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【摘要】天然气在城市生活中扮演着重要角色，其管道设计是建筑工程设计的重要组成部分。本文根据作者多年的相关工作经验，首先对城市燃气管道设计常见问题进行了较为系统的分析，然后提出了城市燃气管道优化设计策略，以资天然气管道设计的相关问题研究。
【关键词】天然气运输 管道设计 常见问题 优化设计
城市燃气管道为城市输送着城市生活所必需的天然气，可以说其的存在关系着城市的生存和发展，但是燃气管道的存在面临着诸多安全和有效运行的问题，土壤腐蚀、细菌腐蚀、电流腐蚀及人为破坏，这些因素都大大的威胁着燃气管道的安全，因此如何解决管道腐蚀，保证城市燃气管道安全、有效运行已经变得迫在眉睫。
1 城市燃气管道设计常见问题
1.1 引入管的设计选材
众所周知，燃气管道系统中沟通室内与室外的最关键部位就是这里说的引入管，所以城市燃气系统的安全可靠性将取决于其品质的好坏与优劣。引入管的设计应严格执行《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管》（CJ/ T 125—2000）的标准规范，一般可采用钢骨架聚乙烯塑料复合管，这种管材的主要材料是聚乙烯复合材料，所以其耐腐蚀性非常好，致使其受管道铺设周围环境的影响将会非常小，并且其使用的理论年限将会很长，基本与建筑物寿命一致。另外这种材料的管材延展性好，在大压力使用的情况下亦可不必考虑人工煤气对管材腐蚀问题，能够承受一定范围的建筑物沉降、地質变形等影响，在一定范围内能有效地防止燃气引入管连接件因上述原因而产生断裂。再有，这种管材操作施工、现场质量控制要求相对简单，一般只需根据现场实际角度，结合技术特性规定的弯曲半径（规范规定允许弯曲半径为：公称直径 不大于150 mm 时为 80 倍公称直径，公称直径为 200 ～ 300 mm 之间时为100 倍公称直径，公称直径不小于 350 mm时为 110 倍公称直径），对管材进行现场人工弯曲即可，节省劳动力。
1.2 地下燃气管道阴极保护
我国现有10万km的各种燃气管道，分布在600多个城镇中，但是这些管道时刻面临着被土壤腐蚀的危险，全国的各种泄漏事故屡见不鲜。扬州“2.18”事故，1995年的济南平南路的电缆沟大爆炸，1996年中央电视台的东方时空报道了两起城市管道泄漏问题，发出了呼吁。在我国的城市管道腐蚀经验表明，涂料防腐剂多则15～20年，少则3～5年就被破坏了，但是埋地钢质管道加上阴极保护之后，这样的管道能持续使用至少50年。所以，城市地下燃气管道对于加阴极保护的措施更加的有必要性，更加安全的保护城市及其市民的财产和生命。
对管道施加阴极保护，不但所需要的费用较少，另外它还可以起到延缓管道寿命几倍甚至几十倍的显著效果，所以其经济效益十分显著，对于已经穿孔的就燃气管道施加阴极保护，可以减少泄露次数，延缓腐蚀度。
2 城市燃气管道优化设计分析
作为城市公共设施的一个重要组成部分和城市发展建设的一种现代化标志，现代城市燃气管道系统关系着城市居民正常的日常生活。在对现代燃气管道设计时往往需要注意以下几个问题，即：
（1）城市燃气分配中转站或压送机站、调压计量站或区域调压室；
（2）高压、中压和低压三个压力档次不同的燃气管道网络；
（3）电讯与自动化设备及电子计算中心；
（4）储气站等。
我国在燃气管道的设计方面，根据输气管道的输气压力将管道进行分级，一般分为七个等级，即：
（1）小于0.01 MPa的低压燃气管道；
（2）0.01 MPa至0.2MPa之间的中压B燃气管道 ；
（3）0.2MPa至0.4MPa之间的中压A燃气管道；
（4）0.4MPa至0.8MPa之间的次高压B燃气管道；
（5）0.8MPa至1.6MPa之间的次高压A燃气管道；
（6）1.6MPa至2.4MPa之间的高压B燃气管道；
（7）1.6MPa至2.4MPa之间的B燃气管道。
为了提高燃气的供气质量和利用率，城市燃气管网的设计模式普遍以从以往的低压系统转化为中压管网与楼层调压相结合的系统模式，这些年我国的燃气管道系统的发展速度非常快，就我国城市燃气管道设计的规划方面来讲，主要还是存在以下两个方面的问题：规划设计计算和管网优化设计。如何使得燃气管网在投资方面实现节约省材的目的，这就是存在的管网优化设计问题，燃气供气系统最主要的投入是管网的布设，目前我国管网优化设计采用的大部分还是人工选择管径与计算机计算相结合的方式，而这种设计方法的一个弊端就是不能够全面考虑到燃气供气管网的各种投资经济因素，从而导致难以保证最终的设计方案最优化。与此同时考虑到对于城市燃气管网的规模扩大将导致管网的投资也越来越大，优化设计则是在保证城市居民正常使用生活的前提下，对城市燃气管网进行优化处理，使其成本降到最低点，但同时必须要保证燃气系统的运行安全系数。这一方面也是目前我国在城市建设发展方面不可忽略的一个问题。
通过这些年我国科研工作者在这一方面付出的诸多辛苦和努力，现使得我国的管道优化系统设计取得了长足的进步，针对燃气管网、管道的优化设计问题，笔者初步总结主要有以下几个可实现优化目的的方法。
（1）为了确定管道的管径，我们可以通过对某一管道内的流量进行计算，然后利用求解的燃气管道管网最短路径树将环状的管网型式做进一步分解，分解为枝状的管网形式，此方法的应用可能会破坏管网的完整性，并且在选择管径时也仅能够得到近似值，所以这里求解的终值只是一种满意值而非最优值；
（2）如果可选择的方案有多种，那么我们可以对比这些方案的优缺点，协调各方面从而得出最优的设计方案。但此方法也有明显的缺点，那就是它只适用于小规模的管网系统，如果管网系统过于庞大，那么此方法的可操作性将明显降低。
（3）通常可以把燃气管道的管径作为一种连续性的变量，通过求解某一管段的经济方程组，从而得到燃气管道的管径参数上下靠档，此方法在实际应用当中可在最后的破坏过程中了解到最优性；
通过分析以上三种优化设计方法，我们会发现这些设计方法都存在一个共同的特点，那就是它们都有一定的局限性，在寻找更为先进的优化方法过程中，研究设计人员总结发现了一套应用系统分析法，即遗传算法，该方法在城市燃气管道设计中取得了不错的效果，其方法原理是能够通过遗传计算得到一种可以求解复杂系统优化问题的通用框架，该方法不限于问题存在的领域及特点，因而被广泛应用于许多的学科。
3 结束语
现代城市燃气管道的铺设是为了造福于民，为人民生活带来方便，所以我们应该要在保证安全、可行性的前提下将设计工作尽可能做到全面、完美、合理。本文主要阐述了城市燃气管道的设计构成，提出了现在先进的管网优化设计方法，即遗传算法，希望通过本文的讲述，能够让我们更加深入的了解我国在城市燃气管道系统设计中存在的问题，通过解决问题，来提升我国的管网铺设能力和设计水平。
参考文献
[1] 王艳.天然气管道的安装技术探讨[J].科学之友，2011（12）
[2] 王勃，杨光，王遇冬.大型城市天然气管网建设特点探讨[J].天然气与石油，2011（04）
[3] 袁英，高强生，魏纳.城市高层建筑天然气管道设计相关问题研究[J].石油化工安全环保技术，2010（05）
【关键词】天然气运输 管道设计 常见问题 优化设计
城市燃气管道为城市输送着城市生活所必需的天然气，可以说其的存在关系着城市的生存和发展，但是燃气管道的存在面临着诸多安全和有效运行的问题，土壤腐蚀、细菌腐蚀、电流腐蚀及人为破坏，这些因素都大大的威胁着燃气管道的安全，因此如何解决管道腐蚀，保证城市燃气管道安全、有效运行已经变得迫在眉睫。
1 城市燃气管道设计常见问题
1.1 引入管的设计选材
众所周知，燃气管道系统中沟通室内与室外的最关键部位就是这里说的引入管，所以城市燃气系统的安全可靠性将取决于其品质的好坏与优劣。引入管的设计应严格执行《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管》（CJ/ T 125—2000）的标准规范，一般可采用钢骨架聚乙烯塑料复合管，这种管材的主要材料是聚乙烯复合材料，所以其耐腐蚀性非常好，致使其受管道铺设周围环境的影响将会非常小，并且其使用的理论年限将会很长，基本与建筑物寿命一致。另外这种材料的管材延展性好，在大压力使用的情况下亦可不必考虑人工煤气对管材腐蚀问题，能够承受一定范围的建筑物沉降、地質变形等影响，在一定范围内能有效地防止燃气引入管连接件因上述原因而产生断裂。再有，这种管材操作施工、现场质量控制要求相对简单，一般只需根据现场实际角度，结合技术特性规定的弯曲半径（规范规定允许弯曲半径为：公称直径 不大于150 mm 时为 80 倍公称直径，公称直径为 200 ～ 300 mm 之间时为100 倍公称直径，公称直径不小于 350 mm时为 110 倍公称直径），对管材进行现场人工弯曲即可，节省劳动力。
1.2 地下燃气管道阴极保护
我国现有10万km的各种燃气管道，分布在600多个城镇中，但是这些管道时刻面临着被土壤腐蚀的危险，全国的各种泄漏事故屡见不鲜。扬州“2.18”事故，1995年的济南平南路的电缆沟大爆炸，1996年中央电视台的东方时空报道了两起城市管道泄漏问题，发出了呼吁。在我国的城市管道腐蚀经验表明，涂料防腐剂多则15～20年，少则3～5年就被破坏了，但是埋地钢质管道加上阴极保护之后，这样的管道能持续使用至少50年。所以，城市地下燃气管道对于加阴极保护的措施更加的有必要性，更加安全的保护城市及其市民的财产和生命。
对管道施加阴极保护，不但所需要的费用较少，另外它还可以起到延缓管道寿命几倍甚至几十倍的显著效果，所以其经济效益十分显著，对于已经穿孔的就燃气管道施加阴极保护，可以减少泄露次数，延缓腐蚀度。
2 城市燃气管道优化设计分析
作为城市公共设施的一个重要组成部分和城市发展建设的一种现代化标志，现代城市燃气管道系统关系着城市居民正常的日常生活。在对现代燃气管道设计时往往需要注意以下几个问题，即：
（1）城市燃气分配中转站或压送机站、调压计量站或区域调压室；
（2）高压、中压和低压三个压力档次不同的燃气管道网络；
（3）电讯与自动化设备及电子计算中心；
（4）储气站等。
我国在燃气管道的设计方面，根据输气管道的输气压力将管道进行分级，一般分为七个等级，即：
（1）小于0.01 MPa的低压燃气管道；
（2）0.01 MPa至0.2MPa之间的中压B燃气管道 ；
（3）0.2MPa至0.4MPa之间的中压A燃气管道；
（4）0.4MPa至0.8MPa之间的次高压B燃气管道；
（5）0.8MPa至1.6MPa之间的次高压A燃气管道；
（6）1.6MPa至2.4MPa之间的高压B燃气管道；
（7）1.6MPa至2.4MPa之间的B燃气管道。
为了提高燃气的供气质量和利用率，城市燃气管网的设计模式普遍以从以往的低压系统转化为中压管网与楼层调压相结合的系统模式，这些年我国的燃气管道系统的发展速度非常快，就我国城市燃气管道设计的规划方面来讲，主要还是存在以下两个方面的问题：规划设计计算和管网优化设计。如何使得燃气管网在投资方面实现节约省材的目的，这就是存在的管网优化设计问题，燃气供气系统最主要的投入是管网的布设，目前我国管网优化设计采用的大部分还是人工选择管径与计算机计算相结合的方式，而这种设计方法的一个弊端就是不能够全面考虑到燃气供气管网的各种投资经济因素，从而导致难以保证最终的设计方案最优化。与此同时考虑到对于城市燃气管网的规模扩大将导致管网的投资也越来越大，优化设计则是在保证城市居民正常使用生活的前提下，对城市燃气管网进行优化处理，使其成本降到最低点，但同时必须要保证燃气系统的运行安全系数。这一方面也是目前我国在城市建设发展方面不可忽略的一个问题。
通过这些年我国科研工作者在这一方面付出的诸多辛苦和努力，现使得我国的管道优化系统设计取得了长足的进步，针对燃气管网、管道的优化设计问题，笔者初步总结主要有以下几个可实现优化目的的方法。
（1）为了确定管道的管径，我们可以通过对某一管道内的流量进行计算，然后利用求解的燃气管道管网最短路径树将环状的管网型式做进一步分解，分解为枝状的管网形式，此方法的应用可能会破坏管网的完整性，并且在选择管径时也仅能够得到近似值，所以这里求解的终值只是一种满意值而非最优值；
（2）如果可选择的方案有多种，那么我们可以对比这些方案的优缺点，协调各方面从而得出最优的设计方案。但此方法也有明显的缺点，那就是它只适用于小规模的管网系统，如果管网系统过于庞大，那么此方法的可操作性将明显降低。
（3）通常可以把燃气管道的管径作为一种连续性的变量，通过求解某一管段的经济方程组，从而得到燃气管道的管径参数上下靠档，此方法在实际应用当中可在最后的破坏过程中了解到最优性；
通过分析以上三种优化设计方法，我们会发现这些设计方法都存在一个共同的特点，那就是它们都有一定的局限性，在寻找更为先进的优化方法过程中，研究设计人员总结发现了一套应用系统分析法，即遗传算法，该方法在城市燃气管道设计中取得了不错的效果，其方法原理是能够通过遗传计算得到一种可以求解复杂系统优化问题的通用框架，该方法不限于问题存在的领域及特点，因而被广泛应用于许多的学科。
3 结束语
现代城市燃气管道的铺设是为了造福于民，为人民生活带来方便，所以我们应该要在保证安全、可行性的前提下将设计工作尽可能做到全面、完美、合理。本文主要阐述了城市燃气管道的设计构成，提出了现在先进的管网优化设计方法，即遗传算法，希望通过本文的讲述，能够让我们更加深入的了解我国在城市燃气管道系统设计中存在的问题，通过解决问题，来提升我国的管网铺设能力和设计水平。
参考文献
[1] 王艳.天然气管道的安装技术探讨[J].科学之友，2011（12）
[2] 王勃，杨光，王遇冬.大型城市天然气管网建设特点探讨[J].天然气与石油，2011（04）
[3] 袁英，高强生，魏纳.城市高层建筑天然气管道设计相关问题研究[J].石油化工安全环保技术，2010（05）