城市天然氣管道的設(shè)計(jì)

1、<p>　　城市天然氣管道的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要:隨著高層建筑的日益增多,在一定程度上加大了天然氣管道設(shè)計(jì)難度,天然氣管道設(shè)計(jì)需要考慮的因素也越來越多。在這種情況下,就應(yīng)該結(jié)合城市高層建筑實(shí)際情況對(duì)天然氣管道進(jìn)行合理設(shè)計(jì)或改進(jìn)。如何更好的對(duì)城市天然氣管道進(jìn)行設(shè)計(jì),已經(jīng)成為相關(guān)部門值得思索的事情。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:城市天然氣管道 設(shè)計(jì) </p>

2、<p>　　Abstract: with the increasing of high-rise buildings, to a certain extent increase the design difficulty of natural gas pipelines, natural gas pipeline design considerations are also more and more. In this ca

3、se, it should be combined with the actual situation in the city of high-rise building on the natural gas pipeline design or improvement. How to better design of city gas pipeline, has become a worth thinking about to the

4、 relevant departments. </p><p>　　Keywords: Design of city gas pipeline </p><p>　　中圖分類號(hào)：P756.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012） </p><p>　　現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中，天然氣占據(jù)了相當(dāng)大的比重，世界上的各個(gè)國家都在促進(jìn)城市的氣體化，天然氣的使用已

5、經(jīng)成為一個(gè)地區(qū)、一個(gè)城市、一個(gè)國家的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)工作。我國已探明的石油、天然氣儲(chǔ)量豐富但地域分配十分不均，需要鋪設(shè)大量的輸配管網(wǎng)來解決這一地域性的問題。另外，國內(nèi)各大城市的天然氣管網(wǎng)老化嚴(yán)重亟需進(jìn)行改造，新增小區(qū)住宅也迫切需要進(jìn)行天然氣管道的安裝。因此，對(duì)城市天然氣管道的設(shè)計(jì)輸配管網(wǎng)布局進(jìn)行優(yōu)化有著重要的意義。 </p><p>　　一、天然氣管道的特點(diǎn) </p><p>　　1.

6、相對(duì)流動(dòng)性。管道與輸送介質(zhì)之間是相對(duì)流動(dòng)的，因此要求管道內(nèi)部，特別是管壁內(nèi)焊口部位盡可能光滑，以利減少摩阻力。 </p><p>　　2.固定性。天然氣管道埋于地下，除改造、敷設(shè)新線路等特殊原因外，管道一般不會(huì)發(fā)生位移。 </p><p>　　3.輸送的連續(xù)性。天然氣管道一旦建成、投產(chǎn)，一般情況下應(yīng)連續(xù)運(yùn)行。 </p><p>　　4.威脅性。天然氣屬易燃易爆氣體，

7、在 役運(yùn)行的天然氣管道穿越中心城區(qū)對(duì)地面建、構(gòu)筑物或區(qū)域長期構(gòu)成威脅。 </p><p>　　5.潛在的危險(xiǎn)性。天然氣管道除特殊地形、特殊要求外，一般均為地下敷設(shè)，建設(shè)中未檢出的缺陷在運(yùn)行中不易發(fā)現(xiàn)，存在不可預(yù)見的潛在危險(xiǎn)。 </p><p>　　二、城市天然氣管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問題 </p><p><b>　　1、管道沉降問題 </b>&

8、lt;/p><p>　　正常情況下,高層建筑在竣工后5年之內(nèi),其沉降速度最大,之后其沉降速度將逐漸遞減。 而天然氣管道一般是在建筑竣工初期進(jìn)行安裝的,后期隨著建筑的沉降會(huì)使入管穿墻部位產(chǎn)生較大的應(yīng)力。再加上回填土的沉降使引入管產(chǎn)生部分懸空,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使管道變形甚至漏氣。 為了避免這些問題出現(xiàn),在設(shè)計(jì)的時(shí)候就應(yīng)該采取恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償方法,以保證管道正常運(yùn)行。 </p><p><b>　　2、

9、附加壓頭問題 </b></p><p>　　因高層建筑的高程較高,燃?xì)夤艿朗褂玫牧⒐芤脖容^長,加之天然氣管道與空氣密度的差異,附加壓頭使用中常會(huì)造成用戶燃燒器前壓力波動(dòng),甚至超出標(biāo)準(zhǔn)的工作范圍,進(jìn)而影響燃燒器的正常燃燒,燃?xì)鈺?huì)出現(xiàn)不完全燃燒或是熄火、回火等現(xiàn)象。為了保證天然氣燃燒器能正常燃燒,就應(yīng)該控制或消除附加壓頭的影響。 </p><p><b>　　3、立管應(yīng)力

10、問題 </b></p><p>　　因天然氣管道立管較長,其在實(shí)際運(yùn)行過程中,管道自重將會(huì)很大,再加上環(huán)境和溫度的影響,立管會(huì)變形甚至產(chǎn)生熱應(yīng)力。 而應(yīng)力是影響高層管道設(shè)計(jì)的重要因素,一旦在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)應(yīng)力問題,管道自身及其支架就會(huì)受到嚴(yán)重的破壞,使管道彎曲或是破裂、漏氣,甚至?xí)l(fā)重大安全事故。為了避免這一問題,在設(shè)計(jì)的時(shí)候就應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算,保證天然氣管道正常使用。 </p>&l

11、t;p>　　三、解決城市天然氣管道設(shè)計(jì)問題措施 </p><p>　　1、在管道設(shè)計(jì)中應(yīng)該對(duì)天然氣管道沉降進(jìn)行補(bǔ)償當(dāng)建筑物設(shè)計(jì)沉降量超過50mm時(shí),其在設(shè)計(jì)過程中就應(yīng)該將入管墻的預(yù)留洞尺寸加大,保證管道引入管道墻之前,進(jìn)行兩次以上垂直或彎曲,并在穿墻前設(shè)置柔性管或波紋補(bǔ)償器。 但是在設(shè)置柔性軟管的時(shí)候,盡量不對(duì)管道進(jìn)行固定,并保證天然氣軟管的水平安裝,使其處于自然延伸狀態(tài),以避免建筑沉降而使管道遭到破壞。

12、</p><p>　　2、在管道設(shè)計(jì)中應(yīng)該對(duì)燃具壓力進(jìn)行計(jì)算 </p><p>　　天然氣的供氣方式是自下而上的,如果其附加壓力是正值,其就會(huì)產(chǎn)生向上的浮力,甚至?xí)谷季咔皦毫ι摺Ｔ谶@種情況下,供氣系統(tǒng)就應(yīng)該盡量避免燃具負(fù)荷工作。民用燃具的負(fù)荷壓力超過1.5Pn(Pn為燃具的額定壓力),而對(duì)于高層建筑燃具來說是不適用的。在這時(shí)就應(yīng)該根據(jù)高層建筑燃?xì)庀到y(tǒng)不利工況進(jìn)行用戶燃具壓力計(jì)算。其計(jì)算

13、公式為: </p><p>　　P =P -△P -△P -△P </p><p>　　其中P2為灶前壓力;P1為調(diào)壓出口壓力;△P2為干線引入管壓降;△P2為室內(nèi)灶前壓降;△P為附加壓頭。當(dāng)工況為不利的時(shí)候,灶前壓力就會(huì)是額定壓力的1.5倍這時(shí)可以將原來的公式改為: </p><p>　　1.5Pn=P1-△P2-△P </p><p>　

14、　如果將Pn設(shè)成1000Pa,P1為2000Pa,△P為300Pa,其附加壓頭△P就會(huì)高于燃具壓力。 這種情況下,燃?xì)獾母郊訅侯^值應(yīng)該控制在300Pa以下。從上述計(jì)算可知,天然氣附加壓頭在300Pa,才能保證燃?xì)饩哒Ｊ褂煤腿細(xì)獍踩榱烁玫谋ＷC燃?xì)獾氖褂?還應(yīng)該減小其立管管徑,增大管道阻力,設(shè)置調(diào)壓器并采用中壓管道,減少壓力波動(dòng),使燃具能在額定壓力下工作。 </p><p>　　3、在管道設(shè)計(jì)中應(yīng)該進(jìn)行應(yīng)力計(jì)

15、算 </p><p>　　在進(jìn)行高層建筑的時(shí)候,燃?xì)夤艿酪话銜?huì)采用中壓入戶方式,其立管一般會(huì)用10號(hào)或是20號(hào)無縫鋼管,而管道在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)產(chǎn)生自身壓縮應(yīng)力。 其公式為: </p><p>　　其中σ為壓縮應(yīng)力,G為立管自重,S為立管截面積,而10號(hào)無縫鋼管的最大應(yīng)力為112MPa,以此為依據(jù)可以對(duì)其他無縫鋼管長度進(jìn)行管長計(jì)算,以保證管道管長適中。也可以對(duì)其熱應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算,其公式為 :

16、 </p><p><b>　　σ=EαΔt </b></p><p>　　其中σ為熱應(yīng)力;E為管材彈性模量;α為立管膨脹系數(shù);△t為安裝溫度和灌流溫度之差。 從上述公式可以看出熱應(yīng)力與管道材質(zhì)和溫度是有關(guān)系的,而與管道的長度及管徑則無關(guān)系。 在這種情況下,應(yīng)該注重?zé)o縫鋼管在不同溫度下的收縮量及熱應(yīng)力。 為了保證壓縮力,最好使對(duì)立管進(jìn)行均勻分?jǐn)?在設(shè)計(jì)的時(shí)候確保每一層

17、都有支架,以減少立管底部壓縮預(yù)應(yīng)力集中而是天然氣管道破裂、漏氣。為了保證熱應(yīng)力,在設(shè)計(jì)的時(shí)候最好安裝Z型補(bǔ)償器或Ω型補(bǔ)償器,以減少溫度對(duì)其的影響。 </p><p>　　三、天然氣管道管材的選用 </p><p>　　管材選用主要應(yīng)考慮管徑的大小、管壁厚度、材質(zhì)及焊接材料的性能。天然氣管道管徑的大小主要與流量、流速有關(guān)，根據(jù)介質(zhì)的壓力值、管頂?shù)母餐辽疃燃昂奢d的分布形式確定管材與管壁厚度。另

18、外，焊接材料的選用根據(jù)母材的化學(xué)成分、機(jī)械性能和使用條件綜合考慮。當(dāng)同種鋼材焊接時(shí)，焊接金屬的機(jī)械性能和化學(xué)成分與母材相當(dāng)；異種鋼材焊接時(shí)，焊接材料應(yīng)按合金含量較低一側(cè)的鋼材選用。選用的焊條藥皮要均勻、無明顯的裂紋、脫皮、表面無孔、焊芯無銹蝕等現(xiàn)象；存放時(shí)注意防潮、防雨、防霜及油類侵蝕。 </p><p>　　四、天然氣管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展 </p><p>　　天然氣管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作是一

19、項(xiàng)長期持續(xù)性的工作，由于其復(fù)雜性和廣泛性，需要在實(shí)施過程中不斷分析現(xiàn)有管網(wǎng)和供求關(guān)系，進(jìn)一步優(yōu)化管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。而對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化實(shí)際上就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化的問題，即在已知燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，當(dāng)采用某種管材時(shí)，根據(jù)計(jì)算要求選用合適的管徑，該管徑在滿足管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)流量和節(jié)點(diǎn)壓力的條件下，可以使燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用最少。為了將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，可以將節(jié)點(diǎn)流量方程、管段壓差方程、管段阻力方程、起源節(jié)點(diǎn)壓力值，以及其他節(jié)點(diǎn)允

20、許范圍作為約束條件，可以制定經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化準(zhǔn)則——最大利潤、最小總費(fèi)用、最低成本等，也可以制定技術(shù)最優(yōu)化準(zhǔn)則——最大可靠性、最快動(dòng)作等。由于節(jié)點(diǎn)流量方程、管段壓差方程、管段阻力方程是非線性的，且設(shè)計(jì)變量——管徑為離散變量（標(biāo)準(zhǔn)管徑）的非線性離散性規(guī)劃問題。非線性規(guī)劃問題的求解方法大體可分為兩類：一類是把非線性問題化為線性問題來求解；另一類是直接求解。 </p><p>　　總之，城市天然氣管網(wǎng)安裝過程是一個(gè)非常復(fù)雜的

21、過程， 而且安裝質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到千家萬戶的生命、財(cái)產(chǎn)安全，所以做好天然氣管網(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃工作，是保證城市天然氣管網(wǎng)安全的關(guān)鍵所在。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 張錦霖.城市6.0MPa超高壓天然氣管道的設(shè)計(jì)探討[J].城市公用事業(yè),2006,2(4). </p><p>　　[2] 李斌.城市