城镇燃气优化设计中的几个问题
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摘要：随着人们生活的日益提高，城镇中燃气设计的作用越来越明显，需要对设计进行优化，以适应城镇对于燃气的日益提高的要求。
关键词：城镇燃气；优化设计；发展趋势
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
前言
近年来，随着我国城市建设的发展，城市规模不断扩大，天然气的用气量急剧增加，燃气管网系统趋于庞大和复杂，各种威胁管网设施及用气安全的因素越来越多，管网规划设计是否科学、经济，将直接影响到燃气输配管网的安全和可靠。
一、城镇燃气优化设计中的问题
1、城镇燃气管网的管材选择
城镇燃气管网传统设计大都采用铸铁管和钢管，由于这些燃气管道长年埋设在地下，很容易发生腐蚀。为避免或延缓腐蚀对管道的影响，必然要对管道进行有效的防腐蚀处理，处理难度大，费用较高。由于PE管具有使用寿命长、易于维修、安装简单、成本低等优点，近年来在城镇燃气管网中开始被大量应用，特别是在中压管道中。
2、合理选择压力调节装置
城镇燃气管网优化设计与实现的关键环节之一是合理选择压力调节装置，主要是选用调压柜之类的带有主副调压器和超压切断器的压力调节装置。调压的特点如下：通过调压箱，可以找到压力调节装置的准确安全地点，这样即便出现了较为紧急的安全事故，也能够在最短时间内调节压力。压力调节装置要满足大型企业用户和工业锅炉用气量的需要，燃气流量的压力标准应当在调压器和压力调节装置的承受范围之内。使用主副调压器的最大好处在于，如果主调压器出现故障，副调压器就可以自动投入到供气的运行中，不会影响用户的使用。调压箱的合理使用可以大大节约工程建设费用和调压站的占地面积，不需要像原来那样以楼栋为单位进行压力调节，这就大幅度降低了调压设备管理的费用和日常维护费用的支出，也使得调压箱的数量大大减少。采用超压紧急切断阀后，即使是调压器管道出现压力不稳或调节器出现故障，紧急切断阀会自动关闭，这样既能保障燃气供应，又可保障供气安全。
3、燃气管道防腐设计
城镇燃气管道，有很大一部分都是埋在土壤中的金属管道，由于金属管道处于土壤中受各种外界原因的影响都会出现阳极区和阴极区，并在阳极区发生局部腐蚀，所以就需要对金属管道进行阴极保护。阴极保护就是利用外加手段迫使电解质中被保护金属表面都成为阴极，以达到抑制腐蚀的目的。在进行阴极保护时为了降低保护成本，需要金属管道有良好的防腐绝缘层设置。根据保护电流的供给方式，阴极保护技术可分为牺牲阳极法和强制电流法两种保护方法。采用牺牲阳极法的主要优点有：无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其他建构筑物、保护电流利用率高等，因此特别适合于城市范围内的埋地钢管腐蚀。另一方面，强制电流法则有：保护范围大、适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点，故适合用于长输管线或市郊管线的防腐。如应用于市区范围内时，则由于其会产生干扰电流而影响其他管线及建筑物，且还需要征地或占用建筑物，因此在实施时会带来较大的困难。因此，城市埋地燃气管道防腐的阴极保护宜用牺牲阳极法。当条件许可时，也可采用强制电流保护法。目前，在城市燃气输配管网中，已全面采用牺牲阳极法来进行管道防腐。
电防护法在选用时应符合以下要求：锌阳极不得使用在土壤电阻率＞200·m 的场合；镁阳极不宜使用在土壤电阻车＞100Ω·m 的场合；外加电流阴极保护法在选用时不受土壤电阻率的限制。采用牺牲阳极法时，选用阳极的保护效果应符合以下要求：对地电位应达到-0.85V 或更负；通电时，阴极电位较自然电位向负方向变化值应大于300mV；当土壤或水中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于0.5％时，通电后，对地电位应达到-0.95V 或更负。牺牲阳极在埋设时，与保护的燃气管道的距离不宜小于0.3m，也不宜大于 7m，埋设深度不宜小于 1m，且直埋设在潮湿的土壤中。埋设形式可采用立式或卧式。在阳极与保护管道之间，严禁设置其他金属构筑物。牺牲阳极检测桩、检测头在设置时应符合下列要求：检测桩、检测头宜设置在燃气主干管沿线；宜每 5 组牺牲阳极或至少1Km 设置 1 个检测桩；检测桩应设置在牺牲阳极附近，且宜安装在管道沿线中土壤腐蚀性强、湿度大、地下水位高或管道绝缘防腐层薄弱的地点；宜每在每个检测桩附近设置 1 个检测头。设置检查桩和检测头的目的：检测桩是为了监测牺牲阳极装置的保护电位。检测头是为了检测、掌握阴极保护系统运行后管道被保护状态而设置。在管道设计中冷弯弯管、热煨弯管、机制弯头及弹性敷设的适用范围及确定原则。在处理燃气管道改变平面位置或纵向上躲避交叉、过河、过铁路等问题时，管道转角的处理。在敷设燃气管道的道路上，遇有环岛、匝道等弯道时，确定合理的节点位置。在满足相关规范对弹性敷设的平面或垂直面的条件下，燃气管道弹性敷设的有关问题。
二、城镇燃气管网优化设计的发展趋势
1、快速化
城镇燃气管网一旦发生泄漏、火灾、爆炸等安全事故，将给社会和人民生命财产带来重大损失，造成严重的社会影响。因此，燃气公司必须建立快速反应和处理安全事故的机制和能力，因此除了工程技术措施外，在设计中，应当具备快速可靠的优化算法。城镇燃气管网的设计者也在不断探索和完善快速优化模型的过程中。
2、自动化
在城镇燃气管网的运营中，目前已广泛应用自动化控制，下一控制单元的操作由上一控制单元的运行情况直接影响，这就形成了城镇燃气管网优化设计条件苛刻、操作参数繁多、技术含量高的外部条件。因此，在进行城镇燃气管网优化设计时，必须考虑操作单元的运行参数。在满足输送工艺条件下，以整体费用为目标，合理优化调压站入气口的流量、调压站出气口的流量、压缩机数量等多个参数。
3、多目标化
城镇燃气管网的优化实质上属于多目标优化问题。在进行结构设计时，要充分考虑城镇燃气管网运营、建设费用及结构可靠度等多个因素，而不能像以往那样进行余量设计时不计成本。优化设计已经变为“综合优选”，而不再是以前的“校对和分析”。城镇燃气管网优化设计的目标在于利用现有资源来满足可靠性约束和常规约束，使管网的热力能耗指标、管网的动力能耗指标、管网投资成本指标等项达到最佳状态，同时，还应该充分考虑管道结构的稳定性、刚度、强度，降低输送成本，提高管道输送系统的可靠性，降低管道建设的投资。
以绍兴市为例，早期燃气管多采用铸铁管，最为最早敷设的城市燃气管网，在人工煤气时代起着重要作用。到目前这批管线使用年限均在12年以上，多处出现泄漏的情况，漏点多集中在铸铁管承插接口的地方，由于年限长原来用来密封的橡胶圈老化所以密封不严出现泄漏。管线修复难度比较大，因原管线大都分布在主城区，开挖施工几乎不可能，采用非开挖又因地下管线情况复杂实施难度也很大。只能因地制宜逐步进行修复和改造。
随着城市发展，沿线工商企业用户及居民用户日益增多，特别是商圈迅速发展，新建管道均采用钢管和聚乙烯燃气管，提高了管道的耐受力，还为后期提升天然气供应能力奠定了基础。
结束语
天然气作为新兴的能源，具有使用安全、热值高、洁净等优势，天然气应用已成为当前社会发展过程中广泛关注的热点问题。绍兴市除了发展工业商业和民用气以外，目前正在建设天然气车用气加气站。城镇燃气设计优化对于我国社会经济发展、整体社会稳定以及经济繁荣发展都具有重要的作用，只有重视其设计优化，才能使得城镇燃气更到更好的发展。
参考文献
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