造成影響，還可能發(fā)生安全事故。文章對城市燃氣管網(wǎng)的設計選擇與設計要點進行分析，具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】城市；燃氣管網(wǎng)；設計選擇；設計要點

中圖分類號：TU996.6+2文獻標識碼： A

前言

文章對燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計進行了介紹，對城市燃氣管網(wǎng)設計中的常見問題進行了闡述，通過分析，并結合自身實踐經(jīng)驗和相關理論知識，對城市燃氣管網(wǎng)的設計要點進行探討。

二、燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計概述

按照工程項目的循環(huán)過程,燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化包括管網(wǎng)的布置、設計、運行管理以及后期的改革擴建等階段，所以燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化是一項復雜的系統(tǒng)工程。管網(wǎng)的優(yōu)化設計通常是指在管網(wǎng)的布局規(guī)劃已經(jīng)確定的條件下,主要解決最優(yōu)化的管徑組合問題,即通過管網(wǎng)的水力計算來確定有關的技術參數(shù),通過優(yōu)化設計找到價錢最低的設計方案。管網(wǎng)的優(yōu)化設計就是要使管網(wǎng)(包括管道和壓縮機網(wǎng)絡站)的投資建設費用最小化。管網(wǎng)的建設應該要求管道的強度能承受最大的工作壓力；進出站氣壓必須滿足條件，可以保證氣體在管道中正常流動；需要考慮管道的穩(wěn)定性，為了防止管道的徑向失穩(wěn)；另外還需要滿足設計變量的邊界條件等所構成的物理關系。因此,燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化設計問題基本可以歸結為:根據(jù)管道出現(xiàn)的一系列約束限制條件,以建設管網(wǎng)費用最小為目標函數(shù)進行優(yōu)化計算,得出最優(yōu)管徑組合以及相關的技術參數(shù)。

城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的選擇

1、管網(wǎng)系統(tǒng)的選擇應考慮的因素：

（1）氣源的情況、燃氣的性質、供氣配額量、供氣壓力、氣源的發(fā)展以及更換氣源的遠景規(guī)劃；

（2）市區(qū)的特點、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和市區(qū)居住人口規(guī)模（常住人口和流動人口）、遠景規(guī)劃情況，街區(qū)和道路的現(xiàn)狀布局和規(guī)劃；

（3）不同燃氣用戶對燃氣性質和壓力的要求；

（4）管材和管道附件的選擇以及調壓設備的生產(chǎn)和供應商調查情況；

2.室內燃氣管道的管材選用（1）鍍鋅鋼管 鍍鋅鋼管因連接方式多以螺紋連接，如在室內暗埋，存在較大安全隱患。新規(guī)范中更明確指出暗埋管不應有機械接頭，所以，鍍鋅鋼管不應用作家庭燃氣管道暗敷管材。 （2）銅管 銅管則是人們較為熟悉的材料。根據(jù)國際銅業(yè)協(xié)會（中國）提供的資料，美國、英國及澳大利亞的燃氣系統(tǒng)已較為普遍地采用了銅管暗埋工藝。它易成型、易安裝、可塑性好，而且具有較高的強度，熔點高達1083℃。在純氧中也不會燃燒，只會阻燃，在一般火災中不會熔化或者放出有害或有毒的氣體，銅的耐蝕性也非常好，在普通居室中可能遇見的各種介質，銅幾乎都很耐蝕。退火銅盤管的長度可達50m以上，可充分滿足暗藏管無接口的要求。 （3）可埋式不銹鋼波紋管 選用優(yōu)質不銹鋼材料，設計使用壽命50年，具有補償性，同時，可避免地震或建筑物沉降造成的燃氣泄漏。長度可任選擇，管體中部無接口，安裝方便，是燃氣管道暗埋的最優(yōu)選擇。 （4）鋁塑復合管 一般由中間層縱焊鋁管，內外層PE（聚乙烯）以及鋁管與內外層PE之間的熱熔膠共擠壓熱復合而成。聚乙烯的化學性能穩(wěn)定，在常溫下不溶于任何一種有機溶劑，燃點也很高，達340℃。中間夾鋁層對聚乙烯起加強作用，使管材耐壓強度大大提高，并在彎曲時吸收管壁的反彈能量，使管可任意成型。管道長度可根據(jù)用戶要求任意截?。ㄒ话忝烤黹L100m～200m），其配套生產(chǎn)的管接頭能使其與其它管材、管件，特別是鍍鋅管方便地連接。由鋁合金和阻燃材料復合而成，管道連接采用特制工具，一次成型，施工比較方便，但價格相對最高。

四、現(xiàn)代住址小區(qū)燃氣管網(wǎng)設計技術難點分析1、民用天然氣燃具都有一定的額定壓力，當天然氣壓力低于此范圍，燃具的熱效率降低，燃燒不穩(wěn)定，燃燒噪聲大，出現(xiàn)脫火或者回火等現(xiàn)象。

(1)增大管道阻力損失：對20層左右的高層建筑，可采取6~8層變一次管徑，增大立管的沿程損失；并在立管上分段設置調節(jié)用閥門，增大局部阻力；(2)設置低—低壓調壓器：對30層以上的高層建筑，可以考慮在立管適當位置或在高層用戶表前設置低—低壓調壓器，使燃具前壓力接近額定壓力；(3)設置中—低壓調壓器：對于超高層建筑，可采用中壓B級壓力入戶，表前安裝中—低壓調壓器，使燃具前壓力達到額定壓力。2、高層的建筑沉降的影響及補償措施高層建筑因自重會產(chǎn)生一定的沉降量，從而可能導致引入管的切向應力大，而建筑基礎處回填土的沉降也會導致引入管局部懸空，容易引發(fā)事故。一般情況下，高層建筑在竣工后5年內的沉降速度最大，以后沉降速度逐漸降低?！冻擎?zhèn)燃氣設計規(guī)范》中規(guī)定：“建筑物設計沉降量大于50mm時，可對燃氣引入管采取如下補償措施：

(1)加大引入管穿墻處的預留洞尺寸；(2)引入管穿墻前水平或垂直彎曲2次以上；(3)引入管穿墻前設置金屬柔性管或波紋補償器。” 3、燃氣立管的應力與熱補償高層建筑室內立管較長，自重產(chǎn)生的應力和環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的熱應力都很大，兩種內力共同作用，達到一定程度時，造成主立管接口扭曲、斷裂、表前管變形破壞、表接頭松動，引發(fā)安全事故。在實際工程中，每隔6~8層在主立管上設一個門型彎，并在各分段立管底部設固定支撐，以承受立管自重，同時避免立管底部壓縮應力過大。如遇建設方不同意在室內設置門型彎，則可以U型螺栓配角鐵支架固定的方式替換立管上的管卡，以分散立管自重，并在立管上分段設置波紋補償器，克服管道因溫差而引起的應力和形變，便于維修。另外，考慮立管形變對表前管的影響，我們應該用金屬軟管作為表前管，以避免表接口形變漏氣。

五、城市燃氣管網(wǎng)的設計要點

1.燃氣管網(wǎng)管徑的選擇

（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(lián)矩陣求解而得到的。所謂連枝,是針對環(huán)狀管網(wǎng)而言的。如果把一個環(huán)狀管網(wǎng)去掉某些管段后,該管網(wǎng)變成枝狀管網(wǎng),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）管徑的初選

根據(jù)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。

（3）經(jīng)濟管徑的選擇

根據(jù)初始的規(guī)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(jié)點的壓力,調用修正各節(jié)點壓力,計算得出經(jīng)濟壓降。根據(jù)此壓降和計算流量,調用軟件中的“管徑優(yōu)選”菜單進行管徑優(yōu)選。

2.管線的平面設計與布置

小區(qū)內地下管網(wǎng)設計時應掌握原有管網(wǎng)的布線情況，充分利用原有中低壓管網(wǎng)輸氣能力，避免舍近求遠和重復投資。整個管網(wǎng)的布線，一方面結合專業(yè)要求，另方面在城市規(guī)劃部門的指導下進行的，例如在兩個相鄰的小區(qū)，其中一個小區(qū)較早開發(fā)，在主干管上為該小區(qū)預留了一條支管，在另一個小區(qū)開發(fā)時，由于原有的支管太小利用不上而另外增加一條支管，造成主干線上支管太多，增加了管線閥門和日后維護工作。由于小區(qū)內由于道路較窄，用地緊張，地下管網(wǎng)十分復雜，各專業(yè)管線在施工時未能統(tǒng)一協(xié)調，隨意變動性較大，先施工的占了好位置，而后施工的無位置或被迫與其它管線重疊。因此需要在規(guī)劃部門的統(tǒng)一安排下，協(xié)商好調壓站的供氣范圍，盡可能的減少大量投資和管網(wǎng)維護工作。

3.調壓室的設置

（1）居民用戶一般采用區(qū)域調壓的方式，區(qū)域調壓室的半徑需連同低壓管網(wǎng)一起進行技術經(jīng)濟比較后確定；

用氣量大或使用壓力高于低壓管網(wǎng)壓力的工業(yè)用戶或公共建筑用戶應設置專用調壓室或調壓裝置；

調壓室應設在用氣比較集中的地區(qū)，但應盡量避開鬧市區(qū)；（4）調壓室布置應符合安全間距要求。

4.管道縱斷面設計

管道埋深：（1）市區(qū)位于凍結地區(qū)，最大凍土深度為70cm左右，管線埋深應稍大于70cm。埋設在車行道下時，管頂覆土厚度不得小于80cm，埋在非車行道時，不得小于60cm；（2）輸送濕天燃氣的管道，其坡度一般不小于0.003；（3）燃氣管道不得在地下穿過房屋或其他建筑物，且不得與有軌電車軌道平行也不得穿過其他管道本身。

5.加強管網(wǎng)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(huán)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(jié)省一定的材料投資,由于城市燃氣管道通常較短,這種節(jié)省效果有限,相比于安全要求,應弱化這方面的考慮。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質管道腐蝕控制技術規(guī)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(fā)現(xiàn),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(chǎn)物為黑色粉末狀,無分層現(xiàn)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(huán)境中暫時沒有明顯的雜散電流,考慮到未來城市的發(fā)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。

結束語

城市燃氣管網(wǎng)的設計中，除了在理論上保證設計合理的，同時還應該考慮到當?shù)氐奈幕h(huán)境、風俗習慣，還要對將來城市的發(fā)展方向有一定的把控，如此才能保證設計的效果。

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