王超

（淄博港華燃?xì)庥邢薰荆?山東 淄博 255000）

近年來， 隨著我國天然氣開發(fā)利用水平的持續(xù)提高， 城市燃?xì)夤檬聵I(yè)的開放， 各地區(qū)新建大量燃?xì)廨斉涔こ蹋?燃?xì)庵饾u成為工業(yè)企業(yè)與城市居民的首選能源， 這對于緩解全球能源供需矛盾、 加快環(huán)境友好型社會建設(shè)有重要意義。 與此同時， 隨著燃?xì)夤こ探ㄔO(shè)規(guī)格的提升， 燃?xì)廨斉浼夹g(shù)水平及輸配系統(tǒng)使用性能都有更高的標(biāo)準(zhǔn)， 而傳統(tǒng)的燃?xì)廨斉浼夹g(shù)方法存在弊端， 難以滿足工程建設(shè)與投運使用需求。 為此， 在新形勢下， 要加大對燃?xì)廨斉浼夹g(shù)的優(yōu)化改進(jìn)， 保證城市燃?xì)夤こ贪踩€(wěn)定運行。

1 燃?xì)廨斉涔こ烫攸c

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)由儲氣設(shè)施、 門站、 調(diào)壓站、 輸配管道、 計量裝置與探測裝置等部分組成， 其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 在燃?xì)廨斉浼夹g(shù)應(yīng)用期間， 需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況來合理安排各處設(shè)施分布位置與相對空間關(guān)系， 根據(jù)工程投運使用需求來確定各組成部分的規(guī)格型號、 建設(shè)數(shù)量。 如果盲目制定技術(shù)應(yīng)用方案與燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)布局結(jié)構(gòu)， 將對后續(xù)系統(tǒng)運行狀況造成明顯影響， 導(dǎo)致系統(tǒng)長時間滿負(fù)荷運行， 部分設(shè)施閑置浪費， 嚴(yán)重時還會形成安全隱患。

1.2 管道鋪設(shè)距離長

現(xiàn)代燃?xì)夤こ桃猿擎?zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)為主， 鋪設(shè)的燃?xì)夤艿揽缭礁魈幊菂^(qū)， 管道鋪設(shè)距離長。 一方面， 管道鋪設(shè)與系統(tǒng)運行期間， 易受到外部因素影響， 如果沿途出現(xiàn)地基沉降、 地下水位超標(biāo)、 施工擾動等問題， 都會對管道結(jié)構(gòu)狀態(tài)造成一定程度影響， 嚴(yán)重時出現(xiàn)管道破損、 燃?xì)庑孤?爆炸等質(zhì)量通病與安全事故。 另一方面， 隨著鋪設(shè)距離的延長，對管道臨界質(zhì)量提出更高要求， 如果未采取相應(yīng)處理措施， 容易在相鄰節(jié)段管道接口處出現(xiàn)漏氣等質(zhì)量問題[1]。

1.3 現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜

從施工角度來看， 燃?xì)夤こ态F(xiàn)場分布大量地下設(shè)施與地面設(shè)施， 包括道路結(jié)構(gòu)層、 建筑基礎(chǔ)、 市政給排水管網(wǎng)等， 現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜， 不利于燃?xì)廨斉涔艿婪笤O(shè)作業(yè)開展， 盡管采取地下設(shè)施遷移、重新規(guī)劃管道走向等方法， 燃?xì)廨斉涫┕べ|(zhì)量與系統(tǒng)運行狀況仍有可能受到外部環(huán)境影響。 而從系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)角度來看， 由于燃?xì)廨斉涔艿啦扇〉叵掳捣蠓绞剑?工作人員很難實時掌握管道與其他燃?xì)庠O(shè)施的實時運行狀況， 在出現(xiàn)漏氣等故障時難以迅速鎖定故障點， 因而對燃?xì)廨斉浼夹g(shù)的安全水準(zhǔn)提出嚴(yán)格要求。

2 燃?xì)夤こ讨腥細(xì)廨斉浼夹g(shù)的應(yīng)用方法

2.1 預(yù)測用氣量與用氣規(guī)模

考慮到我國各座城市與各處城區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、 人居環(huán)境密度存在明顯差異， 如果盲目制定燃?xì)廨斉浼夹g(shù)方案， 容易出現(xiàn)燃?xì)庠O(shè)施閑置浪費、燃?xì)廨斉涔艿拦軓狡　?系統(tǒng)長期滿負(fù)荷與超負(fù)荷運行等問題， 不但會提高系統(tǒng)故障出現(xiàn)率， 還會增加造價成本， 造成資源浪費。 因此， 在燃?xì)廨斉涔こ探ㄔO(shè)前， 工作人員應(yīng)收集工程相關(guān)資料并綜合分析， 例如， 調(diào)查燃?xì)夤?yīng)范圍內(nèi)居民戶數(shù)、 生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量與規(guī)模、 城區(qū)面積等。 借鑒同類工程技術(shù)案例， 在其基礎(chǔ)上準(zhǔn)確預(yù)測用氣規(guī)模， 確定用氣量指標(biāo)， 合理選擇燃?xì)庠O(shè)施型號與數(shù)量、 燃?xì)夤艿拦軓脚c材質(zhì)， 從根源上預(yù)防上述問題的出現(xiàn)。 此外， 由于我國當(dāng)前正處于城鎮(zhèn)化發(fā)展關(guān)鍵時期， 城市規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大， 燃?xì)庥脷庖?guī)模將隨著時間推移而不斷提升[2]。 因此， 為延長燃?xì)廨斉涔こ虒嶋H使用壽命，避免在后續(xù)頻繁進(jìn)行改擴(kuò)建處理， 需要在用氣量與用氣規(guī)模基礎(chǔ)上額外設(shè)置一定比例的冗余量， 如適當(dāng)增加燃?xì)廨斉涔艿拦軓街担?以此來滿足未來一定年限的燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)使用需求。

2.2 壓力級制

在早期燃?xì)夤こ讨校?普遍選用低壓、 中壓或是中低壓兩級的燃?xì)廨斉涔艿老到y(tǒng)， 氣源供氣壓力較低， 對輸配管道材質(zhì)與厚度等指標(biāo)要求寬泛。 然而，隨著用氣規(guī)模與用氣量的逐年穩(wěn)步增加， 早期燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)難以滿足實際供氣需求， 在過高氣源供氣壓力作用下容易出現(xiàn)管道變形扭曲、 破裂與滲漏問題， 存在安全隱患。

因此， 需要在現(xiàn)代燃?xì)廨斉涔こ讨袘?yīng)用到壓力級控制技術(shù)， 由高壓輸氣管取代原有的中低壓輸氣管， 使輸配管道可以在較高氣源供氣壓力下始終保持良好結(jié)構(gòu)狀態(tài)與穩(wěn)定運行工況， 技術(shù)內(nèi)容包括管道焊接、 防腐保護(hù)、 清管試壓等部分。 例如， 在高壓燃?xì)夤艿篮附迎h(huán)節(jié)， 可采取CO2半自動下向焊技術(shù)， 配備STT型CO2半自動焊機(jī)， 憑借液態(tài)金屬表面張力來實現(xiàn)熔滴過渡， 可以明顯減少焊道部位熔池面積， 徹底解決傳統(tǒng)燃?xì)夤艿篮附语w濺大、 焊縫成形不理想等工藝問題。 在管道防腐保護(hù)環(huán)節(jié)， 準(zhǔn)備H06 -1 環(huán)氧富鋅防銹底漆、 H06 -3 環(huán)氧云鐵防銹漆等漆料， 清理燃?xì)夤艿辣砻鏆埩翡P跡、 氧化皮與毛刺， 采取高壓噴涂方法在管道表面涂刷多遍防腐漆層， 詳盡檢查是否存在針孔、 氣泡、 漏涂等問題， 對質(zhì)量缺陷部位進(jìn)行補(bǔ)涂處理。 而在清管試壓環(huán)節(jié)， 明確試壓段長度， 確定試驗壓力、 注水時間等參數(shù)， 使用清管器清除燃?xì)夤艿纼?nèi)部掉入雜物與管壁上附著的灰塵污漬， 封閉管道， 在管道內(nèi)充氣升壓， 分多次提升試驗壓力， 每次升壓后穩(wěn)壓3min左右， 并在到達(dá)試驗壓力后穩(wěn)壓1h， 檢查管道是否出現(xiàn)滲漏、 變形等質(zhì)量問題， 以此來掌握燃?xì)廨斉涔艿涝谧畲蠊r壓力時的運行工況條件[3]。

2.3 LNG氣化調(diào)峰

根據(jù)早期建成燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)實際運行情況來看，各個時間段的用氣量存在明顯差異， 具有用氣量分布不均的特征， 導(dǎo)致燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)時常處于滿負(fù)荷、超負(fù)荷運行， 既加快了燃?xì)庠O(shè)施與輸配管路老化速度， 還會出現(xiàn)無法滿足全部用戶用氣需求的狀況，不利于燃?xì)夤?yīng)服務(wù)品質(zhì)的提升。 因此， 要在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中采取LNG氣化調(diào)峰技術(shù)， 在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中設(shè)置若干座LNG加壓氣化調(diào)峰站， 當(dāng)用氣量超過一定標(biāo)準(zhǔn)時， 憑借靜壓差控制儲罐內(nèi)LNG氣體進(jìn)入低溫泵內(nèi)進(jìn)行高壓處理， 再進(jìn)入氣化器內(nèi)進(jìn)行氣化處理， 最終排入燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)當(dāng)中。 同時， 考慮到LNG氣化調(diào)峰站建設(shè)成本較為高昂， 也可選擇采取高壓管束儲氣方法或是高壓管道儲氣方法。 其中，高壓管束儲氣是在地下敷設(shè)大量鋼管管束來組成儲氣設(shè)備， 用于燃?xì)庀到y(tǒng)晝夜調(diào)峰， 把管束直徑控制在1.0 ～1.5m區(qū)間內(nèi)。 高壓管道儲氣是對原定輸配管道管徑值進(jìn)行擴(kuò)大， 利用最后壓氣站至終點配氣站間輸配管線來臨時存儲一定體積的燃?xì)猓?由于輸配系統(tǒng)末端壓力較高， 將在壓力作用下驅(qū)使管道內(nèi)燃?xì)馀懦觯?此項方法不適用于輸配管道鋪設(shè)距離較短、 氣源供氣壓力較低的燃?xì)夤こ獭?/p>

2.4 安全供氣

在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)運行期間， 受到管道加工與安裝質(zhì)量、 氣源質(zhì)量、 人為破壞、 外部環(huán)境侵蝕等因素影響， 存在一定的安全隱患， 甚至產(chǎn)生燃?xì)庑孤?、燃?xì)獗ǖ劝踩鹿省?例如， 所選用燃?xì)廨斉涔艿篮缚p部位存在夾渣、 氣孔等質(zhì)量缺陷， 在系統(tǒng)運行期間， 受到過高氣源供氣壓力影響， 焊縫部位扭曲變形或形成滲漏點， 造成燃?xì)庑孤┖蠊?而在所選用氣源品質(zhì)較低時， 燃?xì)庵袏A雜多種雜質(zhì)組分， 雜質(zhì)與管壁接觸后產(chǎn)生氧化現(xiàn)象， 導(dǎo)致管道老化速度加快， 管道性能隨時間推移持續(xù)下降， 最終因嚴(yán)重腐蝕導(dǎo)致管道不堪使用。

因此， 要在燃?xì)廨斉涔こ讨胁扇“踩饧夹g(shù)，具體可采取人工監(jiān)測、 模型檢測和信號處理三項手段。 其中， 人工監(jiān)測是在輸配管道敷設(shè)完畢與維護(hù)保養(yǎng)期間， 由工作人員手持便攜式紅外檢測儀、 激光檢測儀等設(shè)備對輸配管路與配套儲氣的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行檢查， 標(biāo)記管道滲漏等故障點位， 將問題反饋給施工單位進(jìn)行返工處理， 或是由維修部門委派專人前往現(xiàn)場維修。 模型檢測是在燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)鋪設(shè)前建立管網(wǎng)模型， 檢查模型中各條燃?xì)廨斉涔艿琅c周邊設(shè)施物間是否存在軟硬碰撞問題， 在燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)投運使用前開展仿真模擬試驗， 在模型中設(shè)定流體力學(xué)特性以及流體熱力學(xué)特性， 模擬管道運行狀態(tài)， 預(yù)測燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)在不同假定條件下的運行工況， 提前發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患并采取防治處理措施。 而信號處理則是根據(jù)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)反饋信號來判斷運行狀態(tài)， 如采取負(fù)壓波法， 當(dāng)氣源供氣壓力驟然降低或出現(xiàn)負(fù)壓波現(xiàn)象時， 表明燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)大概率出現(xiàn)管道破裂、 刺破等質(zhì)量問題。 或是采取流量平衡法， 通過觀察管網(wǎng)內(nèi)燃?xì)饬髁孔兓闆r來判斷是否出現(xiàn)管道泄漏問題。

3 燃?xì)夤こ讨腥細(xì)廨斉浼夹g(shù)的應(yīng)用策略

3.1 健全檢測機(jī)制

在現(xiàn)代燃?xì)廨斉涔こ讨校?雖然采取模型檢測與信號檢測等多項手段， 用于檢查輸配管道敷設(shè)與運行期間是否出現(xiàn)管道碰撞、 滲漏、 變形破損等問題，但所采取檢測技術(shù)不成體系， 存在優(yōu)化改進(jìn)空間。因此， 在燃?xì)廨斉浼夹g(shù)應(yīng)用期間， 需要建立起一套更為完善的輸配系統(tǒng)檢測機(jī)制， 具體采取明確報警標(biāo)準(zhǔn)、 動態(tài)跟蹤檢測、 故障隱患預(yù)測三項措施。 第一， 明確報警標(biāo)準(zhǔn)， 提前設(shè)定各類故障的判定依據(jù)與報警機(jī)制， 當(dāng)傳感器等終端感知設(shè)施檢測到異常情況時， 根據(jù)已掌握信息來判斷故障類型、 故障程度， 根據(jù)判斷結(jié)果采取恰當(dāng)?shù)燃壍捻憫?yīng)措施， 如在管道泄漏量超過一定標(biāo)準(zhǔn)后自動發(fā)送報警信號。 第二， 動態(tài)跟蹤檢測， 待檢測系統(tǒng)發(fā)出報警信號后，仍舊控制傳感器等裝置跟蹤檢測故障點位， 將故障信息同步提交給管理人員， 引導(dǎo)維修人員前往故障點開展應(yīng)急維修作業(yè)， 幫助其掌握故障狀態(tài)與持續(xù)過程， 迅速恢復(fù)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)正常工況， 并在后續(xù)跟蹤檢測故障問題是否再次出現(xiàn)， 如滲漏點經(jīng)過維修后是否持續(xù)滲漏[4]。 第三， 故障隱患預(yù)測， 提前在系統(tǒng)中導(dǎo)入管道泄漏等典型故障的樣本數(shù)據(jù)， 當(dāng)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)運行期間出現(xiàn)參數(shù)幅度明顯變化等異常狀況時， 預(yù)測各類故障出現(xiàn)率， 根據(jù)預(yù)測結(jié)果采取相應(yīng)防治措施， 或是臨時關(guān)閉管道閥門、 組織維護(hù)人員前往現(xiàn)場檢查與維修， 避免造成實質(zhì)性損失，或是引發(fā)爆炸等安全事故出現(xiàn)。

3.2 創(chuàng)新燃?xì)廨斉浼夹g(shù)

在早期燃?xì)廨斉涔こ讨校?普遍采取長輸管線形式， 隨著供氣規(guī)模的擴(kuò)大， 長輸管線系統(tǒng)運行能耗較為高昂， 并存在無法按需供氣、 末端缺乏調(diào)節(jié)手段等多項問題有待解決。 因此， 為全面提高燃?xì)夤こ叹C合效益， 可選擇運用動力分布式燃?xì)廨斉浼夹g(shù)，輸配系統(tǒng)由氣源、 主循環(huán)調(diào)壓器、 分循環(huán)調(diào)壓器、輸配管路等部分組成， 在燃?xì)夤芫W(wǎng)中安裝主循環(huán)調(diào)壓器， 在用戶處安裝分循環(huán)調(diào)壓器并與用氣設(shè)備保持串聯(lián)狀態(tài)， 采取一用一備并聯(lián)監(jiān)控調(diào)壓方式， 由兩部分循環(huán)動力在系統(tǒng)運行期間共同承擔(dān)系統(tǒng)壓力。相比于傳統(tǒng)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)， 動力分布式燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)有著更加優(yōu)異的應(yīng)用表現(xiàn)， 可以取得理想的節(jié)能效益， 實現(xiàn)按需供氣和保護(hù)調(diào)壓設(shè)備。

3.3 現(xiàn)場勘察與技術(shù)管理

首先， 考慮到燃?xì)廨斉涔こ态F(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜， 為保證燃?xì)廨斉浼夹g(shù)方案得以順利實施， 需要提前做好現(xiàn)場勘察工作。 工作人員前往現(xiàn)場實地考察， 重點收集臨近地下設(shè)施種類、 位置、 埋深值、 地層條件等方面信息， 在其基礎(chǔ)上判斷燃?xì)廨斉浼夹g(shù)方案是否具備可行性。 例如， 根據(jù)工程現(xiàn)場土層冰凍線來確定輸配管道埋設(shè)值， 如果輸配管道鋪設(shè)在土層冰凍線上方， 在冬季受到低溫影響， 容易出現(xiàn)水分凝結(jié)、 管道凍裂問題[5]。

其次， 為取得理想工程建設(shè)成果， 需要加強(qiáng)技術(shù)管理力度， 委派專人對燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)施工過程進(jìn)行監(jiān)督， 重點檢查施工現(xiàn)場情況與技術(shù)方案內(nèi)容是否一致， 如輸配管道埋深值、 敷設(shè)位置、 管道坡度偏差值是否在允許范圍內(nèi)， 及時糾正錯誤操作行為，向班組成員提供技術(shù)指導(dǎo)。 同時， 在技術(shù)方案實施效果與預(yù)期產(chǎn)生明顯偏差、 方案缺乏可行性時， 還需要將問題向上反饋， 必要情況下對技術(shù)方案進(jìn)行變更處理。

3.4 智能化改造

近年來， 得益于科技水平的不斷提高， 提出智能燃?xì)夤芫W(wǎng)概念， 在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中安裝大量信息化設(shè)施與運用人工智能、 大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)， 使燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)具備強(qiáng)大的環(huán)境感知、 決策分析能力，這對保證燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)平穩(wěn)運行、 預(yù)防故障出現(xiàn)有著重要意義。 經(jīng)過智能化改造后， 燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)將具備調(diào)壓診斷、 管道防腐檢測、 泄漏檢測、 智能巡線等多項使用功能。 例如， 調(diào)壓診斷是由系統(tǒng)持續(xù)接收調(diào)壓設(shè)備狀態(tài)信息， 將信息導(dǎo)入智能算法進(jìn)行分析處理， 根據(jù)輸出結(jié)果來判斷設(shè)備運行工況， 發(fā)現(xiàn)異常狀況后自動報警、 確定故障類型和生成維護(hù)計劃。 管道防腐檢測是通過感知設(shè)施來持續(xù)監(jiān)控燃?xì)夤艿栏g程度， 如在采取陰極防腐保護(hù)措施時，定期提取陰極樁電位值， 根據(jù)電位變化趨勢來判斷管道防腐情況， 并在界面綜合視窗中以特殊顏色符號來描述各節(jié)段管道腐蝕程度。 泄露檢測是在燃?xì)廨斉涔艿姥鼐€布置若干檢測設(shè)備， 持續(xù)檢測管道周邊環(huán)境中的燃?xì)夂浚?當(dāng)燃?xì)夂砍瑯?biāo)時， 判定為管道泄漏故障， 發(fā)送報警信號， 并在后續(xù)持續(xù)采集泄露， 系統(tǒng)矯正路線、 縮小泄漏點分布范圍[6]。 而智能巡線是對各區(qū)域燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的實時運行狀態(tài)進(jìn)行全面評估， 用于發(fā)現(xiàn)異常問題和上報反饋， 并在綜合視窗中以顏色來描述管網(wǎng)狀態(tài)， 如紫色區(qū)域為運行盲區(qū)區(qū)域、 黃色線內(nèi)為整體片區(qū)范圍、 綠色區(qū)域為已運行區(qū)域。

4 結(jié)語

為建設(shè)高規(guī)格燃?xì)夤こ蹋?實現(xiàn)對燃?xì)廨斉淠芰?、供氣安全的完美兼顧?燃?xì)夤纠響?yīng)提高對燃?xì)廨斉浼夹g(shù)的重視程度， 了解燃?xì)廨斉涔こ烫攸c， 全面掌握燃?xì)廨斉浼夹g(shù)在用氣量與用氣規(guī)模預(yù)測、 壓力級制、 LNG氣化調(diào)峰與安全供氣方面的正確應(yīng)用方法， 積極落實健全檢測機(jī)制、 創(chuàng)新燃?xì)廨斉浼夹g(shù)、現(xiàn)場勘察與技術(shù)管理、 智能化改造等技術(shù)策略， 為燃?xì)廨斉浼夹g(shù)應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。