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浅议城市燃气管网的设计选择与设计要点

时间:2017-10-09 14:26来源:未知 作者:360期刊网 点击:

  浅议城市燃气管网的设计选择与设计要点

  刘威 刘聿天

  (佛山市高明燃气有限公司 广东佛山 528000)

  摘要:天然气用量与城市国民经济发展情况,产业结构,能源结构,城市规划人口等宏观因素有关。城市燃气管道看作是完成城市输配气这一特定功能的复杂结构。因此在城市燃气管网设计时要认真考察城市的发展情况,合理预测城市对髌气的需求,选择合适的管罔设计,并提高管网输送的安全性。文章通过介绍城市燃气设计中的管网的设计和燃气的需求预测,管径的选择等方面进行阐述。

  关键词:城市燃气 管网设计 选择 要点

  中图分类号:TU81 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)02(b)-0058-02

  目前,天然气已经成为中国各大、中城市的主要气源。2005年城市燃气普及率为92%,天然气年用气量达到170亿m3}到2015年普及率将达到94%,年用气量将达到680亿IIl3。中国在天然气发展总体规划中,计划在2010年将天然气发展到270个城市;21世纪中叶,中国65%的城市将通上天然气。

  2000年,中国燃气管道长度达到89.458km,按照规划,中国在2015年前将建成“两横两纵”输气管道17. 374km,干线管由2000年的10638km增加为23012km。根据各国经验,城市燃气管网建设、改造的费用,Im天然气需要7元左右。因此,天然气管网规划设计必须科学,不仅要满足用户和工艺设计的要求,而且要使整个工程的投资最小,使得天然气管网运行经济、安全、灵活、可靠。

  1科学合理规划管网的设计

  1.1能源消费总量与用气量的预测一个城市的年度能源消费总量主要受国民经济发展情况、人口、产值单耗、产业结构等因素的影响。这些因素均在不同程度上影响着城市能源消费总量的变化。一个城市国内生产总值、第二产业产值、第三产业产值对能源消费总量的影响,采用相关系数计算国民经济发展情况与能源消费总量之间的关系。并根据城市发展的历史能耗角度来预测规划年的能源消费总量。

  根据《城市总体发展战略规划》,城市人口达到一定程度,经济发展到一定规模,能源消费总量也将趋于一定水平。一般城市能源消费总量将呈现出3个增长阶段:先是缓慢增加,然后快速增加,最后逐渐趋于稳定。根据城市能耗的这一发展规律我们把城市能耗做一个合理科学的预测,对城市燃气管网设计提供依据。

  1.2利用回归法分析城市燃气负荷

  回归分析法是从研究燃气负荷与其影响因素的相关关系人手,通过回归分析建立回归模型进行负荷预测。该方法适用于中、长期预测,预测精度较高。若确定燃气负荷Q与其影响因素X.、X:……X,有相关关系,可以由回归分析得到回归方程:Q=bo+bix,+bZX2+....+bpXp (1)式中:Q为燃气负荷;bo为常量.60、61、62……%为回归方程影响因子;X、X2、……z,为燃气负荷的影响因素;P为影响因素的数量。式(1)描述了燃气负荷Q与其P种主要影响因素之间的关系。由61、6,……%未来的值即可对燃气负荷Q进行预测。

  2燃气管网管径的选择

  2.1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。

  2.2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。

  2.3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。

  2.4城市管道耐久性原则选择

  整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规范的某一功能要求,此特定状态称为该功能的“极限状态”,即“临界状态”。城市燃气管道耐久性作为一项功能,也存在着耐久性极限状态:承载能力极限状态和正常使用极限状态。对城市燃气管道耐久性寿命准则的合理选择是进行耐久性评估与寿命预测的重要前提。

  (1)城市燃气管道反腐蚀性选择。

  因城市燃气管道属于半永久性设施,投产后维修或维护较难进行,故要求耐久性要好。在城市燃气管道表面涂敷防腐层就是为了隔绝腐蚀介质、切断腐蚀电池的外部电路,是城市燃气管道防腐蚀的第一道防线。采用城市燃气管道腐蚀寿命准则的理由,主要是考虑城市燃气管道开始腐蚀,在一定的腐蚀量和腐蚀时间下就足以使得城市燃气管道产生各种腐蚀缺陷,而缺陷继续受到多个随机因素的影响,很难做出较为准确的估计。但是对大多数城市燃气管道而言,以城市燃气管道开始腐蚀作为寿命终止标准,显得过于保守,也是不现实的。大量的工程实际表明,防腐层失效产生腐蚀的城市燃气管道,使用二三十年仍未发生泄漏等事故。

  (2)管道承载力。

  承载力寿命理论是考虑城市燃气管道腐蚀引起的抗力退化,当城市燃气管道的承压能力下降到不足以抵抗城市燃气管道压力的荷载作用时,城市燃气管道就达到了承载力失效的状态,这一界限值作为城市燃气管道的耐久性极限状态。临界值通常为可接受的失效概率,失效概率由概率统计的数学方法得到,能够发挥城市燃气管道的最大效用,得到广大业内人士的认可。

  (3)城市燃气管道裂纹尺寸与锈蚀量限值。

  在腐蚀和内压载荷波动等因素的共同作用下,城市燃气管道的裂纹将会加速扩展。裂纹尺寸与锈蚀量限值理论是以管壁裂纹尺寸或锈蚀量达到某一控制界限值所需时间作为城市燃气管道的使用寿命。裂纹尺寸限值通常指行业或企业等相关部门规定的临界值;腐蚀量限值通常用城市燃气管道截面的损失率来表示。该寿命准则仍然偏严,限值的确定依赖实际工程和专家经验,因而存在很大的人为主观性。当城市燃气管道发生腐蚀、疲劳开裂后还允许城市燃气管道有一定的工作能力,还不至于影响城市燃气管道的安全运行。

  3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。

  4结语

  城市燃气管道失效的危害对城市的建设、经济发展、居民的正常生活关系重大。因此在设计城市燃气管网时科学合理,对管网的耐久性预测出城市燃气管道的安全运行时间,为工程实际提供可靠的参考依据,并及时有效地对城市燃气管道进行检测和维护,确保城市燃气管道的安全运营发挥城市燃气管道的最高经济效益。

  参考文献

  [1]魏军甫,徐姜,李帆.城市燃气管道泄漏的原因分析与对策[J].煤气与热力,2004,24(2):105~107.

  [2]曹备,张琳,杨印臣.地下管道腐蚀控制与检测评估[M].北京:中国方正出版社,2007.

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