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【摘 要】 在城市化进程不断推动的背景之下，社会发展以及城市建设在一定程度之上受到了天然气管道工程设计水平的制约，为了更好的促进城市的发展，在进行天然气工程设计时，需要考虑管道可长时间运行的安全性、布局合理性等等，基于此，本文论述了如何优化天然气管道设计。
【关键词】 天然气管网；高压天然气；管道设计；探讨
引言：
天然气管网的设计，不仅要满足用户和工艺设计的要求，而且要考虑整个工程的投资成本，尽可能利用高压能源，使得天然气管网运行更经济、安全、可靠。高压燃气管道设计最主要的是通过应力计算合理选择管材，这对实现安全设计、优化能源结构、保护环境具有重要意义。
1、天然气市场的发展趋势
我国的天然气事业起步较晚，但是发展的潜力和前景是巨大的。几年来，我国对全国石油和天然气资源评估进行多次调查，据调查显示，我国的天然气资源还是比较可观的。我国的天然气主要分布在中、西部地区和近海地区，80%以上资源集中分布在塔里木、四川、陕甘宁、准格尔、松辽等盆地及东南沿海。
目前，我国天然气下游市场的天然气主要是用于炊事、冬天集中供暖、电力工业和交通运输业。由于人们早期对天然气的认识不清楚，对天然气的使用量比较少。随着我国经济的稳步增长，人民环保意识的加强，对清洁能源的需求日益增加，天然气的使用范围也越来越广，除了居民用户、天然气发电和一些工业区的用户外，公共汽车和出租车也逐渐开始使用天然气作为燃料动力，并且越来越多的私家汽车也开始积极使用天然气。因此，天然气将成為未来城市发展的方向，液化天然气的发展空间也很巨大。
2、高压天然气管道设计要点分析
作为城市高压天然气输配系统，高压天然气管道的设计首先应考虑安全因素，应用技术成熟、可靠的管材和设备，确保管道的长期安全运行；其次，在满足安全要求的前提下，应考虑工程实施的可行性以及工程造价的经济性，优化线路走向方案，尽可能整合利用现有资源，节省投资。
2.1、管材的选取
（1）管道强度计算
在进行高压燃气管道设计时，因强调管道自身的安全性为前提，故必须对管道、弯头、弯管的壁厚进行计算。
根据GB50251《输气管道工程设计规范》5.1.2条规定，管道强度计算采用以下公式：
式中 δ-钢管计算壁厚（cm）
P-设计压力（MPa）
D-钢管外径（cm）
F-强度设计参数，根据地区等级确定
j-焊缝系数，取1.0
σs-钢管的最小屈服强度（MPa）
t-温度折减系数。当温度小于120℃时，t值取1.0
规范中规定在进行管道强度计算时，不考虑增加管壁的腐蚀裕量。这是因为在输送满足规范要求的天然气时，管子内壁一般不会产生腐蚀。同时，由于工程造价、金属耗量等经济原因，一般不允许采用增加腐蚀裕量的方法来解决管壁内腐蚀问题。因此，管道采取防腐措施后，确定管壁厚度时可不考虑腐蚀裕量。
在对管道进行强度计算的同时，天然气管道的壁厚还不得小于规范要求的最小管壁厚度。管道壁厚的确定除了以上因素外还要考虑在制管、运输、施工工程人可能对管道造成的伤害，适当增加管道壁厚。
（2）管材的选择
天然气输送常用的钢管有无缝钢管和焊接钢管。无缝钢管由于其成型精度低、价格高，一般用于小口径管道，不适用于输气管线。目前国内外的油气输气管线主要为焊接钢管。焊接钢管有螺旋缝焊接钢管和直缝焊接钢管，都能满足《石油天然气工业管线输送系统用钢管》（GB/T9711-2011）要求。直焊缝具有焊缝短、焊缝质量易于控制、成型精度高、残余应力小、错边量小的优点；螺旋缝钢管具有受力状态好、价格便宜的优点。这两种焊接钢管在城市燃气建设中都被广泛使用，但在重要地段和部位，比如穿跨越、弯管等，一般都使用直缝钢管。可根据管线沿线周围的建设情况，若管道敷设的沿线都为三、四类地区，建筑物密集，并且穿跨越量大，地下管线错综复杂，建议选用直缝焊接钢管；若为一、二类地区，可采用直缝或螺旋缝钢管。
2.2、管道的防腐和阴极保护
天然气管道的腐蚀发生在管道内部、外部和接头部位，一般采用防腐绝缘层和阴极保护结合的措施。
管道防腐蚀是保证管道安全运行、延长使用寿命的重要措施，防腐层需要有良好的附着力、可抵抗介质渗透性、耐蚀性、优异的物理机械性能等。目前国、内外高压天然气管道工程最为成熟和普遍采用的防腐层为环氧粉末、三层PE结构防腐层、聚乙烯包覆层等。
根据提供极化电流的方法不同，阴极保护可分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种。在设计时应根据供电条件、介质电阻率、所需保护电流的大小等决定阴极保护的方法。
2.3、管道的焊接及检验
管道焊接方式、焊材的选择应根据焊接条件、管道母材、设计压力等诸多因素决定，尽量选择焊条的强度等级与管道母材一致或高于母材。管道焊接采用手工下向焊或半自动下向焊相结合的先进技术，保证焊接质量。
管道焊缝的外观检查和内部质量检验采用提高探伤比例和合格标准来保证管道安全，在设计中对接焊缝采用100%外观检查和100%射线检测。
2.4、管道试压
压力试验包括强度试验和严密性试验。高压天然气管道的压力试验应在执行国家标准、行业标准的同时，认真考虑压力试验的安全性、试验介质的来源与排放、试验介质对燃气输配系统的影响等因素。
3、结语
城市天然气管网工程设计关系到城市的建设、经济的发展、居民的日常生活。因此，设计的重点应该是采用技术成熟、可靠的材料和设备，以确保管道的长期安全稳定运行。另外，在满足安全要求的前提下，尽可能利用管网压力，进行详细的设计计算，合理确定管材及管径，选择合理的线路走向，降低管网工程造价，提高城市天然气管网运行的可靠性、安全性及经济性。
参考文献：
[1]王宏妹.设计压力≥2.5MPa高压天然气管道安全设计问题探讨[A].中国城市燃气协会安全管理工作委员会.城市燃气2.5兆帕以上压力燃气管道设计、施工、管理研讨会论文集[C].中国城市燃气协会安全管理工作委员会，2012：4.
[2]刘建辉.天然气储运关键技术研究及技术经济分析[D].华南理工大学，2012.
[3]张伟.天然气管道缺陷检测系统设计研究[D].哈尔滨工程大学，2013.
【关键词】 天然气管网；高压天然气；管道设计；探讨
引言：
天然气管网的设计，不仅要满足用户和工艺设计的要求，而且要考虑整个工程的投资成本，尽可能利用高压能源，使得天然气管网运行更经济、安全、可靠。高压燃气管道设计最主要的是通过应力计算合理选择管材，这对实现安全设计、优化能源结构、保护环境具有重要意义。
1、天然气市场的发展趋势
我国的天然气事业起步较晚，但是发展的潜力和前景是巨大的。几年来，我国对全国石油和天然气资源评估进行多次调查，据调查显示，我国的天然气资源还是比较可观的。我国的天然气主要分布在中、西部地区和近海地区，80%以上资源集中分布在塔里木、四川、陕甘宁、准格尔、松辽等盆地及东南沿海。
目前，我国天然气下游市场的天然气主要是用于炊事、冬天集中供暖、电力工业和交通运输业。由于人们早期对天然气的认识不清楚，对天然气的使用量比较少。随着我国经济的稳步增长，人民环保意识的加强，对清洁能源的需求日益增加，天然气的使用范围也越来越广，除了居民用户、天然气发电和一些工业区的用户外，公共汽车和出租车也逐渐开始使用天然气作为燃料动力，并且越来越多的私家汽车也开始积极使用天然气。因此，天然气将成為未来城市发展的方向，液化天然气的发展空间也很巨大。
2、高压天然气管道设计要点分析
作为城市高压天然气输配系统，高压天然气管道的设计首先应考虑安全因素，应用技术成熟、可靠的管材和设备，确保管道的长期安全运行；其次，在满足安全要求的前提下，应考虑工程实施的可行性以及工程造价的经济性，优化线路走向方案，尽可能整合利用现有资源，节省投资。
2.1、管材的选取
（1）管道强度计算
在进行高压燃气管道设计时，因强调管道自身的安全性为前提，故必须对管道、弯头、弯管的壁厚进行计算。
根据GB50251《输气管道工程设计规范》5.1.2条规定，管道强度计算采用以下公式：
式中 δ-钢管计算壁厚（cm）
P-设计压力（MPa）
D-钢管外径（cm）
F-强度设计参数，根据地区等级确定
j-焊缝系数，取1.0
σs-钢管的最小屈服强度（MPa）
t-温度折减系数。当温度小于120℃时，t值取1.0
规范中规定在进行管道强度计算时，不考虑增加管壁的腐蚀裕量。这是因为在输送满足规范要求的天然气时，管子内壁一般不会产生腐蚀。同时，由于工程造价、金属耗量等经济原因，一般不允许采用增加腐蚀裕量的方法来解决管壁内腐蚀问题。因此，管道采取防腐措施后，确定管壁厚度时可不考虑腐蚀裕量。
在对管道进行强度计算的同时，天然气管道的壁厚还不得小于规范要求的最小管壁厚度。管道壁厚的确定除了以上因素外还要考虑在制管、运输、施工工程人可能对管道造成的伤害，适当增加管道壁厚。
（2）管材的选择
天然气输送常用的钢管有无缝钢管和焊接钢管。无缝钢管由于其成型精度低、价格高，一般用于小口径管道，不适用于输气管线。目前国内外的油气输气管线主要为焊接钢管。焊接钢管有螺旋缝焊接钢管和直缝焊接钢管，都能满足《石油天然气工业管线输送系统用钢管》（GB/T9711-2011）要求。直焊缝具有焊缝短、焊缝质量易于控制、成型精度高、残余应力小、错边量小的优点；螺旋缝钢管具有受力状态好、价格便宜的优点。这两种焊接钢管在城市燃气建设中都被广泛使用，但在重要地段和部位，比如穿跨越、弯管等，一般都使用直缝钢管。可根据管线沿线周围的建设情况，若管道敷设的沿线都为三、四类地区，建筑物密集，并且穿跨越量大，地下管线错综复杂，建议选用直缝焊接钢管；若为一、二类地区，可采用直缝或螺旋缝钢管。
2.2、管道的防腐和阴极保护
天然气管道的腐蚀发生在管道内部、外部和接头部位，一般采用防腐绝缘层和阴极保护结合的措施。
管道防腐蚀是保证管道安全运行、延长使用寿命的重要措施，防腐层需要有良好的附着力、可抵抗介质渗透性、耐蚀性、优异的物理机械性能等。目前国、内外高压天然气管道工程最为成熟和普遍采用的防腐层为环氧粉末、三层PE结构防腐层、聚乙烯包覆层等。
根据提供极化电流的方法不同，阴极保护可分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种。在设计时应根据供电条件、介质电阻率、所需保护电流的大小等决定阴极保护的方法。
2.3、管道的焊接及检验
管道焊接方式、焊材的选择应根据焊接条件、管道母材、设计压力等诸多因素决定，尽量选择焊条的强度等级与管道母材一致或高于母材。管道焊接采用手工下向焊或半自动下向焊相结合的先进技术，保证焊接质量。
管道焊缝的外观检查和内部质量检验采用提高探伤比例和合格标准来保证管道安全，在设计中对接焊缝采用100%外观检查和100%射线检测。
2.4、管道试压
压力试验包括强度试验和严密性试验。高压天然气管道的压力试验应在执行国家标准、行业标准的同时，认真考虑压力试验的安全性、试验介质的来源与排放、试验介质对燃气输配系统的影响等因素。
3、结语
城市天然气管网工程设计关系到城市的建设、经济的发展、居民的日常生活。因此，设计的重点应该是采用技术成熟、可靠的材料和设备，以确保管道的长期安全稳定运行。另外，在满足安全要求的前提下，尽可能利用管网压力，进行详细的设计计算，合理确定管材及管径，选择合理的线路走向，降低管网工程造价，提高城市天然气管网运行的可靠性、安全性及经济性。
参考文献：
[1]王宏妹.设计压力≥2.5MPa高压天然气管道安全设计问题探讨[A].中国城市燃气协会安全管理工作委员会.城市燃气2.5兆帕以上压力燃气管道设计、施工、管理研讨会论文集[C].中国城市燃气协会安全管理工作委员会，2012：4.
[2]刘建辉.天然气储运关键技术研究及技术经济分析[D].华南理工大学，2012.
[3]张伟.天然气管道缺陷检测系统设计研究[D].哈尔滨工程大学，2013.