城市燃气管网规划设计研究

摘要：在城市化进程不断深入的当前，城市基础设施工程的建设重视力度也在不断的加大。城市燃气管网规划设计作为重要的基础设施建设，提高城市燃气管网的经济性、安全性和灵活性，对于推动城市管网建设具有非常重要的意义。基于此，文章对城市燃气管网规划设计进行分析，以期能够提供一个借鉴。

关键词：城市燃气管网；规划设计；措施

中图分类号：TE08文献标识码： A

1.城市燃气规划的重要性

首先是城市建设的需要。目前我国的城市化建设进程在不断地加快，各项基础设施的建设也在如火如荼的开展，燃气的使用已成为人们生活中不可替代的一部分，不仅为居民生活带来便利，而且也促进了国民经济的发展。然而城市燃气系统的建立不是一夕一朝的事情，需要在经过调查研究之后，结合本地的用气需求和城市基础设施规划，才能进行城市燃气的规划，形成一套安全、可靠、实用的燃气供应系统。因此，城市燃气规划是非常有必要的。其次，是建设节约型社会的必然选择。环境污染已受到了社会各界的共同关注，石油、煤炭等资源使用后产生的废气、废渣的排放对大气造成严重的污染。而天然气的使用，可以降低废气的排放，减少对环境的污染，改善城市环境，同时还能够改变现有的能源消费结构，促进地区经济的发展，为我国的节能减排事业作出贡献，走出一条社会、经济、资源和环境共同发展的可持续之路。第三，城市燃气的规划可以提高居民的生活水平，已经是城市走向现代化发展的标志之一。燃气是城市居民日常生活不可缺少的一部分，它代替煤气、蜂窝煤成为居民最主要的生活燃料。燃气基础设施的规划，可以为城市提供充足的能源、减少废气排放、改善城市居民生活环境，提高居民生活质量。但是若对燃气规划不合理，则会造成燃气供应出现中断，影响城市的正常生产生活。总之，城市燃气规划关系着城市的发展。在建设环境友好型、资源节约型社会的现在，更要科学合理地对城市燃气进行规划，不断调整城市能源使用结构，为社会发展、环境保护作出贡献。

2.城市燃气管网规划设计内容

2.1城市燃气管网分类

城市燃气管网有多种分类方法。根据管网的用途可以分为长输管线、城市燃气管道、工业燃气管道。其中长输管线是连接产地、储存库、使用单位之间的燃气管道；城市燃气管道则包括分配管道、用户引入管道、室内燃气管道，用于燃气的分配、用户引入和室内分配；工业企业燃气管道则用于工业企业燃气的分配和引入。根据管网的铺设方式可分为地下燃气管道和架空燃气管道，地下燃气管道铺设于地下，架空燃气管道多用于穿过障碍或厂区。根据管道输气压力可分为低压、中压、次高压、高压燃气管道，不同的管道输气压力并不相同，从小于5KPa至大于0.8MPa不等。

2.2城市燃气管网构成

目前常用的管网系统有一级管网系统，二级管网系统、三级管网系统、混合管网系统几大类。其中，一级管网系统只有一个压力等级，这种管网系安全性稍差；二级管网系统具有二个压力等级，一般一级为低压管网，另一级为中压、次高压或高压管网；三级管网系统则由低压、中压、高压管网构成，这类管网投资规模较大，往往多应用于特大城市；混合管网系统是我国目前应用较为广泛的城市燃气管网系统，利用中压或次高压输气，经中、低压或次高压、低压调压后输送至用户管道，具有较高的经济性和安全性，适应能力较强。由于各类用户和区域所需燃气压力不同，同时从安全性和经济性出发，燃气管道往往采用不同的压力级制。

3.城市燃气管网规划设计方法

3.1基本方法

在城市燃气管网规划设计中，常用的方法有图论法、动态规划法、神经网络法、MCST法、约束导数法、综合优化法等方法。动态规划法是对管网各节点压力进行优化，得出最优压力来选择管网布局和元件，但这种方法需要预先给定调压站数目和位置、管段长度、管径等数据，应用于大型网络系统中有一定局限性。神经网络法则是引入适当能量函数确定神经元联结权，根据网络状态变化来寻求平衡获得局部最优解的方法，具有大规模并行处理、高容错性和自适应性、自组织性的优点，应用于大型管网规模设计中极佳。因此，本文综合利用动态规划法和神经网络法来建立数学模型，用于城市燃气管网规划设计中管网布局与参数优化。

3.2城市燃气管网布线标准

城市燃气管网布线时，高、中压管网主要用于输气，其压力高、危险性大，布线应充分考虑长期安全运行的需要，因此应布设于足够安全距离的地段，同时考虑安装和检修的便利性和对周边的影响，低压管网是最基本的管网，要充分考虑网路密度。管网的纵断面，应埋设于土壤冰冻线以下，其覆土深度应满足规划和规范要求，并避免与自来水管、雨水管、热力管、电力管、通讯管等布设于同一地沟，并采取好防护措施。储配站应综合考虑城市工业布局规划，服从输气干线大走向，尽量靠近负荷集中地带。调压计量站的布设要符合城市规划和作用半径，尽量避免对周边地区的影响，控制好安全距离。

3.3燃气管网管径的选择

（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）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。

（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。

（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。

3.4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。

结束语

在进行城市燃气管网规划设计时，选择科学合理地规划方案，能够促进我国城市天然气的安全稳定运行。所以，在实际的设计过程中，需要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，从而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]郝利民，齐忆江.哈尔滨市燃气管网规划设计中存在的问题[J].应用能源技术，2001，01:18-19.

[2]胡婧.城市燃气管网运行的智能化研究[D].北京建筑大学，2014.

[3]李余斌，黄坤，苏欣，张琳，杨晓敏，陈学峰，王元春.城市天然气管网规划现状[J].油气储运，2006，10:10-16+63-64+62.