浅析燃气输配中的管网结构

摘?要 在天然气建设工程中，燃气管网的设计是最核心的环节，它决定了燃气输配过程的效率和质量。本文分析了在研究管网结构的目的和方法，并对燃气输配管网中的压力级制、管网型式等重要结构因素进行了探讨，旨在增强管网设计人员对管网结构的认识，为提高管网设计质量提供理论参考。

关键词 管网结构；管网设计；管网规划

中图分类号 TU996 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)082-0167-01

随着天然气在城镇中的日益普及，天然气工程建设的质量的越来越受到人们的关注。管网结构是影响天然气工程质量最主要的因素，对燃气输配的效率和输配的安全性起着决定性的作用。然而受各种因素的影响，学者在对当前的管网进行研究时，多以管网规划和设计为主，而忽略了管网最本质的内容—管网的结构。因此，基于这一问题，本文对管网结构分析的目的和方法进行了阐释，并进一步探讨了管网结构中的核心结构因素。

1 燃气管网结构分析的内容

严格上来讲，燃气管网是一个综合系统，它是一系列设备与技术组成的综合体。燃气管网主要是由管道和管网设备组成的，其中管网设备包含的内容比较多，有调压设备、切断阀门、排污部件等。燃气管网结构的核心部位包括管网气源点的配置、网络型式、管径的配置、截断阀门的配置等。这些都应该是管网结构研究的重点。

1.1 管网结构的研究对象

在对燃气输配管道进行规划和设计时，最核心的环节是确定燃气管网的结构。传统的管道规划和设计都以一些公认的定性原则和知识为标准，基本都是经验性的工作。因此，为了满足当代对燃气管道质量的要求，就需要将这一工作提高到科学和理性的层次上，对燃气管网的规划和设计最高标准是使建造的燃气管网具备良好的效率性、经济性和安全性。因此，对燃气管网结构分析主要以水力工况、可靠性、经济性和维修性等作为主要的研究对象。此外，由于多级燃气管网级间具有较强的独立性，所以对多级燃气管网可以进行拆开研究。为了使研究满足实用化的要求，可以针对管网结构中的核心部位，将管网结构简化为管道和阀门两个要素，把它们作为主要的研究对象进行系统的分析。

1.2 管网结构的分析目的

对管网结构分析的意图在于：通过对管网水力的计算获得管段压降、节点压力的分布，然后进行系统的统计，制定相关的设计标准；对供气可靠性计算，根据计算结果分析管网拓扑型式、阀门配置等对供气可靠性的影响；通过对不同网络型式及气源点设置、管径配置的检验和考察，研究管网的性能和造价之间的关系，确定合理的制造成本。对管网结构进行分析能根据不同的数据结果分析和总结城市管网结构型式的规律性，从而把燃气管道的规划和设计由依靠经验上升到以客观规律认识为基础的科学化层。

1.3 管网结构的分析方法和工具

目前，对管网结构的分析没有一个统一的标准，笔者在对众多文献进行归纳后发现，最常采用的方法和工具包括统计方法、水力计算、系统可靠性计算、网络图论、管网工作组合分析、管网造价计算等。借助计算方法和统计工具可以发现数值分布规律以及结构因素与管网功能之间的逻辑关系。在对计算结构进行分析时，主要是对一些相对指标之间关系进行研究，最常用的就是进行对比，通过比较它们的差异来获得最理想的结果。从上面可以看出，管网结构分析与管网水力计算、管网优化、管网可靠性分析等是一个统一的有机体。在对管网的结构特点进行分析和研究时，管网的网络型式、气源点设置类型、截断阀的配置状况以及管径配置和分布是最为基本的结构因素，而管网造价、由流动工况形成的压力分布、发生局部故障时管网供气能力以及维修时管网功能的完整程度等则属于由结构因素形成的管网功能特性。因此，要有针对性和重点性的对管网结构进行分析。在对燃气管道进行规划和设计时，要根据对管网结构因素的分析确定出最合理的管网结构，科学的管网结构才能充分发挥出燃气管道本身最大的功能。

2 燃气管网结构因素分析

2.1 网络型式

管网的网络型式是指由于外界因素的干扰，管网铺设结构复杂，铺设路线呈现网络状，这是由气源和燃气用户的分布密度决定的。在城镇管网建设中，城镇规模和地理特征是决定道路分布的主要因素。通常情况下，城镇的结构都是轮廓型式的，包括矩型/狭长型、分区型、主区-卫星区型。管网的网络型式是由客观因素所决定的，在当前，如何根据当地的地理特征建设最合理的网管路线是实现管网经济性的最主要内容。当对燃气的需求存在明显的重心偏移时，在对管网进行设计时，管网的气源和管径配置的设计上会体现出管网铺设形式的意义。

2.2 管网压力级制

管网压力级制是指管道供气系统内部压力大小的分等级制度。目前，管网压力级制发展已经比较成熟，在设计时，根据以往的工程经验能对管网压力进行合理的设定。管网压力是由燃气种类所决定的，传统的燃气系统以煤气为主，而当当以天然气作为主要的燃气。因此在管网压力级制的设置上应该有所区分。当前，管网压力级制一般采用“高-中压”两级或“高-次高-中压”三级系统。对管网压力进行分级制体现了管网设计技术正在朝更为细致的方向发展。

2.3 气源设置

顾名思义，气源是指供气的源头。天然气门站的设置取决于天然气输气管道铺建的线路，一般在供气线路与城区之间靠近城区的位置。天然气门站的数量是由城市燃气需求量的大小所决定的，一般情况下，大型城市至少要设置2个门站，而人口密度相对较小的中小城镇设置1个门站即可。如果是设2座以上门站的大型管网，最合理的设置方式是对置。门站设置的原则:要结合天然气干线及分输站条件；靠近负荷中心；靠近城区对称中心线；符合城市规划和发展要求；具有建设条件。在建设大规模管网系统时，储配站最好设置在门站的对面，虽然这种设置模式可能要增加高压管道长度，但可缩减中压管道长度，此外，高压管道能分担一部分储气容量，因此，不论在经济上还是在技术上，对置的设置模式是最合理的。

2.4 环状管网型式

在地理条件允许的前提下，为了增加管网供气的可靠性，燃气分配管网一般需设计为环状。这样的的设计优点是：当管网的某段发生故障时，相连接的其它管网可以补偿性的提高燃气流量，有效的预防了管网断气的发生。但由于管网中的管段在输送气量上是不等效的，管段的输气能力取决于所在输送管路，因此，不同管网的设计模式导致最终的效果也会有所差异。

2.5 截断阀配置

对以前的煤气输配系统进行研究可以发现，煤气输配系统基本都是“中—低压”两级系统，供气系统的压力都较小，中压系统的压力最高也只有0.2 MPa。当低压管网中出发生管道或部件故障时，通常是采用简易方法将输气管道进行堵漏或在故障部位的两段截断管道系统。因此，传统的低压管网设计中只在主干管道或关键部位才会设置截断阀门，没有设置截断阀门的部位发生故障时维修相对复杂。在当前输送天然气的城市输配管网系统中，压力机制基本都转换成了“高—中压”模式，高压力工作下，管道发生故障的可能性较以前明显要大，因此，新型的供气系统对截断阀门的需求量非常大。在设计时，要根据功能要求、维修技术和安装的经济性等方面来决定安装截断阀门数量。

3 结束语

综上所述，燃气管网结构是管道规划和设计中最核心的环节，管网结构中的每一个结合因素都会影响到管道规划和设计的标准，从而影响到燃气管网的质量。因此，对管网结构进行研究是提高燃气管道规划和设计水平必要的手段，这也是加快天然气工程建设、实现“燃气化”时代的必然趋势。

参考文献

[1]福鹏,张晓松,陈敏.燃气规划中环状管网与枝状管网的比较[J].煤气与热力,2005,25(12).

[2]姚奕颖.城市天然气管网的拓扑优化[J].煤气与热力,2004,24(10):542-546.