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摘要：基于城市燃气输配系统为然气用户能够安全、有效用气，总结燃气工程在实际输配过程中的经验，浅析在燃气输配过程中需要注意的问题，对今后的燃气输配工程提供借鉴之用，也能促进天然气的建设和发展。
关键词：城市然气；输配系统；安全用气
中图分类号：TE64 文献标识码：A
1.引言
天然气作为一种优质高效的清洁能源和化工原料，具有巨大的资源潜力，目前已进入高速发展时期，也对城市燃气输配提出更高的技术要求，包括可靠的接收来气、有效的计量、输配管材的选定及监控切断、燃气入户。
2.燃气输配供气主体
城市燃气供气主体主要包括：城市居民生活用气、商业用气（含宾馆、餐饮、娱乐、医疗、教育、福利等）、工业用气、燃气空调及能源用气、燃气汽车用气、中小型“油改气”电厂用气等。城市燃气一般通过中压输配系统供气，设计压力0.15—0.3兆帕；燃气汽车、大中型工业用气、分布式能源系统用气一般通过次高压输配系统供气，设计压力1.6兆帕；中小型“油改气”电厂用气一般通过高压及以上压力级别输气系统供气，设计压力5.0兆帕。
天然气的应用技术相对成熟，但目前各主要城市燃气工程中，都遇到了燃气输送随楼层增高，附加压力减小，达到一定高度时，会使室内低压燃气管道阻力损失超过允许值，这种供气方式建筑物层高一般不应超过6～8层。如果采用楼栋调压能使可供气能力有所增强，但对于城市中20～30层的高层建筑，显然是不适合。与此同时，也需考虑远期使用天然气，附加压力会使高层燃具灶前压力增高，不稳定，达到一定高度必然使灶前压力超过允许值。因此，以研究城市燃气输配系统较为成熟的深圳经济特区，结合深圳市高层建筑管道的特点，采用储气调峰以利用次高压管网为主，中压（B）输送，中压（B）进户，户内调压的思路，很好地实现了安全、稳定供气目标。
3.城市然气输配系统
3.1 门站
天然气门站是城市天然氣输配系统的门户。负责接收来自长输管线分输站的天然气，经过滤、计量、调压、加臭后输送至城市高压管网或城市中压输配管网。门站安全、可靠地接收来气，连续稳定的运行和准确的计量，对城市燃气输配系统的保证安全供气有着关键性的作用。
3.2 计量与分析
传统的计量方法包括：孔板节流、涡轮、旋进旋涡、罗茨等。孔板节流计量精度高，但流量比较小（仅1:4），安装要求高（前20倍管径、后10倍管径），目前已很少采用。而涡轮及旋进旋涡流量计是近几年来普遍采用的计量装置，计量精度高，安装容易（前5倍管径、后3倍管径），但流量比不大（为1:20）。
目前大多数城市门站采用了国际上最先进的四通道超声波流量装置，计量精度高，流量比可达1:60以上。安装容易（前10倍管径、后5倍管径）。且在门站首次配备了分析小屋。所谓“分析小屋”就是在现场配备了天然气气质分析装置，并同时将进站天然气的压力、温度、流量及成分、热值等参数汇总传至中心控制室。以达到“热量计价”的目标。
3.3 监控式调压切断技术
城市然气工程门站的调压器、监控器、超压切断阀以及放散阀等设备是工艺流程中最主要的设备。其选型及参数控制的设定对保证设备稳定运行、下游设备和管网的安全保护非常重要。根据“连续稳定、安全可靠、分期实施、便于操作”的原则，城市然气工程门站工艺采用了目前燃气场站工艺设计中最安全可靠的“串并联监控、前置独立超压切断，微量放散加全流量先导放散”的技术路线，全部设备均采用意大利进口飞奥原装设备。
根据工艺流程及配置，在串并联监控、前置独立超压切断的前提条件下，调压器出口压力与切断压力设定值是不同的。
3.3.1串联监控 监控调压器出口压力设定值高于该路工作调压器出口压力设定值。在正常情况下，工作调压器向下游管路供气，监控调压器处于热备份状态，一旦工作调压器发生故障，整站的出口压力升高，当升高值达到监控调压器设定值时，监控调压器开始工作并稳定地向下游管路供气；当工作调压器修复并投运，出口压力恢复原状，监控调压器重新关闭并继续处于热备份状态。
若升高过快或监控调压器同时发生故障，出口压力继续升高值达到超压切断阀的设定值时，切断阀关闭切断该路，从而起到安全保护作用。切断阀关闭后需人工复位打开。
3.3.2并联监控 除满足串联监控要求外，每路的工作调压器设定值依次下降。有两种工况控制模式：
3.3.2.1正常运行工况调节：当下游用气低峰时，用气量较小，门站出口压力较高，第一路单路工作即可满足供气需要，其他各路处于热备份状态。当下游用气量逐步增加，门站出口压力逐渐降低，当降至第二路工作调压器的设定压力时，第二路工作调压器开启向下游管路供气，当下游用气量进一步增加，门站出口压力也进一步降低，当降至第三路工作调压器的设定压力时，第三路工作调压器开启向下游管路供气。依次类推。相反，当下游用气量逐步减少，门站出口压力逐渐回升，各路依次关闭，最后第一路单路工作即可满足供气需要，其他各路又处于热备份状态。
3.3.2.2事故工况调节：一旦第一路的工作调压器及监控调压器发生了故障，整站的出口压力升高，一直升高至第一路超压切断阀的压力设定值时，该路切断阀切断；随后出口压力降低，当降低至第二路工作调压器设定压力值时，第二路工作调压器开始正常工作向下游管路供气。此时，可关闭第一路调压器前、后球阀，将该管路内气体排空，对相应设备进行维修。
为保证由于工作调压路的调压器故障而引起的出口压力升高，不会导致备用调压路紧急切断阀切断，每路的切断阀设定值依次增加。当运行路发生事故，导致出口压力过高（出口压力达到运行路的切断压力），由于切断阀的反应速度<0.3秒，高速截断运行路，而备用路的切断阀设定压力要高于运行路切断阀的设定值，因此，当运行路切断时，运行路的出口压力没有达到备用路的切断阀的设定压力，备用路的切断阀不发生作用，继续供气。
门站调压前放散是预防上游场站输入压力超标的安全保护装置。由于上述工艺已经实现了调压后超压切断的安全要求，因此各路出口汇管上设置的安全放散阀，只是一种安全双保险措施。而各路的微量放散仅仅是对调压设备的投运调试、精度稳定发挥作用，不承担系统的安全保护工作。
上述运行工况状态均有信号传送到站控及中控系统。控制系统可及时了解出口压力变化、各路的启闭状态、故障设备及切断状态等，协调各门站及调压站的流量分配并及时指挥工作人员修复故障设备、开启切断阀等。与传统的调压工艺设计及设备配置相比有以下几个特点：
a、全部实现了“运行稳定、控制安全、调度自动，确保供气”的要求，同时减少人工操作工作量。避免误操作的发生。
b、由于逐级降压，尽管对调压装置的通过能力没有影响，但管线起点压力的降低，对管线通过能力将有所削弱。因此，并联监控的回路不宜过多，原则上不应超过3路。
c、各级压力设定级差视调压器和切断阀的稳定精度而定，级差越大，最后一路的调压出口压力越低，对管道的通过能力影响越大。反之，级差越小，各路的调压设备启闭越频繁，系统稳定性越差。根据意大利飞奥设备稳定精度，上海飞奥推荐的设定级差为5%。
特别值得注意的是工作调压器与监控调压器有本质区别，工作调压器是升压关闭，降压开启工作；而监控调压器是升压开启工作，降压全通热备。
3.4 城市然气输送管线
3.4.1管道材质及成型技术
天然气次高压管网是深圳市天然气输配系统的主动脉。
根据我国的具体情况及管道建设与运营的实践经验，综合国内钢管的供货能力及价格，按照安全、经济、方便的原则，次高压管道宜采用L360材质，且：
3.4.1.1 DN500钢管：宜采用直缝双面埋弧焊钢管，UOE成型工艺技术。
3.4.1.2 DN400钢管：宜采用直缝双面埋弧焊钢管，JCOE成型工艺技术。
3.4.1.3 DN300钢管：宜采用直缝高频电阻焊钢管（ERW）。
3.4.1.4 无论选用何种成型工艺技术，建议在管材选用采购时，必须满足以下技术要求：
a 板材宜采用宝钢、鞍钢等国内骨干钢厂的优质板材；
b 成型前，所有板材需100%超声波检验；
c 水压前，成型管焊缝100%超声波检验；
d 成型管100%水压扩径及强度试验；
e 水压后，成型管焊缝100%超声波检验、100%X射线检验；管端焊缝100%磁粉检验；
f 管道成型厂家最好应具备配套管件（弯头、三通、异径管等）的制作能力，以便于结合工程实际情况，控制产品采购质量、保证工程进度、协调售后服务。
g 管道成型厂家最好应具备三层PE防腐层的制作能力，以减少运输成本、防止管道及防腐层在运输、装卸过程的损伤。
3.4.2电液联动阀室
3.4.2.1天然气线路阀门的设置原则：截断阀之间最大间距不大于5公里；截断阀的位置尽量选择在交通方便、地形开阔、地形较高的地方，以方便生产管理和防止水浸；长度超过100米的支线均应在起点处设置阀门；穿越大型河流、铁路以及定向钻等特殊地段应增设阀门；两个相邻阀门关闭后，受其影响的次高压支线数不大于2条，受影响的一个调压站的用户由相邻调压站通过中压管道系统供气，可确保供气的安全稳定；两个相邻阀门关闭后，中间管段的放空時间小于30分钟。
3.4.2.2天然气线路上常用的切断阀为球阀和闸阀两种类型。相比而言，球阀具有承压较高，密封可靠，通过能力大，阻力小，启闭控制灵活，体积适当，开关速度快，安装高度低，便于操作等优点，目前在国内外天然气管线上被普遍采用。
4.结论
城市燃气输配系统的建设是一个重要的、复杂的工程。无论是旧有管网改造还是新建管线，在进行城市燃气管网规划设计时，需全面进行技术经济比较分析，达到城市燃气管网布局合理、规范、安全、维护方便的目的，也可大大减少投资费用。
参考文献：
[1]GB50028-2006城镇燃气设计规范[S].2006
[2]GB 50251-2008输气管道工程设计规范[S].2008
[3]Q/SRJ03.19-2004《天然气高压管道线路设计、施工及验收若干技术指引》[Z].2004
[4]杨光，王文想等人。深圳市天然气次高压输配系统事故应急推演 [J].燃气经营管理与经济，2008，28（9）：40-44.
关键词：城市然气；输配系统；安全用气
中图分类号：TE64 文献标识码：A
1.引言
天然气作为一种优质高效的清洁能源和化工原料，具有巨大的资源潜力，目前已进入高速发展时期，也对城市燃气输配提出更高的技术要求，包括可靠的接收来气、有效的计量、输配管材的选定及监控切断、燃气入户。
2.燃气输配供气主体
城市燃气供气主体主要包括：城市居民生活用气、商业用气（含宾馆、餐饮、娱乐、医疗、教育、福利等）、工业用气、燃气空调及能源用气、燃气汽车用气、中小型“油改气”电厂用气等。城市燃气一般通过中压输配系统供气，设计压力0.15—0.3兆帕；燃气汽车、大中型工业用气、分布式能源系统用气一般通过次高压输配系统供气，设计压力1.6兆帕；中小型“油改气”电厂用气一般通过高压及以上压力级别输气系统供气，设计压力5.0兆帕。
天然气的应用技术相对成熟，但目前各主要城市燃气工程中，都遇到了燃气输送随楼层增高，附加压力减小，达到一定高度时，会使室内低压燃气管道阻力损失超过允许值，这种供气方式建筑物层高一般不应超过6～8层。如果采用楼栋调压能使可供气能力有所增强，但对于城市中20～30层的高层建筑，显然是不适合。与此同时，也需考虑远期使用天然气，附加压力会使高层燃具灶前压力增高，不稳定，达到一定高度必然使灶前压力超过允许值。因此，以研究城市燃气输配系统较为成熟的深圳经济特区，结合深圳市高层建筑管道的特点，采用储气调峰以利用次高压管网为主，中压（B）输送，中压（B）进户，户内调压的思路，很好地实现了安全、稳定供气目标。
3.城市然气输配系统
3.1 门站
天然气门站是城市天然氣输配系统的门户。负责接收来自长输管线分输站的天然气，经过滤、计量、调压、加臭后输送至城市高压管网或城市中压输配管网。门站安全、可靠地接收来气，连续稳定的运行和准确的计量，对城市燃气输配系统的保证安全供气有着关键性的作用。
3.2 计量与分析
传统的计量方法包括：孔板节流、涡轮、旋进旋涡、罗茨等。孔板节流计量精度高，但流量比较小（仅1:4），安装要求高（前20倍管径、后10倍管径），目前已很少采用。而涡轮及旋进旋涡流量计是近几年来普遍采用的计量装置，计量精度高，安装容易（前5倍管径、后3倍管径），但流量比不大（为1:20）。
目前大多数城市门站采用了国际上最先进的四通道超声波流量装置，计量精度高，流量比可达1:60以上。安装容易（前10倍管径、后5倍管径）。且在门站首次配备了分析小屋。所谓“分析小屋”就是在现场配备了天然气气质分析装置，并同时将进站天然气的压力、温度、流量及成分、热值等参数汇总传至中心控制室。以达到“热量计价”的目标。
3.3 监控式调压切断技术
城市然气工程门站的调压器、监控器、超压切断阀以及放散阀等设备是工艺流程中最主要的设备。其选型及参数控制的设定对保证设备稳定运行、下游设备和管网的安全保护非常重要。根据“连续稳定、安全可靠、分期实施、便于操作”的原则，城市然气工程门站工艺采用了目前燃气场站工艺设计中最安全可靠的“串并联监控、前置独立超压切断，微量放散加全流量先导放散”的技术路线，全部设备均采用意大利进口飞奥原装设备。
根据工艺流程及配置，在串并联监控、前置独立超压切断的前提条件下，调压器出口压力与切断压力设定值是不同的。
3.3.1串联监控 监控调压器出口压力设定值高于该路工作调压器出口压力设定值。在正常情况下，工作调压器向下游管路供气，监控调压器处于热备份状态，一旦工作调压器发生故障，整站的出口压力升高，当升高值达到监控调压器设定值时，监控调压器开始工作并稳定地向下游管路供气；当工作调压器修复并投运，出口压力恢复原状，监控调压器重新关闭并继续处于热备份状态。
若升高过快或监控调压器同时发生故障，出口压力继续升高值达到超压切断阀的设定值时，切断阀关闭切断该路，从而起到安全保护作用。切断阀关闭后需人工复位打开。
3.3.2并联监控 除满足串联监控要求外，每路的工作调压器设定值依次下降。有两种工况控制模式：
3.3.2.1正常运行工况调节：当下游用气低峰时，用气量较小，门站出口压力较高，第一路单路工作即可满足供气需要，其他各路处于热备份状态。当下游用气量逐步增加，门站出口压力逐渐降低，当降至第二路工作调压器的设定压力时，第二路工作调压器开启向下游管路供气，当下游用气量进一步增加，门站出口压力也进一步降低，当降至第三路工作调压器的设定压力时，第三路工作调压器开启向下游管路供气。依次类推。相反，当下游用气量逐步减少，门站出口压力逐渐回升，各路依次关闭，最后第一路单路工作即可满足供气需要，其他各路又处于热备份状态。
3.3.2.2事故工况调节：一旦第一路的工作调压器及监控调压器发生了故障，整站的出口压力升高，一直升高至第一路超压切断阀的压力设定值时，该路切断阀切断；随后出口压力降低，当降低至第二路工作调压器设定压力值时，第二路工作调压器开始正常工作向下游管路供气。此时，可关闭第一路调压器前、后球阀，将该管路内气体排空，对相应设备进行维修。
为保证由于工作调压路的调压器故障而引起的出口压力升高，不会导致备用调压路紧急切断阀切断，每路的切断阀设定值依次增加。当运行路发生事故，导致出口压力过高（出口压力达到运行路的切断压力），由于切断阀的反应速度<0.3秒，高速截断运行路，而备用路的切断阀设定压力要高于运行路切断阀的设定值，因此，当运行路切断时，运行路的出口压力没有达到备用路的切断阀的设定压力，备用路的切断阀不发生作用，继续供气。
门站调压前放散是预防上游场站输入压力超标的安全保护装置。由于上述工艺已经实现了调压后超压切断的安全要求，因此各路出口汇管上设置的安全放散阀，只是一种安全双保险措施。而各路的微量放散仅仅是对调压设备的投运调试、精度稳定发挥作用，不承担系统的安全保护工作。
上述运行工况状态均有信号传送到站控及中控系统。控制系统可及时了解出口压力变化、各路的启闭状态、故障设备及切断状态等，协调各门站及调压站的流量分配并及时指挥工作人员修复故障设备、开启切断阀等。与传统的调压工艺设计及设备配置相比有以下几个特点：
a、全部实现了“运行稳定、控制安全、调度自动，确保供气”的要求，同时减少人工操作工作量。避免误操作的发生。
b、由于逐级降压，尽管对调压装置的通过能力没有影响，但管线起点压力的降低，对管线通过能力将有所削弱。因此，并联监控的回路不宜过多，原则上不应超过3路。
c、各级压力设定级差视调压器和切断阀的稳定精度而定，级差越大，最后一路的调压出口压力越低，对管道的通过能力影响越大。反之，级差越小，各路的调压设备启闭越频繁，系统稳定性越差。根据意大利飞奥设备稳定精度，上海飞奥推荐的设定级差为5%。
特别值得注意的是工作调压器与监控调压器有本质区别，工作调压器是升压关闭，降压开启工作；而监控调压器是升压开启工作，降压全通热备。
3.4 城市然气输送管线
3.4.1管道材质及成型技术
天然气次高压管网是深圳市天然气输配系统的主动脉。
根据我国的具体情况及管道建设与运营的实践经验，综合国内钢管的供货能力及价格，按照安全、经济、方便的原则，次高压管道宜采用L360材质，且：
3.4.1.1 DN500钢管：宜采用直缝双面埋弧焊钢管，UOE成型工艺技术。
3.4.1.2 DN400钢管：宜采用直缝双面埋弧焊钢管，JCOE成型工艺技术。
3.4.1.3 DN300钢管：宜采用直缝高频电阻焊钢管（ERW）。
3.4.1.4 无论选用何种成型工艺技术，建议在管材选用采购时，必须满足以下技术要求：
a 板材宜采用宝钢、鞍钢等国内骨干钢厂的优质板材；
b 成型前，所有板材需100%超声波检验；
c 水压前，成型管焊缝100%超声波检验；
d 成型管100%水压扩径及强度试验；
e 水压后，成型管焊缝100%超声波检验、100%X射线检验；管端焊缝100%磁粉检验；
f 管道成型厂家最好应具备配套管件（弯头、三通、异径管等）的制作能力，以便于结合工程实际情况，控制产品采购质量、保证工程进度、协调售后服务。
g 管道成型厂家最好应具备三层PE防腐层的制作能力，以减少运输成本、防止管道及防腐层在运输、装卸过程的损伤。
3.4.2电液联动阀室
3.4.2.1天然气线路阀门的设置原则：截断阀之间最大间距不大于5公里；截断阀的位置尽量选择在交通方便、地形开阔、地形较高的地方，以方便生产管理和防止水浸；长度超过100米的支线均应在起点处设置阀门；穿越大型河流、铁路以及定向钻等特殊地段应增设阀门；两个相邻阀门关闭后，受其影响的次高压支线数不大于2条，受影响的一个调压站的用户由相邻调压站通过中压管道系统供气，可确保供气的安全稳定；两个相邻阀门关闭后，中间管段的放空時间小于30分钟。
3.4.2.2天然气线路上常用的切断阀为球阀和闸阀两种类型。相比而言，球阀具有承压较高，密封可靠，通过能力大，阻力小，启闭控制灵活，体积适当，开关速度快，安装高度低，便于操作等优点，目前在国内外天然气管线上被普遍采用。
4.结论
城市燃气输配系统的建设是一个重要的、复杂的工程。无论是旧有管网改造还是新建管线，在进行城市燃气管网规划设计时，需全面进行技术经济比较分析，达到城市燃气管网布局合理、规范、安全、维护方便的目的，也可大大减少投资费用。
参考文献：
[1]GB50028-2006城镇燃气设计规范[S].2006
[2]GB 50251-2008输气管道工程设计规范[S].2008
[3]Q/SRJ03.19-2004《天然气高压管道线路设计、施工及验收若干技术指引》[Z].2004
[4]杨光，王文想等人。深圳市天然气次高压输配系统事故应急推演 [J].燃气经营管理与经济，2008，28（9）：40-44.