城市天然氣管網(wǎng)的分類(lèi)及其選擇

城市天然氣管網(wǎng)的分類(lèi)及其選擇

一、天然氣管網(wǎng)的分類(lèi)

城市配氣管網(wǎng)是將門(mén)站(接收站)的天然氣輸送到各儲(chǔ)氣點(diǎn)、調(diào)壓站、天然氣用戶(hù)，并保證沿途輸氣安全可靠。配氣管網(wǎng)可按管網(wǎng)形狀、輸氣壓力、敷設(shè)方式、用途等加以分類(lèi)。

1.按管網(wǎng)形狀分類(lèi)

(1)枝狀管網(wǎng)

以干管為主管，呈放射狀由主管引出分配管而不成環(huán)狀。適用于較小城鎮(zhèn)和企業(yè)內(nèi)部，它的特點(diǎn)是每個(gè)用氣點(diǎn)和氣體只來(lái)自一個(gè)方向。在城市配氣系統(tǒng)中一般不單獨(dú)使用。

(2)環(huán)狀管網(wǎng)

管道聯(lián)成封閉的環(huán)狀，在同一個(gè)環(huán)中，輸氣壓力處于同一級(jí)制。它是城市配氣系統(tǒng)的基本形式，可由兩個(gè)或多個(gè)方向供氣，當(dāng)管網(wǎng)局部發(fā)生故障時(shí)，不致造成全面中斷供氣，影響面小，可靠性高。由于環(huán)狀管網(wǎng)中的氣體分布比較均勻，天然氣可以同時(shí)沿幾條管線流動(dòng)，因此環(huán)狀管網(wǎng)的直徑可比枝狀管網(wǎng)小，但環(huán)狀管網(wǎng)總長(zhǎng)比枝狀管網(wǎng)長(zhǎng)，投資也較大。

(3)環(huán)枝狀管網(wǎng)

枝狀和環(huán)狀混合使用的一種管網(wǎng)形式，綜合了枝、環(huán)狀管網(wǎng)特點(diǎn)，因此是工程制定中常用的管網(wǎng)形式。

2.按管網(wǎng)壓力級(jí)制分類(lèi)

由于輸氣管道的氣密性與其他管道相比，有特別嚴(yán)格的要求，管道漏氣可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒或其他事故。輸氣管道中的壓力越高，管道接頭脫開(kāi)或管道本身出現(xiàn)裂縫的可能性和危險(xiǎn)性越大。輸氣壓力不同，對(duì)管道材質(zhì)、安裝質(zhì)量、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行管理的要求也不同。

我國(guó)城市配氣管網(wǎng)按輸氣表壓P分七級(jí)：

①低壓配氣管網(wǎng)

p＜0.01MPa；

②中壓配氣管網(wǎng)B

≤p≤

③中壓配氣管網(wǎng)A

0.02MPa＜p≤

④次高壓配氣管網(wǎng)B

0.4MPa＜p≤

⑤次高壓配氣管網(wǎng)A

0.8MPa＜p≤

⑥高壓配氣管網(wǎng)B

1.6MPa＜p≤

⑦高壓配氣管網(wǎng)A

2.5MPa＜p≤

居民用戶(hù)和小型公共建筑用戶(hù)一般直接由低壓管網(wǎng)供氣，輸送天然氣時(shí)不大于0.0035MPa。當(dāng)連在低壓管網(wǎng)上的用戶(hù)都安裝用戶(hù)調(diào)壓器時(shí)，壓力也不大于0.005MPa。

高壓和中壓管網(wǎng)必須通過(guò)區(qū)域調(diào)壓室和用戶(hù)專(zhuān)用調(diào)壓室才能向較低一級(jí)壓力的管網(wǎng)和低壓管網(wǎng)供氣，或給工業(yè)企業(yè)、大型公共建筑用戶(hù)以及鍋爐房供氣。

城市各級(jí)壓力管網(wǎng)干管，特別是中壓以上壓力較高的管道，是供氣的主動(dòng)脈，應(yīng)連成環(huán)網(wǎng)，初建時(shí)也可是半環(huán)形或枝狀管道，但應(yīng)逐步構(gòu)成環(huán)網(wǎng)。

3.按敷設(shè)方式分類(lèi)

一般城市中的輸氣管道埋設(shè)于土壤中，當(dāng)管段需要穿越鐵路、公路時(shí)，有時(shí)需要加設(shè)套管或管溝，因此有直接埋設(shè)和間接埋設(shè)兩種。

(2)架空管道

工廠廠區(qū)、管道跨越障礙物以及建筑物內(nèi)的天然氣管道，常采納架空敷設(shè)的方式。

4.按用途分類(lèi)

(1)長(zhǎng)距離輸氣管線

其干管及支管的末端連接城市或大型工業(yè)企業(yè)，作為該供氣區(qū)的氣源點(diǎn)。

(2)城市管道

①分配管道。在供氣區(qū)將天然氣分配到工業(yè)企業(yè)用戶(hù)、公共建筑用戶(hù)和居民用戶(hù)。分配管道包括街區(qū)和庭院分配管道。

②用戶(hù)引入管。將天然氣從分配管道引到用戶(hù)室內(nèi)管道引入口的總閥門(mén)。

③室內(nèi)管道。通過(guò)用戶(hù)管道引入H的總閥門(mén)將天然氣引向室內(nèi)，并分配到每個(gè)用具。

(3)工業(yè)企業(yè)管道

①工廠引入管和廠區(qū)管道。將天然氣從城市管道引入工廠，分送到各用氣車(chē)間。

②車(chē)間管道。從車(chē)間的管道引入口將天然氣送到車(chē)間內(nèi)各個(gè)用氣設(shè)備(如窯爐)。

③爐前管道。從支管將天然氣分送給爐上各個(gè)燃燒設(shè)備。

二、城市配氣管網(wǎng)及其選擇

1.城市配氣系統(tǒng)的組成

一個(gè)完整的城市配氣系統(tǒng)應(yīng)包括如下幾項(xiàng)。

(1)配氣站

配氣站建于干線輸氣管或其支管的終點(diǎn)，其任務(wù)是接受輸氣管來(lái)的天然氣，進(jìn)行除塵、計(jì)量、質(zhì)量檢測(cè)、調(diào)壓、加臭，然后把天然氣送入配氣管網(wǎng)，并堅(jiān)持管網(wǎng)必須的壓力。配氣站既是干線輸氣管的最后一站，又是城市配氣系統(tǒng)的首個(gè)建筑物，又叫門(mén)站。

(2)配氣管網(wǎng)

配氣管網(wǎng)是城市內(nèi)部輸送和分配天然氣的管網(wǎng)，它把天然氣從配氣站按不同壓力級(jí)制輸送到各類(lèi)用戶(hù)。

(3)各類(lèi)型的儲(chǔ)氣設(shè)施和儲(chǔ)氣庫(kù)

為了調(diào)節(jié)用氣的不均衡性，必須建設(shè)各類(lèi)型的儲(chǔ)氣設(shè)施。其中干線輸氣管末端和各種類(lèi)型的儲(chǔ)氣站的主要任務(wù)是調(diào)節(jié)晝夜用氣的不均衡性，而各種類(lèi)型的儲(chǔ)氣庫(kù)是調(diào)節(jié)季節(jié)用氣不均衡性的主要設(shè)施。儲(chǔ)氣站經(jīng)常與配氣站合建，稱(chēng)為儲(chǔ)配站。

為降低管網(wǎng)投資，大中城市的天然氣配氣系統(tǒng)常設(shè)置兩個(gè)以上的儲(chǔ)配站，小城市僅在氣源四周設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)配站。對(duì)兩個(gè)以上的儲(chǔ)配站，除了在氣源四周設(shè)置一個(gè)外，通常在與氣源相對(duì)的一側(cè)設(shè)置，即常稱(chēng)為對(duì)置式布置。在用氣高峰時(shí)，兩站同時(shí)向用氣地區(qū)供氣，使儲(chǔ)配站供氣范圍和水力半徑縮短，減小管道管徑，同時(shí)兩點(diǎn)供氣比單一供氣安全可靠。

(4)各類(lèi)調(diào)壓站

建于各級(jí)配氣管網(wǎng)或某些專(zhuān)門(mén)用戶(hù)之前，主要設(shè)備是調(diào)壓器。它的任務(wù)是將輸氣管網(wǎng)的壓力減壓到下一級(jí)管網(wǎng)或用戶(hù)所需的壓力，并堅(jiān)持調(diào)節(jié)后的壓力穩(wěn)定，從而滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的需要。

在一個(gè)配氣系統(tǒng)中還應(yīng)設(shè)有維護(hù)管理中心和監(jiān)控與調(diào)度中心，宜采納標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的站室、構(gòu)筑物和設(shè)備，保證系統(tǒng)在運(yùn)行管理方面是安全的，在修理檢測(cè)方面是簡(jiǎn)便的。還應(yīng)合計(jì)在檢修或發(fā)生故障時(shí)，可關(guān)斷某些部分管段而不致影響全系統(tǒng)工作，堅(jiān)持不間斷地、可靠地供氣。

2.城市配氣系統(tǒng)的選擇

(1)城市天然氣管道系統(tǒng)

城市配氣系統(tǒng)的主要部分是天然氣管網(wǎng)，依據(jù)所采納的管網(wǎng)壓力級(jí)制不同可分類(lèi)如下：

①單級(jí)系統(tǒng)：僅用低壓或中壓一種壓力級(jí)制的管網(wǎng)來(lái)分配和供給天然氣，一般只適用于供氣區(qū)域小，供氣范圍不超過(guò)2～3km的小城鎮(zhèn)。

②二級(jí)系統(tǒng)：由低壓和中壓B或低壓和中壓A兩種壓力級(jí)制組成的管網(wǎng)系統(tǒng)。

③三級(jí)系統(tǒng)：以低壓、中壓B(或中壓A)和高壓B(或高壓A)三種壓力級(jí)別組成的管網(wǎng)系統(tǒng)。

④多級(jí)系統(tǒng)：由低壓、中壓B、中壓A、高壓B和高壓A，甚至更高壓力組成的多種壓力級(jí)別的管網(wǎng)系統(tǒng)。

(2)選擇城市天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)合計(jì)的因素

無(wú)論是舊有的城市，還是新建的城市，在選擇配氣管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)主要合計(jì)如下諸多因素。

①氣源狀況：氣井的布置及規(guī)模，產(chǎn)氣層的數(shù)目和性能，供氣量和供氣壓力，天然氣近期、遠(yuǎn)期規(guī)劃發(fā)展等。

②城市規(guī)模、遠(yuǎn)景規(guī)劃狀況、街區(qū)和道路現(xiàn)狀和規(guī)劃、建筑特點(diǎn)、人口密度、各種類(lèi)型用戶(hù)數(shù)量、分布和供氣方針。

③儲(chǔ)氣、壓送、調(diào)壓等設(shè)備和管道材料、管道附件的供應(yīng)、生產(chǎn)狀況，運(yùn)行管理費(fèi)用。

④城市的地理地形條件，河流、湖泊、鐵路等天然及人工障礙物的分布狀況。

⑤城市地下管線和地下建筑物、構(gòu)筑物的現(xiàn)狀和改建、擴(kuò)建規(guī)劃。

在全面綜合合計(jì)上述諸因素的基礎(chǔ)上，提出數(shù)個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和評(píng)價(jià)，選用經(jīng)濟(jì)合理的最正確方案。方案的比較必須在技術(shù)指標(biāo)和工作可靠性相同的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

(3)城市天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)舉例①低壓供氣方式和低壓?jiǎn)渭?jí)管網(wǎng)系統(tǒng)。低壓?jiǎn)渭?jí)管網(wǎng)系統(tǒng)如圖4-2所示，從低壓氣源(儲(chǔ)配站)送出天然氣利用儲(chǔ)氣罐的壓力進(jìn)入低壓管網(wǎng)。儲(chǔ)氣罐容積較小時(shí)，也可不設(shè)穩(wěn)壓器。該系統(tǒng)隨著儲(chǔ)氣罐鐘罩及塔節(jié)的升降，會(huì)產(chǎn)生0.5～1.OkPa的壓力波動(dòng)，因而供氣壓力不穩(wěn)定且壓力低，致使輸送管道直徑較大。

低壓供氣和低壓?jiǎn)渭?jí)管網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：

a.系統(tǒng)簡(jiǎn)單，管理維護(hù)方便；

b.供氣安全可靠，無(wú)需壓縮費(fèi)用或只需少量壓縮費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用低；

c.假設(shè)供氣區(qū)域較大，則需敷設(shè)較大管徑的管道，管材用量將急劇增加而不經(jīng)濟(jì)。

②中壓供氣方式和中一低兩級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)。中壓?jiǎn)渭?jí)管網(wǎng)系統(tǒng)如圖4-3所示，天然氣自長(zhǎng)輸管線送入城市門(mén)站，經(jīng)過(guò)調(diào)壓送入中壓輸氣干管，再由輸氣干管送入配氣管網(wǎng)。最后經(jīng)過(guò)箱式調(diào)壓器或用戶(hù)調(diào)壓器送至用戶(hù)燃具前。

該系統(tǒng)減少了管材，故投資省，比中低二級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)省管網(wǎng)投資20%左右。由于采納了箱式調(diào)壓器或用戶(hù)調(diào)壓器供氣，可保證所有用戶(hù)灶具在額定壓力下工作，從而提升了燃燒效率。但該系統(tǒng)安裝水平高，供氣安全性比低壓?jiǎn)渭?jí)管網(wǎng)差。中壓A-低壓兩級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)如圖4-4所示，天然氣由長(zhǎng)輸管線從東西兩個(gè)方向經(jīng)配氣站送入該城市。中壓A管道連成環(huán)網(wǎng)，通過(guò)區(qū)域調(diào)壓站向低壓管網(wǎng)供氣，通過(guò)專(zhuān)用調(diào)壓站向工業(yè)企業(yè)供氣。輸氣干管管徑較小，節(jié)省投資。低壓管網(wǎng)依據(jù)地理?xiàng)l件分成三個(gè)互不連通的區(qū)域管網(wǎng)向居民用戶(hù)和小型公共建筑用戶(hù)供氣。從供氣安全可靠的角度，一個(gè)大型或中型城市的低壓管網(wǎng)連成大片環(huán)網(wǎng)的必要性不大，穿過(guò)較多河流、湖泊、鐵路和公路干線也并不合理。不同壓力級(jí)制的管網(wǎng)應(yīng)通過(guò)幾個(gè)調(diào)壓站來(lái)連接，以保證各別調(diào)壓站關(guān)斷后仍能正常供氣。這樣的管網(wǎng)方案是比較可靠和經(jīng)濟(jì)的。

中壓供氣和中-低壓兩級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：

a.因輸氣壓力高于低壓供氣，輸氣能力較大，可用較小的管徑輸送較多量天然氣，節(jié)省管網(wǎng)投資費(fèi)用；

b.只要合理設(shè)置中-低壓調(diào)壓器，就能維持比較穩(wěn)定的供氣壓力；

c.由于有中低兩級(jí)壓力級(jí)制，需要設(shè)有壓縮機(jī)和調(diào)壓器，因而維護(hù)管理較復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高；

d.由于壓縮機(jī)需要?jiǎng)恿χ苿?dòng)，一旦儲(chǔ)配站停電或其他事故，會(huì)影響正常供氣，因此供氣可靠性比低壓?jiǎn)渭?jí)管網(wǎng)差。③高壓供氣方式和高-中-低三級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)。高-中-低三級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)如圖4-5，氣源來(lái)自長(zhǎng)輸管線的高壓天然氣從天然氣門(mén)站經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量后輸出，進(jìn)入城市高壓管網(wǎng)，然后經(jīng)區(qū)域高-中壓調(diào)壓器調(diào)至中壓，輸入中壓管網(wǎng)，再經(jīng)區(qū)域中一低調(diào)壓器調(diào)成低壓，由低壓管網(wǎng)供應(yīng)天然氣用戶(hù)。

高壓供氣和高-中-低三級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。

a.高壓管道的輸送能力比中壓管道更大，所用管徑更小，因此供應(yīng)范圍大、供氣量大，距離較遠(yuǎn)，可節(jié)省管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)投資；

b.因采納管道儲(chǔ)氣或高壓儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣，可保證在短期停電事故時(shí)仍能供應(yīng)天然氣；

c.高壓管道一般布置在人口稀有的郊區(qū)，供氣比較安全可靠；

d.在同一條道路上往往要敷設(shè)兩條不同壓力等級(jí)的管道，配置的多級(jí)管道和調(diào)壓器系統(tǒng)復(fù)雜，增加了運(yùn)行維護(hù)管理的難度。④多級(jí)管道系統(tǒng)。多級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)主要用于人口多、密度大的特大型城市。如圖4-6所示的五級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)(圖上未畫(huà)出低壓管