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【摘要】燃气是城市家家户户都必须需要的，与人们生活都紧密联系。城市燃气管网的设计非常重要，设计不到位，不仅可能对人们生活造成影响，还可能发生安全事故。文章对城市燃气管网的设计选择与设计要点进行分析，具有一定的借鉴意义。
【关键词】城市；燃气管网；设计选择；设计要点
中图分类号：TU996.6+2文献标识码： A
前言
文章对燃气管网优化设计进行了介绍，对城市燃气管网设计中的常见问题进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对城市燃气管网的设计要点进行探讨。
二、燃气管网优化设计概述
按照工程项目的循环过程,燃气管网系统的优化包括管网的布置、设计、运行管理以及后期的改革扩建等阶段，所以燃气管网系统的优化是一项复杂的系统工程。管网的优化设计通常是指在管网的布局规划已经确定的条件下,主要解决最优化的管径组合问题,即通过管网的水力计算来确定有关的技术参数,通过优化设计找到价钱最低的设计方案。管网的优化设计就是要使管网(包括管道和压缩机网络站)的投资建设费用最小化。管网的建设应该要求管道的强度能承受最大的工作压力；进出站气压必须满足条件，可以保证气体在管道中正常流动；需要考虑管道的稳定性，为了防止管道的徑向失稳；另外还需要满足设计变量的边界条件等所构成的物理关系。因此,燃气管网的优化设计问题基本可以归结为:根据管道出现的一系列约束限制条件,以建设管网费用最小为目标函数进行优化计算,得出最优管径组合以及相关的技术参数。
城市燃气管网系统的选择
1、管网系统的选择应考虑的因素：
（1）气源的情况、燃气的性质、供气配额量、供气压力、气源的发展以及更换气源的远景规划；
（2）市区的特点、工业生产规模和市区居住人口规模（常住人口和流动人口）、远景规划情况，街区和道路的现状布局和规划；
（3）不同燃气用户对燃气性质和压力的要求；
（4）管材和管道附件的选择以及调压设备的生产和供应商调查情况；
2.室内燃气管道的管材选用（1）镀锌钢管 镀锌钢管因连接方式多以螺纹连接，如在室内暗埋，存在较大安全隐患。新规范中更明确指出暗埋管不应有机械接头，所以，镀锌钢管不应用作家庭燃气管道暗敷管材。 （2）铜管 铜管则是人们较为熟悉的材料。根据国际铜业协会（中国）提供的资料，美国、英国及澳大利亚的燃气系统已较为普遍地采用了铜管暗埋工艺。它易成型、易安装、可塑性好，而且具有较高的强度，熔点高达1083℃。在纯氧中也不会燃烧，只会阻燃，在一般火灾中不会熔化或者放出有害或有毒的气体，铜的耐蚀性也非常好，在普通居室中可能遇见的各种介质，铜几乎都很耐蚀。退火铜盘管的长度可达50m以上，可充分满足暗藏管无接口的要求。 （3）可埋式不锈钢波纹管 选用优质不锈钢材料，设计使用寿命50年，具有补偿性，同时，可避免地震或建筑物沉降造成的燃气泄漏。长度可任选择，管体中部无接口，安装方便，是燃气管道暗埋的最优选择。 （4）铝塑复合管 一般由中间层纵焊铝管，内外层PE（聚乙烯）以及铝管与内外层PE之间的热熔胶共挤压热复合而成。聚乙烯的化学性能稳定，在常温下不溶于任何一种有机溶剂，燃点也很高，达340℃。中间夹铝层对聚乙烯起加强作用，使管材耐压强度大大提高，并在弯曲时吸收管壁的反弹能量，使管可任意成型。管道长度可根据用户要求任意截取（一般每卷长100m～200m），其配套生产的管接头能使其与其它管材、管件，特别是镀锌管方便地连接。由铝合金和阻燃材料复合而成，管道连接采用特制工具，一次成型，施工比较方便，但价格相对最高。
四、现代住址小区燃气管网设计技术难点分析1、民用天然气燃具都有一定的额定压力，当天然气压力低于此范围，燃具的热效率降低，燃烧不稳定，燃烧噪声大，出现脱火或者回火等现象。
(1)增大管道阻力损失：对20层左右的高层建筑，可采取6~8层变一次管径，增大立管的沿程损失；并在立管上分段设置调节用阀门，增大局部阻力；(2)设置低—低压调压器：对30层以上的高层建筑，可以考虑在立管适当位置或在高层用户表前设置低—低压调压器，使燃具前压力接近额定压力；(3)设置中—低压调压器：对于超高层建筑，可采用中压B级压力入户，表前安装中—低压调压器，使燃具前压力达到额定压力。2、高层的建筑沉降的影响及补偿措施高层建筑因自重会产生一定的沉降量，从而可能导致引入管的切向应力大，而建筑基础处回填土的沉降也会导致引入管局部悬空，容易引发事故。一般情况下，高层建筑在竣工后5年内的沉降速度最大，以后沉降速度逐渐降低。《城镇燃气设计规范》中规定：“建筑物设计沉降量大于50mm时，可对燃气引入管采取如下补偿措施：
(1)加大引入管穿墙处的预留洞尺寸；(2)引入管穿墙前水平或垂直弯曲2次以上；(3)引入管穿墙前设置金属柔性管或波纹补偿器。” 3、燃气立管的应力与热补偿高层建筑室内立管较长，自重产生的应力和环境温度变化产生的热应力都很大，两种内力共同作用，达到一定程度时，造成主立管接口扭曲、断裂、表前管变形破坏、表接头松动，引发安全事故。在实际工程中，每隔6~8层在主立管上设一个门型弯，并在各分段立管底部设固定支撑，以承受立管自重，同时避免立管底部压缩应力过大。如遇建设方不同意在室内设置门型弯，则可以U型螺栓配角铁支架固定的方式替换立管上的管卡，以分散立管自重，并在立管上分段设置波纹补偿器，克服管道因温差而引起的应力和形变，便于维修。另外，考虑立管形变对表前管的影响，我们应该用金属软管作为表前管，以避免表接口形变漏气。
五、城市燃气管网的设计要点
1.燃气管网管径的选择
（1）管段初始流量的确定
管段初始流量是在连枝流量一定的条件下,通过调用基本关联矩阵求解而得到的。所谓连枝,是针对环状管网而言的。如果把一个环状管网去掉某些管段后,该管网变成枝状管网,那么去掉的这些管段就称为连枝。连枝流量采用按照管段长度比例分摊原则确定。
（2）管径的初选
根据管段的计算流量和管段的单位压力降,可以计算机软件调用中的“初选管径”菜单进行管径的初选。单位压力降由从气源点到零速点的允许压力降与管路长度的比值确定,零速点的确定按照燃气总是从气源点流向最远点的原则确定。
（3）经济管径的选择
根据初始的规格化管径和管段的计算流量求解管段的压力降,并由气源点的压力求各个节点的压力,调用修正各节点压力,计算得出经济压降。根据此压降和计算流量,调用软件中的“管径优选”菜单进行管径优选。
2.管线的平面设计与布置
小区内地下管网设计时应掌握原有管网的布线情况，充分利用原有中低压管网输气能力，避免舍近求远和重复投资。整个管网的布线，一方面结合专业要求，另方面在城市规划部门的指导下进行的，例如在两个相邻的小区，其中一个小区较早开发，在主干管上为该小区预留了一条支管，在另一个小区开发时，由于原有的支管太小利用不上而另外增加一条支管，造成主干线上支管太多，增加了管线阀门和日后维护工作。由于小区内由于道路较窄，用地紧张，地下管网十分复杂，各专业管线在施工时未能统一协调，随意变动性较大，先施工的占了好位置，而后施工的无位置或被迫与其它管线重叠。因此需要在规划部门的统一安排下，协商好调压站的供气范围，尽可能的减少大量投资和管网维护工作。
3.调压室的设置
（1）居民用戶一般采用区域调压的方式，区域调压室的半径需连同低压管网一起进行技术经济比较后确定；
用气量大或使用压力高于低压管网压力的工业用户或公共建筑用户应设置专用调压室或调压装置；
调压室应设在用气比较集中的地区，但应尽量避开闹市区；（4）调压室布置应符合安全间距要求。
4.管道纵断面设计
管道埋深：（1）市区位于冻结地区，最大冻土深度为70cm左右，管线埋深应稍大于70cm。埋设在车行道下时，管顶覆土厚度不得小于80cm，埋在非车行道时，不得小于60cm；（2）输送湿天燃气的管道，其坡度一般不小于0.003；（3）燃气管道不得在地下穿过房屋或其他建筑物，且不得与有轨电车轨道平行也不得穿过其他管道本身。
5.加强管网的反腐层等级的设计 聚乙烯类管道防腐层(夹克、3PE)的普通级与加强级差别仅在于外层厚度的差异,胶粘带、环氧粉末的普通级与加强级差别也是类似,所有施工程序是完全相同的。其实管道防腐的主要费用存于施工程序设备摊销,材料用量是次要的。对于长输管道,选用普通级可以节省一定的材料投资,由于城市燃气管道通常较短,这种节省效果有限,相比于安全要求,应弱化这方面的考虑。根据《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》,仅对于口径200mm以下的城市燃气低压钢管,存没有杂散电流时,可以选择普通级防腐层,其他情况一般都推荐加强级防腐。实际上,城市燃气管道周边往往存在强烈的杂散电流,对在役管道的开挖检测发现,许多腐蚀坑呈马蹄型并见金属光泽,削面虽有起伏,但手感光滑,边缘也较清晰,腐蚀产物为黑色粉末状,无分层现象,就是典型的杂散电流腐蚀。因此对于城市燃气管道,即使目前土壤环境中暂时没有明显的杂散电流,考虑到未来城市的发展,防腐等级设计还是普遍采用加强级为宜。这也许可能造成浪费,但较之管道因杂散电流腐蚀穿孔,还是应未雨绸缪,防患于未然。
结束语
城市燃气管网的设计中，除了在理论上保证设计合理的，同时还应该考虑到当地的文化环境、风俗习惯，还要对将来城市的发展方向有一定的把控，如此才能保证设计的效果。
参考文献[1]白建辉.燃气管网最优化设计概述[J].2011(06).[2]陈进殿，汪玉春.燃气管网系统最优化研究[J].油气储运.2006（02）.[3]李卫华.燃气管网系统设计优化研究[J].2012（03）.
【关键词】城市；燃气管网；设计选择；设计要点
中图分类号：TU996.6+2文献标识码： A
前言
文章对燃气管网优化设计进行了介绍，对城市燃气管网设计中的常见问题进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对城市燃气管网的设计要点进行探讨。
二、燃气管网优化设计概述
按照工程项目的循环过程,燃气管网系统的优化包括管网的布置、设计、运行管理以及后期的改革扩建等阶段，所以燃气管网系统的优化是一项复杂的系统工程。管网的优化设计通常是指在管网的布局规划已经确定的条件下,主要解决最优化的管径组合问题,即通过管网的水力计算来确定有关的技术参数,通过优化设计找到价钱最低的设计方案。管网的优化设计就是要使管网(包括管道和压缩机网络站)的投资建设费用最小化。管网的建设应该要求管道的强度能承受最大的工作压力；进出站气压必须满足条件，可以保证气体在管道中正常流动；需要考虑管道的稳定性，为了防止管道的徑向失稳；另外还需要满足设计变量的边界条件等所构成的物理关系。因此,燃气管网的优化设计问题基本可以归结为:根据管道出现的一系列约束限制条件,以建设管网费用最小为目标函数进行优化计算,得出最优管径组合以及相关的技术参数。
城市燃气管网系统的选择
1、管网系统的选择应考虑的因素：
（1）气源的情况、燃气的性质、供气配额量、供气压力、气源的发展以及更换气源的远景规划；
（2）市区的特点、工业生产规模和市区居住人口规模（常住人口和流动人口）、远景规划情况，街区和道路的现状布局和规划；
（3）不同燃气用户对燃气性质和压力的要求；
（4）管材和管道附件的选择以及调压设备的生产和供应商调查情况；
2.室内燃气管道的管材选用（1）镀锌钢管 镀锌钢管因连接方式多以螺纹连接，如在室内暗埋，存在较大安全隐患。新规范中更明确指出暗埋管不应有机械接头，所以，镀锌钢管不应用作家庭燃气管道暗敷管材。 （2）铜管 铜管则是人们较为熟悉的材料。根据国际铜业协会（中国）提供的资料，美国、英国及澳大利亚的燃气系统已较为普遍地采用了铜管暗埋工艺。它易成型、易安装、可塑性好，而且具有较高的强度，熔点高达1083℃。在纯氧中也不会燃烧，只会阻燃，在一般火灾中不会熔化或者放出有害或有毒的气体，铜的耐蚀性也非常好，在普通居室中可能遇见的各种介质，铜几乎都很耐蚀。退火铜盘管的长度可达50m以上，可充分满足暗藏管无接口的要求。 （3）可埋式不锈钢波纹管 选用优质不锈钢材料，设计使用寿命50年，具有补偿性，同时，可避免地震或建筑物沉降造成的燃气泄漏。长度可任选择，管体中部无接口，安装方便，是燃气管道暗埋的最优选择。 （4）铝塑复合管 一般由中间层纵焊铝管，内外层PE（聚乙烯）以及铝管与内外层PE之间的热熔胶共挤压热复合而成。聚乙烯的化学性能稳定，在常温下不溶于任何一种有机溶剂，燃点也很高，达340℃。中间夹铝层对聚乙烯起加强作用，使管材耐压强度大大提高，并在弯曲时吸收管壁的反弹能量，使管可任意成型。管道长度可根据用户要求任意截取（一般每卷长100m～200m），其配套生产的管接头能使其与其它管材、管件，特别是镀锌管方便地连接。由铝合金和阻燃材料复合而成，管道连接采用特制工具，一次成型，施工比较方便，但价格相对最高。
四、现代住址小区燃气管网设计技术难点分析1、民用天然气燃具都有一定的额定压力，当天然气压力低于此范围，燃具的热效率降低，燃烧不稳定，燃烧噪声大，出现脱火或者回火等现象。
(1)增大管道阻力损失：对20层左右的高层建筑，可采取6~8层变一次管径，增大立管的沿程损失；并在立管上分段设置调节用阀门，增大局部阻力；(2)设置低—低压调压器：对30层以上的高层建筑，可以考虑在立管适当位置或在高层用户表前设置低—低压调压器，使燃具前压力接近额定压力；(3)设置中—低压调压器：对于超高层建筑，可采用中压B级压力入户，表前安装中—低压调压器，使燃具前压力达到额定压力。2、高层的建筑沉降的影响及补偿措施高层建筑因自重会产生一定的沉降量，从而可能导致引入管的切向应力大，而建筑基础处回填土的沉降也会导致引入管局部悬空，容易引发事故。一般情况下，高层建筑在竣工后5年内的沉降速度最大，以后沉降速度逐渐降低。《城镇燃气设计规范》中规定：“建筑物设计沉降量大于50mm时，可对燃气引入管采取如下补偿措施：
(1)加大引入管穿墙处的预留洞尺寸；(2)引入管穿墙前水平或垂直弯曲2次以上；(3)引入管穿墙前设置金属柔性管或波纹补偿器。” 3、燃气立管的应力与热补偿高层建筑室内立管较长，自重产生的应力和环境温度变化产生的热应力都很大，两种内力共同作用，达到一定程度时，造成主立管接口扭曲、断裂、表前管变形破坏、表接头松动，引发安全事故。在实际工程中，每隔6~8层在主立管上设一个门型弯，并在各分段立管底部设固定支撑，以承受立管自重，同时避免立管底部压缩应力过大。如遇建设方不同意在室内设置门型弯，则可以U型螺栓配角铁支架固定的方式替换立管上的管卡，以分散立管自重，并在立管上分段设置波纹补偿器，克服管道因温差而引起的应力和形变，便于维修。另外，考虑立管形变对表前管的影响，我们应该用金属软管作为表前管，以避免表接口形变漏气。
五、城市燃气管网的设计要点
1.燃气管网管径的选择
（1）管段初始流量的确定
管段初始流量是在连枝流量一定的条件下,通过调用基本关联矩阵求解而得到的。所谓连枝,是针对环状管网而言的。如果把一个环状管网去掉某些管段后,该管网变成枝状管网,那么去掉的这些管段就称为连枝。连枝流量采用按照管段长度比例分摊原则确定。
（2）管径的初选
根据管段的计算流量和管段的单位压力降,可以计算机软件调用中的“初选管径”菜单进行管径的初选。单位压力降由从气源点到零速点的允许压力降与管路长度的比值确定,零速点的确定按照燃气总是从气源点流向最远点的原则确定。
（3）经济管径的选择
根据初始的规格化管径和管段的计算流量求解管段的压力降,并由气源点的压力求各个节点的压力,调用修正各节点压力,计算得出经济压降。根据此压降和计算流量,调用软件中的“管径优选”菜单进行管径优选。
2.管线的平面设计与布置
小区内地下管网设计时应掌握原有管网的布线情况，充分利用原有中低压管网输气能力，避免舍近求远和重复投资。整个管网的布线，一方面结合专业要求，另方面在城市规划部门的指导下进行的，例如在两个相邻的小区，其中一个小区较早开发，在主干管上为该小区预留了一条支管，在另一个小区开发时，由于原有的支管太小利用不上而另外增加一条支管，造成主干线上支管太多，增加了管线阀门和日后维护工作。由于小区内由于道路较窄，用地紧张，地下管网十分复杂，各专业管线在施工时未能统一协调，随意变动性较大，先施工的占了好位置，而后施工的无位置或被迫与其它管线重叠。因此需要在规划部门的统一安排下，协商好调压站的供气范围，尽可能的减少大量投资和管网维护工作。
3.调压室的设置
（1）居民用戶一般采用区域调压的方式，区域调压室的半径需连同低压管网一起进行技术经济比较后确定；
用气量大或使用压力高于低压管网压力的工业用户或公共建筑用户应设置专用调压室或调压装置；
调压室应设在用气比较集中的地区，但应尽量避开闹市区；（4）调压室布置应符合安全间距要求。
4.管道纵断面设计
管道埋深：（1）市区位于冻结地区，最大冻土深度为70cm左右，管线埋深应稍大于70cm。埋设在车行道下时，管顶覆土厚度不得小于80cm，埋在非车行道时，不得小于60cm；（2）输送湿天燃气的管道，其坡度一般不小于0.003；（3）燃气管道不得在地下穿过房屋或其他建筑物，且不得与有轨电车轨道平行也不得穿过其他管道本身。
5.加强管网的反腐层等级的设计 聚乙烯类管道防腐层(夹克、3PE)的普通级与加强级差别仅在于外层厚度的差异,胶粘带、环氧粉末的普通级与加强级差别也是类似,所有施工程序是完全相同的。其实管道防腐的主要费用存于施工程序设备摊销,材料用量是次要的。对于长输管道,选用普通级可以节省一定的材料投资,由于城市燃气管道通常较短,这种节省效果有限,相比于安全要求,应弱化这方面的考虑。根据《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》,仅对于口径200mm以下的城市燃气低压钢管,存没有杂散电流时,可以选择普通级防腐层,其他情况一般都推荐加强级防腐。实际上,城市燃气管道周边往往存在强烈的杂散电流,对在役管道的开挖检测发现,许多腐蚀坑呈马蹄型并见金属光泽,削面虽有起伏,但手感光滑,边缘也较清晰,腐蚀产物为黑色粉末状,无分层现象,就是典型的杂散电流腐蚀。因此对于城市燃气管道,即使目前土壤环境中暂时没有明显的杂散电流,考虑到未来城市的发展,防腐等级设计还是普遍采用加强级为宜。这也许可能造成浪费,但较之管道因杂散电流腐蚀穿孔,还是应未雨绸缪,防患于未然。
结束语
城市燃气管网的设计中，除了在理论上保证设计合理的，同时还应该考虑到当地的文化环境、风俗习惯，还要对将来城市的发展方向有一定的把控，如此才能保证设计的效果。
参考文献[1]白建辉.燃气管网最优化设计概述[J].2011(06).[2]陈进殿，汪玉春.燃气管网系统最优化研究[J].油气储运.2006（02）.[3]李卫华.燃气管网系统设计优化研究[J].2012（03）.