天然气作为清洁能源在世界能源结构中占比不断上升,然而天然气系统排放出的甲烷却是全球第二大温室气体。甲烷排放存在于天然气系统的多个环节,管道作为天然气的主要输运方式,在新建、维修及使用过程中造成大量甲烷排放,需要对输配管道的各类排放源展开分析研究,确定排放量。本文以理论推导和数值计算为基础,借助流体力学、传质学等理论知识对城镇天然气输配管道中的两类甲烷排放源——管道置换排放和管道泄漏排放进行分析,对甲烷排放量进行计算,最后通过购销差计算城镇天然气输配管道的甲烷排放总量。主要研究内容及结论如下:（1）天然气管道投产使用前通过氮气隔离的间接置换方式将管道内原有的空气置换为天然气,天然气与氮气之间发生分子扩散和对流扩散,形成气体混合段,置换排放量为混合气量的1/2。利用扩散传质理论论述混合段的形成和发展,甲烷在氮气中的扩散系数为0.18×10-4 m~2/s,推导混合段长度的计算公式。混合段长度与管长和管径成正比,且与管内流体的流动状态有关,紊流状态下形成的混合段长度更短,气体混合量少,保持一定的置换速度,避免处于层流状态,能够减小置换过程的甲烷的排放量。计算得到济南某燃气公司一年中管道置换造成的甲烷排放量为26.8×10~4 m~3。（2）管道泄漏分为上游阀门关闭前和关闭后两个阶段,分别建立小孔模型和管道模型及小孔—管道综合模型,通过动量微分方程、等熵过程方程、气体状态方程推导管道泄漏排放量的计算公式,计算得到济南某燃气公司一年中由于第三方破坏和管道腐蚀老化穿孔造成的甲烷排放量为216.85×10~4 m~3。（3）购销差由计量环节、输配环节和管理环节构成,其中管理环节造成的购销差忽略不计,计量环节造成的计量误差通过理想气体状态方程,对一年中由于温度与压力偏离标准状态时燃气表计量误差量进行分析计算,通过计量环节和购销差量间接计算得到输配环节的年甲烷排放总量1898.9×10~4 m~3。本论文对城镇天然气输配管道置换和泄漏产生的甲烷排放量进行计算,置换混合段的研究及管道泄漏的理论分析和计算方法具有一定的普适性,对计算天然气管道的其他排放源的排放量具有一定的指导意义。虽然数据不足以代表区域或国家一级的甲烷排放因子,但该研究提供了有关排放源的初步信息,丰富了甲烷排放量计算的理论研究,为甲烷排放量计算提供了案例基础,对后期甲烷减排提供了可参考性的计算方法和数据,有较强的现实意义和发展前景。