楊云

【摘要】燃?xì)馐浅鞘屑壹覒魬舳急仨毿枰?，與人們生活都緊密聯(lián)系。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)非常重要，設(shè)計(jì)不到位，不僅可能對(duì)人們生活造成影響，還可能發(fā)生安全事故。文章對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)選擇與設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】城市；燃?xì)夤芫W(wǎng)；設(shè)計(jì)選擇；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TU996.6+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言

文章對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了闡述，通過(guò)分析，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討。

二、燃?xì)夤芫W(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

按照工程項(xiàng)目的循環(huán)過(guò)程,燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化包括管網(wǎng)的布置、設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理以及后期的改革擴(kuò)建等階段，所以燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)通常是指在管網(wǎng)的布局規(guī)劃已經(jīng)確定的條件下,主要解決最優(yōu)化的管徑組合問(wèn)題,即通過(guò)管網(wǎng)的水力計(jì)算來(lái)確定有關(guān)的技術(shù)參數(shù),通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)找到價(jià)錢最低的設(shè)計(jì)方案。管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要使管網(wǎng)(包括管道和壓縮機(jī)網(wǎng)絡(luò)站)的投資建設(shè)費(fèi)用最小化。管網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)該要求管道的強(qiáng)度能承受最大的工作壓力；進(jìn)出站氣壓必須滿足條件，可以保證氣體在管道中正常流動(dòng)；需要考慮管道的穩(wěn)定性，為了防止管道的徑向失穩(wěn)；另外還需要滿足設(shè)計(jì)變量的邊界條件等所構(gòu)成的物理關(guān)系。因此,燃?xì)夤芫W(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題基本可以歸結(jié)為:根據(jù)管道出現(xiàn)的一系列約束限制條件,以建設(shè)管網(wǎng)費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,得出最優(yōu)管徑組合以及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的選擇

1、管網(wǎng)系統(tǒng)的選擇應(yīng)考慮的因素：

（1）氣源的情況、燃?xì)獾男再|(zhì)、供氣配額量、供氣壓力、氣源的發(fā)展以及更換氣源的遠(yuǎn)景規(guī)劃；

（2）市區(qū)的特點(diǎn)、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和市區(qū)居住人口規(guī)模（常住人口和流動(dòng)人口）、遠(yuǎn)景規(guī)劃情況，街區(qū)和道路的現(xiàn)狀布局和規(guī)劃；

（3）不同燃?xì)庥脩魧?duì)燃?xì)庑再|(zhì)和壓力的要求；

（4）管材和管道附件的選擇以及調(diào)壓設(shè)備的生產(chǎn)和供應(yīng)商調(diào)查情況；

2.室內(nèi)燃?xì)夤艿赖墓懿倪x用（1）鍍鋅鋼管 鍍鋅鋼管因連接方式多以螺紋連接，如在室內(nèi)暗埋，存在較大安全隱患。新規(guī)范中更明確指出暗埋管不應(yīng)有機(jī)械接頭，所以，鍍鋅鋼管不應(yīng)用作家庭燃?xì)夤艿腊捣蠊懿摹?（2）銅管 銅管則是人們較為熟悉的材料。根據(jù)國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)（中國(guó)）提供的資料，美國(guó)、英國(guó)及澳大利亞的燃?xì)庀到y(tǒng)已較為普遍地采用了銅管暗埋工藝。它易成型、易安裝、可塑性好，而且具有較高的強(qiáng)度，熔點(diǎn)高達(dá)1083℃。在純氧中也不會(huì)燃燒，只會(huì)阻燃，在一般火災(zāi)中不會(huì)熔化或者放出有害或有毒的氣體，銅的耐蝕性也非常好，在普通居室中可能遇見(jiàn)的各種介質(zhì)，銅幾乎都很耐蝕。退火銅盤管的長(zhǎng)度可達(dá)50m以上，可充分滿足暗藏管無(wú)接口的要求。 （3）可埋式不銹鋼波紋管 選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料，設(shè)計(jì)使用壽命50年，具有補(bǔ)償性，同時(shí)，可避免地震或建筑物沉降造成的燃?xì)庑孤?。長(zhǎng)度可任選擇，管體中部無(wú)接口，安裝方便，是燃?xì)夤艿腊德竦淖顑?yōu)選擇。 （4）鋁塑復(fù)合管 一般由中間層縱焊鋁管，內(nèi)外層PE（聚乙烯）以及鋁管與內(nèi)外層PE之間的熱熔膠共擠壓熱復(fù)合而成。聚乙烯的化學(xué)性能穩(wěn)定，在常溫下不溶于任何一種有機(jī)溶劑，燃點(diǎn)也很高，達(dá)340℃。中間夾鋁層對(duì)聚乙烯起加強(qiáng)作用，使管材耐壓強(qiáng)度大大提高，并在彎曲時(shí)吸收管壁的反彈能量，使管可任意成型。管道長(zhǎng)度可根據(jù)用戶要求任意截?。ㄒ话忝烤黹L(zhǎng)100m～200m），其配套生產(chǎn)的管接頭能使其與其它管材、管件，特別是鍍鋅管方便地連接。由鋁合金和阻燃材料復(fù)合而成，管道連接采用特制工具，一次成型，施工比較方便，但價(jià)格相對(duì)最高。

四、現(xiàn)代住址小區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)分析1、民用天然氣燃具都有一定的額定壓力，當(dāng)天然氣壓力低于此范圍，燃具的熱效率降低，燃燒不穩(wěn)定，燃燒噪聲大，出現(xiàn)脫火或者回火等現(xiàn)象。

(1)增大管道阻力損失：對(duì)20層左右的高層建筑，可采取6~8層變一次管徑，增大立管的沿程損失；并在立管上分段設(shè)置調(diào)節(jié)用閥門，增大局部阻力；(2)設(shè)置低—低壓調(diào)壓器：對(duì)30層以上的高層建筑，可以考慮在立管適當(dāng)位置或在高層用戶表前設(shè)置低—低壓調(diào)壓器，使燃具前壓力接近額定壓力；(3)設(shè)置中—低壓調(diào)壓器：對(duì)于超高層建筑，可采用中壓B級(jí)壓力入戶，表前安裝中—低壓調(diào)壓器，使燃具前壓力達(dá)到額定壓力。2、高層的建筑沉降的影響及補(bǔ)償措施高層建筑因自重會(huì)產(chǎn)生一定的沉降量，從而可能導(dǎo)致引入管的切向應(yīng)力大，而建筑基礎(chǔ)處回填土的沉降也會(huì)導(dǎo)致引入管局部懸空，容易引發(fā)事故。一般情況下，高層建筑在竣工后5年內(nèi)的沉降速度最大，以后沉降速度逐漸降低?！冻擎?zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“建筑物設(shè)計(jì)沉降量大于50mm時(shí)，可對(duì)燃?xì)庖牍懿扇∪缦卵a(bǔ)償措施：

(1)加大引入管穿墻處的預(yù)留洞尺寸；(2)引入管穿墻前水平或垂直彎曲2次以上；(3)引入管穿墻前設(shè)置金屬柔性管或波紋補(bǔ)償器?！?3、燃?xì)饬⒐艿膽?yīng)力與熱補(bǔ)償高層建筑室內(nèi)立管較長(zhǎng)，自重產(chǎn)生的應(yīng)力和環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力都很大，兩種內(nèi)力共同作用，達(dá)到一定程度時(shí)，造成主立管接口扭曲、斷裂、表前管變形破壞、表接頭松動(dòng)，引發(fā)安全事故。在實(shí)際工程中，每隔6~8層在主立管上設(shè)一個(gè)門型彎，并在各分段立管底部設(shè)固定支撐，以承受立管自重，同時(shí)避免立管底部壓縮應(yīng)力過(guò)大。如遇建設(shè)方不同意在室內(nèi)設(shè)置門型彎，則可以U型螺栓配角鐵支架固定的方式替換立管上的管卡，以分散立管自重，并在立管上分段設(shè)置波紋補(bǔ)償器，克服管道因溫差而引起的應(yīng)力和形變，便于維修。另外，考慮立管形變對(duì)表前管的影響，我們應(yīng)該用金屬軟管作為表前管，以避免表接口形變漏氣。

五、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.燃?xì)夤芫W(wǎng)管徑的選擇

（1）管段初始流量的確定

管段初始流量是在連枝流量一定的條件下,通過(guò)調(diào)用基本關(guān)聯(lián)矩陣求解而得到的。所謂連枝,是針對(duì)環(huán)狀管網(wǎng)而言的。如果把一個(gè)環(huán)狀管網(wǎng)去掉某些管段后,該管網(wǎng)變成枝狀管網(wǎng),那么去掉的這些管段就稱為連枝。連枝流量采用按照管段長(zhǎng)度比例分?jǐn)傇瓌t確定。

（2）管徑的初選

根據(jù)管段的計(jì)算流量和管段的單位壓力降,可以計(jì)算機(jī)軟件調(diào)用中的“初選管徑”菜單進(jìn)行管徑的初選。單位壓力降由從氣源點(diǎn)到零速點(diǎn)的允許壓力降與管路長(zhǎng)度的比值確定,零速點(diǎn)的確定按照燃?xì)饪偸菑臍庠袋c(diǎn)流向最遠(yuǎn)點(diǎn)的原則確定。

（3）經(jīng)濟(jì)管徑的選擇

根據(jù)初始的規(guī)格化管徑和管段的計(jì)算流量求解管段的壓力降,并由氣源點(diǎn)的壓力求各個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力,調(diào)用修正各節(jié)點(diǎn)壓力,計(jì)算得出經(jīng)濟(jì)壓降。根據(jù)此壓降和計(jì)算流量,調(diào)用軟件中的“管徑優(yōu)選”菜單進(jìn)行管徑優(yōu)選。

2.管線的平面設(shè)計(jì)與布置

小區(qū)內(nèi)地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)掌握原有管網(wǎng)的布線情況，充分利用原有中低壓管網(wǎng)輸氣能力，避免舍近求遠(yuǎn)和重復(fù)投資。整個(gè)管網(wǎng)的布線，一方面結(jié)合專業(yè)要求，另方面在城市規(guī)劃部門的指導(dǎo)下進(jìn)行的，例如在兩個(gè)相鄰的小區(qū)，其中一個(gè)小區(qū)較早開(kāi)發(fā)，在主干管上為該小區(qū)預(yù)留了一條支管，在另一個(gè)小區(qū)開(kāi)發(fā)時(shí)，由于原有的支管太小利用不上而另外增加一條支管，造成主干線上支管太多，增加了管線閥門和日后維護(hù)工作。由于小區(qū)內(nèi)由于道路較窄，用地緊張，地下管網(wǎng)十分復(fù)雜，各專業(yè)管線在施工時(shí)未能統(tǒng)一協(xié)調(diào)，隨意變動(dòng)性較大，先施工的占了好位置，而后施工的無(wú)位置或被迫與其它管線重疊。因此需要在規(guī)劃部門的統(tǒng)一安排下，協(xié)商好調(diào)壓站的供氣范圍，盡可能的減少大量投資和管網(wǎng)維護(hù)工作。

3.調(diào)壓室的設(shè)置

（1）居民用戶一般采用區(qū)域調(diào)壓的方式，區(qū)域調(diào)壓室的半徑需連同低壓管網(wǎng)一起進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定；

用氣量大或使用壓力高于低壓管網(wǎng)壓力的工業(yè)用戶或公共建筑用戶應(yīng)設(shè)置專用調(diào)壓室或調(diào)壓裝置；

調(diào)壓室應(yīng)設(shè)在用氣比較集中的地區(qū)，但應(yīng)盡量避開(kāi)鬧市區(qū)；（4）調(diào)壓室布置應(yīng)符合安全間距要求。

4.管道縱斷面設(shè)計(jì)

管道埋深：（1）市區(qū)位于凍結(jié)地區(qū)，最大凍土深度為70cm左右，管線埋深應(yīng)稍大于70cm。埋設(shè)在車行道下時(shí)，管頂覆土厚度不得小于80cm，埋在非車行道時(shí)，不得小于60cm；（2）輸送濕天燃?xì)獾墓艿?，其坡度一般不小?.003；（3）燃?xì)夤艿啦坏迷诘叵麓┻^(guò)房屋或其他建筑物，且不得與有軌電車軌道平行也不得穿過(guò)其他管道本身。

5.加強(qiáng)管網(wǎng)的反腐層等級(jí)的設(shè)計(jì) 聚乙烯類管道防腐層(夾克、3PE)的普通級(jí)與加強(qiáng)級(jí)差別僅在于外層厚度的差異,膠粘帶、環(huán)氧粉末的普通級(jí)與加強(qiáng)級(jí)差別也是類似,所有施工程序是完全相同的。其實(shí)管道防腐的主要費(fèi)用存于施工程序設(shè)備攤銷,材料用量是次要的。對(duì)于長(zhǎng)輸管道,選用普通級(jí)可以節(jié)省一定的材料投資,由于城市燃?xì)夤艿劳ǔ］^短,這種節(jié)省效果有限,相比于安全要求,應(yīng)弱化這方面的考慮。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》,僅對(duì)于口徑200mm以下的城市燃?xì)獾蛪轰摴?存沒(méi)有雜散電流時(shí),可以選擇普通級(jí)防腐層,其他情況一般都推薦加強(qiáng)級(jí)防腐。實(shí)際上,城市燃?xì)夤艿乐苓呁嬖趶?qiáng)烈的雜散電流,對(duì)在役管道的開(kāi)挖檢測(cè)發(fā)現(xiàn),許多腐蝕坑呈馬蹄型并見(jiàn)金屬光澤,削面雖有起伏,但手感光滑,邊緣也較清晰,腐蝕產(chǎn)物為黑色粉末狀,無(wú)分層現(xiàn)象,就是典型的雜散電流腐蝕。因此對(duì)于城市燃?xì)夤艿?即使目前土壤環(huán)境中暫時(shí)沒(méi)有明顯的雜散電流,考慮到未來(lái)城市的發(fā)展,防腐等級(jí)設(shè)計(jì)還是普遍采用加強(qiáng)級(jí)為宜。這也許可能造成浪費(fèi),但較之管道因雜散電流腐蝕穿孔,還是應(yīng)未雨綢繆,防患于未然。

結(jié)束語(yǔ)

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)中，除了在理論上保證設(shè)計(jì)合理的，同時(shí)還應(yīng)該考慮到當(dāng)?shù)氐奈幕h(huán)境、風(fēng)俗習(xí)慣，還要對(duì)將來(lái)城市的發(fā)展方向有一定的把控，如此才能保證設(shè)計(jì)的效果。

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