城镇燃气管网设计中存在的问题及优化措施.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：唐衡松(1991)，男，汉族，湖南衡阳人，中级职称，本科，研究方向为城镇管道燃气。-130-城镇燃气管网设计中存在的问题及优化措施 唐衡松 长沙燃气工程设计有限公司，湖南 长沙 410000 摘要：摘要：燃气气管网的建设是改善城市能源结构、降低环境污染、改善城市功能、提升人民生活品质的关键。天然气管网的开发与优化是城市基础设施的重要组成部分，具有十分广泛的应用前景。前期的设计工作的科学性及合理性，直接关系到整个工程的经济效益和安全效益，更会影响到居民的生活质量，进而体现出一个城镇建设的整体功能水平，这是值得进行分析和探讨的。关键词：关键词：城镇燃气；燃气管网；管网设计 中图分类号：中图分类号：TU996 0 引言 在国内，天然气作为一种洁净的能源，其利用效率的提高可以降低空气污染；在改善我国空气质量的同时，也为我国城市居民的生活提供了便利。天然气在我们国家的生产和生活中有着举足轻重的地位。强化城镇燃气管网的建设，对优化城镇能源结构，降低环境污染，提升城市功能，提升居民的生活品质都有着非常重要的意义，是一项非常重要的民生工程。过去，城市居民一般都是以罐装 LPG 作为燃料，其使用安全性不高，需通过道路运输，而且其毒性大，价格昂贵。天然气以甲烷为主，其价格较低，安全系数高，清洁，环保，使用方便；因此，在城市燃气管网建设中，应该加快建设。近几年来，随着我国城市化进程的加快，城镇面积的不断扩张，使燃气消耗量迅速增长。天然气管网的规模越来越大、结构也越来越复杂，对天然气管网设施和用户的安全构成了严重的威胁，因此，天然气管网的规划设计是否科学合理，将对天然气管网的安全性和可靠性产生很大的影响。城市燃气管网是一种与物流网、电力网等不同的“流体网”。因此，针对不同地区的实际情况，结合城市燃气网络的特点，进行城市燃气网络的优化设计，是一项很有意义的工作。1 城镇燃气管网设计的分类及内容 1.1 用途及类别 燃气管网是城镇地下工程建设的一部分，在不同的情况下，燃气管网具有不同的作用和类别。并且，在相关数值为参考的前提下，用于燃气管网铺设的管道还可被划分为低压、中压、次高压、高压及超高压 5种类型，见下表）。表 1 输配管道压力分级 名称 最高工作压力（MPa）超高压 4.0P 高压 A 2.5P4.0 B 1.6P2.5 次高压 A 0.8P1.6 B 0.4P0.8 中压 A 0.2P0.4 B 0.01P0.2 低压 P0.01 从管网设计布局的角度来看，燃气管道可分为地下、架空两种，前者直接埋设在地下，后者则通过穿越障碍和不同厂区进行布局1。按照设计使用类型，燃气管网有民用和工用两类，第三类是用于输送的长输管线。对此，我们进行了详细的分析：民用管线：为住宅提供天然气的管线，包括用户分布、接入、室内、室外等。工业管线：用于各种工业级别的公司的气体输送及输送.长输管道：在天然气的生产、存储、利用、使用等方面进行布置与连通。1.2 规划设计时需重点考虑内容 在城市天然气网络建设中，对天然气网络进行前期调查是最基本也是最重要的环节。设计人员应该对所需建网城镇的地域条件、建筑类型以及居民用户实际分布情况、地下交通设施和当前已有管线的现状等进行充分的了解，同时也要对气源的充足以及供气的便利程度进行充分的考虑，并科学设定参数，对整个燃气管网的规划进行合理的设计。保证了城市天然气管道项目在经济、合理的基础上进行了施工。2 城镇燃气管网设计中存在的问题 中国科技期刊数据库 工业 A-131-在中国的一线城市中，以三级管网为主，它的铺设规模很大，分为低、中、高压三个部分。在城镇燃气管网作业中，使用最多的是混合管网系统，它同时具备了经济与安全的双重特征，并且具有比其它几种管网系统更强的适应性。所以，在设计的早期阶段，大多数的设计者都会选择使用它。在进行具体的管网设计时，技术人员要结合当地的用户和地区的可供燃气压力的实际情况进行设计，要做到因地制宜，确保燃气管网设计的合理性和科学性。2.1 算法选择及参数问题 在整个城市燃气网络的设计过程中，所涉及到的参数的计算方法以及优化设置的程度，为后续的布局工作的顺利进行提供了科学的基础和技术支持。在这种情况下，一个合理的算法能够全面地考虑到燃气管网的建设与施工，并强调设计工作的重要性与实效性，从而使得燃气管网工程能够发挥出更好的经济效益与实用性。当前，在我国城市燃气管网的设计中，普遍采用的算法有普里姆（Prim）算法和最小生成树（MST）两种，从实际应用中可以看出，这两种算法之间有很大的差异，所以，如何选取合适的参数，对设计者来说是一种很大的挑战。并且，在进行燃气管道布置时，既要考虑到燃气管道布置的结点程度，又要考虑到管道长度，这是进行燃气管道布置参数计算的先决条件，应用较为广泛的是最小支撑树算法。当然，这也是要根据实际情况，来确定最优的地基参数，以便于施工。此外，前面是算法的选取，后面是参数的优化和设置，两者是相互补充的2。考虑到这一点，设计人员可以从参数的基本内容开始，对管网节点输出时的流量、内径参数和实际管网压力进行计算，为后续的铺设工作提供技术支持。在设置管网穿越街区的参数时，要根据实际的铺设面积和区域内的人口数量及密度，对其进行城镇燃气管网优化，保证整个燃气管网设计工作的合理性。2.2 调压装置的选择问题 在城市天然气管网的设计中，如何合理地选用调压设备是非常重要的一环。从当前已经完成的大部分城市管网燃气工程中可以看出，在设计工作的开始阶段，技术人员可以把具有智能化的调压装置作为第一选择，这种装置可以很容易地识别出超压状况3。该装置能自动断电，代替部分手工操作，保证了操作的安全性。而且，在使用的时候，智能调压装置的主、副两套调压器可以同时进行工作，当主调压器出现故障的时候，副调压器会立即按照原来的设置进行工作，保证燃气的正常输送，从而极大地减少了安全事故的发生。2.3 管线布置及选材问题 除了以上两个部分外，城市燃气管网的设计工作还涉及到管道材料的选择、管道的布置等。由于天然气管道埋设在地下，其寿命较长，并且容易受到地下水等不利因素的影响和损害，所以在管道的选用上应重点考虑。对于这种情况，设计者可以考虑到防腐性和耐久性，采用新型聚乙烯（PE）管道作为最基本的管道，在敷设时进行特殊的防腐处理，从而延长管道的使用寿命，减少维护的难度，减少建设费用4。在材料选择完毕之后，设计人员会对实际的铺设操作进行技术指导，并根据具体情况对管线的布置和组合结构进行及时的优化或者调整，使其最大限度地发挥出管线的作用，同时也方便了后续的施工。3 城镇燃气管网设计的优化措施 3.1 合理选择压力调节装置 在城市燃气管网中，对压力调节设备进行优化设计和实施的一个重要步骤就是对其进行合理的选择，如调压柜等具有主副调压器和超压开关的压力调节设备。调压的特征是：（1）利用压力调整箱，可以精确定位压力调节装置的安全位置，从而在发生较紧急的安全事故时，可以在最短的时间内调整压力。(2)压力调整器应满足大公司及工业锅炉的用气量要求，其气体流量的压力标准应在调整器及调整器所能接受的范围内，其供气标准为：1 个调整器可满足 400 个家庭的日常用气需求，对于人口众多的大小区，可采用多个调压柜相结合的方式。(3)采用一次、二次调节器的最大优点是，一旦一次、二次调节器发生故障，二次调节器便能自行投入到空气供应工作中，而不会对使用者造成干扰。(4)压力调节箱、柜的利用能够减少占地面积，节省建设费用。工程成本大大的降低，平时的维护费用也降低了很多。因此，正确利用调压箱，可以大大节省工程造价，节省调压站的占用，不必象以前一样按楼层调整，从而大大降低了调压装置的管理成本，也大大降低了调压箱的数目5。(5)使用超压应急断流阀，当调压器管路发生压力不稳定或调节器发中国科技期刊数据库 工业 A-132-生故障时，应急断流阀将自动闭合，不仅保证了天然气的供应，而且保证了天然气的供给安全。3.2 重视城镇燃气管网的优化 随着城市天然气管道系统的优化设计，城市天然气管道系统的结构优化也在不断地发展。城市天然气管道管道的选择，既要符合市场需求，又要使管道的材料价格、安装费用等都具有较好的性价比。将管网优化问题转换成一个抽象的数字模型，以城市燃气管网铺设成本作为目标函数，以气源节点压力值、管段压差方程和节点流量方程作为约束条件，对其进行数值模拟6。钢管的选型不能再依据过去的施工实际经验来判断，而是要根据最优的设计方案来考虑。3.3 重视城镇燃气管网的示踪线选择 早期的钢管工程大多没有使用示踪导线，因其具有导电性，通常通过特殊的仪器或探地雷迪就能对埋在地下的钢管进行精确定位。但将聚乙烯管道埋入地下后，因为聚乙烯管道不会发生导电，所以通常采用同沟式金属电缆。由于金属线直径小，加之连接处的不牢固，对后期的运行起到了很大的影响。特别是在跨海工程中，由于钢索的低强度，很难与聚乙烯管道一起拉拔。在以后的交叉施工中，由于 PE 管在穿过的管段难以确定其具体埋深及位置，常导致第三方损坏7。伴随着通信技术的不断发展，光缆得到了广泛的普及，它的成本非常低，而且强度高，耐腐蚀（几乎没有腐蚀）。当前，有些工程中，PE 管道敷设都是同沟敷设，特别是与 PE 管一起定向穿越，效果非常好。它的丝线是导电性的，利用仪器上的电子信号就可以用检测装置来精确的定位。同时将光缆接头处都引到地面上作好试验桩，也为将来 SCADA 系统的升级、全自动化作好铺垫。可谓一箭双雕，效果极佳。3.4 重视管网发展的目标多元化 在当前城市燃气管网建设中，由于科技的发展与进步，传统的设计方法已无法适应现实生活中燃气管网的铺设工作。为了使以后的铺装施工更顺畅，将最优设计改为“综合优选”。首先，在对管道进行结构设计时，要考虑到管道后期的运行与管理成本，并考虑到管道的实用性，放弃传统的裕度设计，真正的将管道的造价降到最低。目前，城市燃气管网设计工作已经由单纯的结构分析向整体规划、整体规划、目标多元的最优特征转变，改变了传统的“校对与分析”现象。该方法对保证管线的稳定、降低管线的运输费用有积极的意义。此外，从燃气管网的物理呈现指标来看，优化后的设计作业更能实现工程的最佳效益。3.5 重视管网施工方法的合理选择 在城市天然气管道建设初期，由于管道老化、腐蚀层破环等原因，给天然气管道的安全性带来了很大的威胁9。在天然气管道改造工程中，通常采用直接开挖和定向穿越等传统方法。在市区内施工，因为各种原因，受到施工操作面的影响，很难直接进行开挖直埋和定向跨越。经过方案对比、优选，可以采取将聚乙烯管材穿入旧钢管内。如此一来，既方便，又不会对道路交通造成太大影响，同时也满足了城市管理人员的工作要求。3.6 重视装置及管理自动化与智能化 随着科学技术的不断进步与发展，在众多的建设工程中，全自动化智能的应用与管理成为设计者的首要任务。生产实践证明，该系统在设备配置和设备应用上都能实现全自动操作，达到节约人力、减少事故发生的目的10。在整个城镇燃气管网的运作过程中，各个连接部位相互配合，从对操作参数的设定及科学性等方面来看，装置的自动化、智能化都体现出了对城镇燃气管网设计工作的优化与提高。4 结束语 综上所述，对城市燃气管网进行优化设计时，必须根据当地的实际情况，采取因地制宜的措施。经过谨慎、严谨的科学论证，合理地选择并确定输配系统功能和输配系统的参数，从技术和经济的多个角度对具体方案的设计展开分析对比，对整个城镇燃气管网系统的建设工程造价、日常运行、维护维修等成本进行全面地考虑，最终选择出最优的城镇燃气管网设计方案。参考文献 1王翔.浅析某小镇旧路及市政管网改造设计要点J.石河子科技,2023(02):52-54.2王英霞,傅宗化,曹靓.城镇燃气管网规划的设计要点J.石化技术,2022,29(11):191-193.中国科技期刊数据库 工业 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