[科普中国]-城镇天然气输配系统

城镇天然气输配系统有两种基本方式：一种是管道输配系统；一种是液化石油气瓶装系统。管道输配系统一般由接受站(或门站)、输配管网、储气设施、调压设施以及运行管理设施和监控系统等共同组成。

1、接受站

接受站(门站)负责接受气源厂、矿(包括煤制气厂、天然气、矿井气及有余气可供应用的工厂等)输入城镇使用的天然气，进行计量、质量检测，按城镇供气的输配要求，控制与调节向城镇供应的天然气流量与压力，必要时还需对天然气进行净化.

2、输配管网

输配管网是将接受站(门站)的天然气输送至各储气点、调压室、天然气用户，并保证沿途输气安全可靠。

3、天然气储配站

储配站的作用一是储存一定量的天然气以供用气高峰时调峰用；二是当输气设施发生暂时故障、维修管道时，保证一定程度的供气；三是对使用的多种天然气进行混合，使其组份均匀；四是将天然气加压（减压）以保证输配管网或用户燃具前天然气有足够的压力。

4、天然气调压室

调压室是将输气管网的压力调节至下一级管网或用户所需的压力，并使调节后的天然气压力保持稳定。1

分类天然气管道根据用途、敷设方式、输气压力、管网压力级制分类。

(一)根据用途分类

1.长距离输气管线

其干管及支管的末端连接城市或大型工业企业，作为该供应区的气源点。

2.城市天然气管道

(1)分配管道

在供气地区将天然气分配给工业企业用户、公共建筑用户和居民用户。分配管道包括街区的和庭院的分配管道。

(2)用户引入管

将天然气从分配管道引到用户室内管到引入口处的总阀门。

(3)室内姗气管道通过用户管道引入口的总阀门将姗气引向室内，并分配到每个天然气用具。

3.工业企业天然气管道

(1)工厂引入管和厂区天然气管道

将天然气从城市天然气管道引入工厂，分送到各用气车间。

(2)车间天然气管道

从车间的管道引入口将天然气送到车间内各个用气设备(如窑炉)。车间天然气管道包括干管和支管。

(3)护前天然气管道从支管将天然气分送给炉上各个燃烧设备。

(二)根据敷设方式分类

1.地下天然气管道

一般在城市中常采用地下敷设。

2.架空天然气管道

在管道通过障碍时，或在工厂区为了管理维修方便，采用架空敷设。

(三)根据输气压力分类

天然气管道之所以要根据输气压力来分级，是因为天然气管道的气密性与其它管道相比，有特别严格的要求，漏气可能导致火灾、爆炸、中毒成其它事敌。天然气管道中的压力越高，管道接头脱开或管道本身出现裂缝的可能性和危险性也越大。当管道内天然气的压力不同时，对管道材质、安装质量、检验标准和运行管理的要求也不同。

我国城市天然气管道根据输气压力一般分为:

1.低压天然气管道：压力小于5kPa；

2.中压天然气管道：压力为5kPa~0.15MPa；

3.次高压天然气管道：压力为0.15MPa~0.15MPa；

4.高压天然气管道：压力为0.3MPa~0.8MPa；

5.超高压天然气管道：压力大于0.8MPa。

居民用户和小型公共建筑用户一般直接由低压管道供气。

中压和次高压管道必须通过区域调压室或用户专用调压室才能给城市分配管网中的低压和中压管道供气，或给工厂企业、天型公共建筑用户以及锅炉房供气。

一般由城市高压天然气管道构成大城市输配管网系统的外环环网，高压天然气管道也是给大城市供气的主动脉。高压天然气必须通过调压室才能送入次高压或中压管道，送人高压贮气罐站以及工艺需要高压墩气的天型工厂企业。

超高压输气管道通常是贯穿省、地区或连接城市的长输管线，它有时也构成大型城市输配管网系统的外环环网。1

（四）按管网压力级制分类

按管网压力级制分类

城镇燃气管网系统根据所采用的管网压力级制不同可分为：

（1）单级系统 仅有低压或中压一种压力级别的管网输配系统。

（2）二级管网系统 具有两种压力等级的管网系统组成。

（3）三级管网系统 由低压、中压和次高压三种压力级别组成的管网系统。

（4）多级管网系统 由低压、中压、次高压和高压多种压力级别组成的管网系统。

管网的选择(一)城镇天然气管网系统

根据所采用的管网压力级制不同可分为：

1.一级系统：仅由低压或中压一级压力级别的管网输配系统。

2.两级系统：由低压和中压B或低压和中压A两级组成的管网输配系统。

3.三级系统：由低压、中压和次高压或高压三级组成的管网输配系统。

4.多级系统：由低压、中压、次高压和高压组成的管网输配系统。

(二)采用不同压力级制的必要性

1.管网采用不同的压力级制是比较经济的。

2.各类用户需要的天然气压力不同。

3.消防安全要求。

(三)天然气管网系统的选择

在选择天然气输配管网系统时，应考虑许多因素，其中最主要的因素有：

1.气源情况

2.城镇规模、远景规划情况、街区和道路的现状和规划、建筑特点、人口密度、各类用户的数量和分布情况。

3.原有的城镇天然气供应设施情况。

4.对不同类型用户的供气方针、气化率及不同类型的用户对天然气压力的要求。

5.大型天然气用户的数目和分布。

6.储气设备的类型。

7.城镇地理地形条件，敷设天然气管道时遇到天然和人工障碍物(如河流、湖泊、铁路等)的情况。

8.城镇地下管线和地下建筑物、构筑物的现状和改建、扩建规划。

9.对城镇天然气发展的要求。

设计城镇天然气管网系统时，应全面考虑上述诸因素进行综合，从而提出数个方案进行技术经济比较，选用经济合理的最佳方案。方案的比较必须在技术指标和工作可靠性相同的基础上进行。1

管道布线原则(一)布线依据

地下天然气管道宜沿城镇道路、人行便道敷设，或敷设在绿化地带内。在决定城镇中不同压力天然气管道的布线问题时，必须考虑到下列基本情况：

1.管道中天然气的压力。

2.街道及其他地下管道的密集程度与布置情况。

3.道路现状和规划。

4.街道交通量和路面结构情况，以及运输干线的分布情况。

5.所输送天然气的含湿量，必要的管道坡度，街道地形变化情况。

6.与该管道相连接的用户数量及用气情况，该管道是主要管道还是次要管道。

7.线路上所遇到的障碍物情况。

8.土壤性质、腐蚀性能和冰冻线深度。

9.该管道在施工、运行和万一发生故障时，对交通和人民生活的影响。

由于输配系统各级管网的输气压力不同，其设施和防火安全的要求也不同，而且各自的功能也有所区别，故应按各自的特点进行布置。1

(二) 管网的平面布置原则

（1）高、中压管网的平面布置

高压管网的主要功能是轴气中压管网的功能也是输气，并具有向低压管网各环网配气的作用。因之，两者有共同点，也有不同点。一般按以下原则布置:

1.高压管道宜布置在城市边缘或市内有足够埋管安全距离的地带，井应连接成环网，以提高高压供气的可靠性。

2.中压管道应布置在城市用气区便于与低压环网连接的规划道路上，但应尽量避免沿车辆来往频繁或闹市区的主要交通干线敷设，否则对管道施工和管理维修造成困难。

3.中压管网应布置成环网，以提高其输气和配气的安全可靠性。

4.高、中压管道的布置，应考虑对大型用户直接供气的可能性，井应使管道通过这些地区时尽量靠近这类用户，以利于缩短连接支管的长度。

5.高、中压管道的布置应考虑调压室的布点位置，尽量使管道靠近各调压室，以缩短连接支管的长度。

6.从气源厂连接高压或中压管网的管道应采用双线敷设。

7.长输高压管线不得与单个居民用户连接。·

8.由高、中压管道直接供气的大型用户，其用户支管末端必须考虑设置专用调压室的位置。

9.高、中压管道应尽量避免穿越铁路或河流等大型障碍物，以减少工程量和投资。

10.高、中压管道是城市输配系统的输气和配气主要干线，必须综合考虑近期建设与长期规划的关系，以延长已经敷设的管道的有效使用年限，尽量减少建成后改线、增大管径或增设双线的工程量。

11.当高、中压管两初期建设的实际条件只允许布置成半环形、甚至为枝状管时，应根据发展观划使之与规划环网有机联系，防止以后出现不合理的管网布局。

（2）低压管网的平面布置

低压管网的主要功能是直接向各类用户配气，是城市供气系统中最基本的管网。据此特点，低压管网的布置一般应考虑下列各点;

1.低压管道的输气压力低，沿程压力降的允许值也较低，故低压管网的成环边长一般宜控制在300~600m之间。

2.低压管道直接与用户相连，而用户数量随着城市建设发展而逐步增加，故低压管道除以环状管网为主体布置外，也允许存在枝状管道。

3.为保证和提高低压管网的供气稳定性，给低压管网供气的相邻调压室之间的连通管道的管径，应大于相邻管网的低压管道管径。

4.有条件时低压管道宜尽可能布置在街坊内兼作庭院管道，以节省投资。

5.低压管道可以沿街道的一侧敷设，也可以双侧敷设。在有轨电车通行的街道上，当街道宽度大于20m、横穿街道的支管过多、或输配气量大，而又限于条件不允许敷设大口径管道时，低压管遒可采用双侧敷设。

6.低压管道应按规划道路布线，并应与道路轴线或建筑物的前沿相平行，尽可能避免在高级路而的街道下敷设。

为了保证在施工和检修时互不影响也为了避免山于漏出的天然气影响相邻管道的正常运行，甚至逸入建筑物内，地下天然气管道与建筑物、构筑物以及其它各种管道之间应保持必要的水平净距。

(三)管道的纵断面布置

1.管道埋深

地下天然气管道埋设深度主要考虑地面动负荷，特别是车辆重负荷的影响，并在土壤冰冻线以下。

2.输送湿天然气的管道，不论是干管还是支管，其坡度一般不小于0.003。

3.天然气管道不得在地下穿过房屋或其他建筑物，不得平行敷设在有轨电车轨道之下，也不得与其他地下设施上下并置。

4.在一般情况下，天然气管道不得穿过其他管道本身，如因特殊情况要穿过其他大断面管道(污水干管、雨水干管、热力管沟等)时，需征得有关方面同意，同时天然气管道必须安装在钢套管内。

5.天然气管道与其他各种构筑物以及管道相交时，应按规范规定保持一定的最小垂直净距。1

绕障碍物方式(一)天然气管道穿越公路

天然气管道在穿越一、二、三级公路或城镇主干道时，宜敷设在套管或地沟内。

(二)天然气管道穿越铁路

天然气管道穿越铁路和电车轨道时，必须采用保护套管或混凝土套管，并要垂直穿越。

(三)天然气管道穿(跨)越河流

1.天然气管道水下穿越河流

天然气管道在水下穿越河流的敷设方法有：沟埋敷设、裸管敷设、顶管敷设 ，为防止水下穿越天然气管道产生浮管现象，必须采用稳管措施。

2.附桥架设

3.管桥跨越

管桥法系将天然气管道搁置在河床内自建的支架上。如可采用桁架式、拱式、悬索式以及栈桥式。1

天然气管材1.钢管

适用于各种压力级别的城镇天然气管道和制气厂的工艺管道。但耐腐蚀性较差，必须采取可靠的防腐措施。常用的钢管有普通无缝钢管和焊接钢管。钢管一般可以用螺纹、焊接和法兰等方式进行连接。

2.铸铁管

铸铁管具有抗腐蚀性能强、价格便宜的优点。但质脆、笨重、承载应力小、接口气密性较差。常用于中、低压天然气管道。铸铁管按材质分为普通铸铁管、高级铸铁管和球墨铸铁管。铸铁管的连接一般为承插、螺栓压盖和法兰三种方式。

3.塑料管

塑料管具有耐腐蚀、质轻、流体流动阻力小、施工简便、气密性好等优点。但塑料管机械强度较低 。塑料管可以采用螺纹、承插粘接、承插焊接和电热熔等方式实现连接。

4.其它管材

有时还使用有色金属管材，如铜管和铝管。在室内管道上还可使用铝质软连接管和铝塑、钢塑复合管。1

天然气管道附属设备天然气管道附属设备主要有阀门、补偿器、排水器、放散管、阀门井。

1.阀门

阀门是用于启闭管道通路或调节管道介质流量的设备。因此要求阀体的机械强度高，转动部件灵活，密封部件严密耐用，对输送介质的抗腐性强，同时零部件的通用性好。

阀门的种类很多，天然气管道上常用的有闸阀、旋塞阀、截止阀、球阀和蝶阀等。

2.补偿器

补偿器是调节管线因温度变化而伸长或缩短的配件。常用于架空管道和需要进行蒸气吹扫的管道上。此外，补偿器安装在阀门的下侧(按气流方向)，利用其伸缩性能，方便阀门的拆卸和检修。

3.排水器

排水器是用于排除天然气管道中冷凝水和石油伴生气管道中轻质油的配件，由凝水罐、排水装置、和井室三部分组成。管道敷设时应有一定坡度，以便在低处设排水器，将汇集的水或油排出。

4.放散管

一种专门用来排放管道内部的空气或天然气的装置。放散管设在阀门井中时，在环网中阀门的前后都应安装，而在单向供气的管道上则安装在阀门之前。

5.阀门井

为保证管网的安全与操作方便，地下天然气管道上的阀门一般都设置在阀门井中。阀门井应坚固耐久，有良好的防水性能，并保证检修时有必要的空间。考虑到人员的安全，井筒不宜过深。1

运行中存在的问题天然气管网安全天然气管网存在的主要问题有以下几种：

1.管道腐蚀

①天然气管道投入使用年限过长。由于天然气内存在焦油、萘等杂质，对管壁常年腐蚀，造成内腐蚀穿孔。

②电化学腐蚀。由于管线穿越不同类型的地质，沿线土壤透气性等物理化学参数有较大变化，导致管段两端存在明显的电位差， 造成电化学腐蚀。

③杂散电流腐蚀。近几年由于电信业的大规模发展， 地下电力、电信管道猛增， 漏气电流以管线作为回流通路， 导致流出点的局部坑蚀。④防腐层破坏。由于施工人员在管道施工中不遵守操作规程，在下管时破坏了管道外的防腐层，防腐层起不到应有的保护作用，致使管道受外界环境的影响， 造成腐蚀穿孔。2

2.天然气管道位于交通要道

随着深圳城市建设的高速发展，许多原来敷设在便道、绿地上的天然气管道， 在新的道路建成，老的道路拓宽后，变成了敷设在城市主路、辅路上的天然气管道。这些天然气管道敷设在道路上，运行管理极为不便白天，大量的机动车在道路上高速行驶，管线运行人员很难正常维护道路上的天然气管线。当运行人员对道路上的天然气管道和天然气设施进行检查、维护时，经常造成交通堵塞。而一旦发现天然气管道漏气，进行紧急抢修时，就要通知交通管理局断路，给交通带来极大的不便。

3.违章占压天然气管线

违章占压天然气管道主要有三种类型：一是在长输管线上方或要求的安全距离范围内开挖取土，修建建构筑物；二是在市区管网上方修建门面房、马路市场或临时建、构筑物；三是在庭院管网上方搭建车棚、修建传达室以及个别住户私自圈占建房等。

4.使用质量不合要求的管材、管件

在一起铸铁连接套断裂事故中，测得管材壁厚为6mm，而标准壁厚应为15 ± 1.8mm，比较值为54.4%，致使其没有达到设计承受能力。当外力(地基不均匀沉降、土壤塌陷、地面荷载震动、地下水位变化等)和内力(管道内气体压力变化)超过所能承受的极限时，发生突然断裂。

5.施工安装不规范

灰口铸铁管连接套压兰两侧螺栓没有严格按照要求对称均匀拧固，两测压兰不平行；为了单纯保证气密性，螺栓紧固过度，局部压兰与连接管紧碰，使连接套受力不均匀。柔性连接变成了刚性连接，连接套柔性胶圈失去了吸收外力的作用。

保障天然气管网安全运行的措施1.解决天然气管网腐蚀

首先做好防腐层漏点补修。对防腐层局部失效出现漏点的天然气管道，进行安全评估后可保证通过防腐层补修后天然气管道在一定时间内能安全运行的，应采取防腐层漏点补修措施。

其次是更新管道。对于泄漏程度严重，已无法通过防腐层修补维持其安全运行的天然气管道， 要采取更换管道的方法进行处理。更换管道时， 在敷设环境许可、施工技术有保证并且满足其输送天然气介质要求时，要尽量采用聚乙烯天然气管、钢骨架塑料复合管或机械接口球墨铸铁管等耐腐蚀性能好的管道。具体采用哪种管材的天然气管道，要进行技术、经济、施工要求等各方面的比较后确定。对于特殊情况要求必须采用钢质管道时，要选用防腐性能好的防腐材料和技术，同时要做好防腐层施工质量的监督工作，避免防腐层过早失效。

再次是采用衬管。对城市繁华地段或一些开挖有困难的特殊地段，可采用衬管方法解决。该项技术是先对聚合物衬管采用冷压形成U 型，使衬管的截面减少40%，同时在U 型管外自动缠绕保护胶带，以保证内衬管存牵引就位时不受损伤。内衬管就位后，在压缩空气的作用下恢复成圆形，并与原管道的内壁紧密粘合在一起，使所形成的复合管道具有较高的承压能力。这项新技术为我国地下管道的非开挖修复提供了一种先进、可靠、实用的手段。

四是阴极保护。可以肯定，阴极保护能改善天然气管网腐蚀问题，避免目前类似天然气管网严重腐蚀状况再度发生，达到使天然气管网长期安全运行的目的。阴极保护方案一般有强制电流阴极保护、深井阳极阴极保护和牺牲阳极阴极保护等，必要时可以几种方案并用。我们应根据天然气管网布局情况，地下土壤电阻率及杂散电流干扰作用强弱情况，通过技术经济比较，确定比较经济合理的阴极保护方案。

五是保护阀门及阀门井。根据需要在天然气管网干管和支管上设置阀门。发生天然气泄漏事故时，及时关闭一些必要的阀门对减少人民群众生命财产损失起着重大作用。因此，保护好阀门不受损坏，需要时阀门关闭自如也是一项重要工作。但一些阀门及阀门井现状不尽人意，有的阀门井长期积水，阀门长期浸泡在水中，使法兰、螺栓、阀杆生锈严重；在车行道上的一些阀门井，长期受载荷、温度等交替影响，导土建结构降低。对这些严重影响阀门使用的现象，要采取有力措施尽快解决。对积水的阀门井，要用专门设备及时排除井内积水；对土建结构降低的阀门片要进行土建加固加强；对阀体与管道连接的法兰焊缝处腐蚀严重的进行修补；对老化失效严重的密封垫片、锈蚀严重的螺栓、螺母、内漏或锈蚀严重的阀门进行及时更换。2

2.解决违章占压天然气管道

违章占压天然气管道是一个十分普遍的问题，解决这个问题牵涉部门多，处理过程复杂，甚至有些问题长期得不到解决，直接影响着安全供气。解决这个问题应从以下几方面的考虑：

①加大违章占压危害的宣传力度，普及市民天然气方面的知识，提高其安全用气意识，争取从源头上杜绝违章占压现象。

②建立违章占压有奖举报制度，动员全社会参与，把违章 占压现象消灭在萌芽状态。

③天然气经营单位建立完善有关机构， 加强巡检、查处工作。

④争取政府及相关职能部门的支持，出台相应的政策和地方性法规，为处理解决违章占压问题提供有力保障。

3.积极采用新材料

《城镇天然气设计规范》G B 5 0 0 2 8 - 9 3(2002年版)规定：“中压和低压天然气管道宜采用聚乙烯管、机械接口球黑铸铁管、钢管或钢骨架聚乙烯塑料复合管。”规范中未将灰口铸铁管列入城镇中、低压天然气管网管材选择范围。灰口铸铁管进入淘汰阶段。

4.加强施工管理，严把施工

进一步加强天然气管道施工管理，严把施工、材质、质检验收关，守住天然气管网安全运行的第一道防线依据《招标投标法》、《工程建设监理的规定》，按“安全措施在设计中确定、在施工中保证、在验收中把关、在运行中实施”的原则，对工程设计、施工与监理、管材采购采取招标的方式，确保工程质量。新建管段必须停止使用连接套接口形式。2

5.加大投入，加强管理

管网巡线人员配备便携式天然气检漏测仪，实行定线路、定时段、定人员的巡线制度；每年用手推车检测中压管线两次。制定外网抢修、抢险预案，备齐专用设备及技术资料，提高天然气管道漏气的抢修速度和应急应变能力。3