论文部分内容阅读
摘要：近些年，随着城市发展的速度加快，城镇燃气用户越来越多，用量也随之增加，因此为了应对这一形势，需要对燃气管网设计进行优化设计，保证燃气在输送过程中的安全性和稳定性，对于加速城市化进程有着重要的推动作用。本文通过对燃气管网在设计过程中需要考虑的问题进行了简述，提出了相关的优化设计方案，对未来的发展趋势进行了详细探讨。
关键词：城镇；燃气管网；优化设计
燃气管网系统是城镇基础设施的一个重要组成部分，其建设效果直接反映出城市现代化水平，同时直接影响城市居民的生活质量。为了满足人们对燃气的需求，燃气的需求量也日益急剧增加，现在燃气系统结构越来越复杂，威胁燃气管道设施的因素也趋于复杂，因素的数量也在不断增加，另外燃气管网系统将趋于庞大而复杂。在设计时，有必要确定重点核心部分，并着重于对管网设计的优化，城市燃气管网的规划设计要达到科学合理、经济实用的目的。城市燃气管网建设关系到我国社会发展和人民生活质量的提高，在国家城市化建设进程中发挥着重要作用。
1、城镇燃气管网优化设计应考虑的因素
1.1、压力调节装置要合理选择
合理选择压力调节装置是重要的一步，压力调节装置以压力调节柜的形式实现。压力调节柜需要具有主辅压调节器和超压切断装置的功能，使压力稳定供应，压力可以进行调整，主要特点如下：1）压力调节箱的位置非常重要，它应该放在安全的位置，即使发生紧急情况，也可以安全地调整压力，这个过程时间必须在很短的时间内完成；2）调压装置应满足大型企业的需要和工业锅炉用气量，正常操作所需的气体压力必须能够通过压力调节器在可容许的范围内调节压力；3）压力调节主电压调节器和辅助电压调节器应配备，一旦主调节器发生故障，辅助调节器可以自动启动，以确保燃气压力的稳定性并保证燃气的稳定供应；4）压力调节柜应放弃传统布置，不要以楼栋为压力调节基本单元，使用调压柜后，可大大节省空间，降低压力调节设备的设备管理成本以及日常维护的成本，调压柜的数量也有所减少；5）缓冲罐内应设置连锁切断阀，一旦压力高，切断阀必须能够立即切断气体，切断阀用于处理压力不稳定或者调节阀的失效时，使用切断阀可以有效保护气体供应，同时也保证了人们的用气安全。
1.2、城镇燃气管网的优化
随着城镇燃气管网优化设计的深入发展，管网的结构优化也在不断发展，城市燃气管网直径的大小必须满足市场需求，同时要确保材料成本和安装成本要能够达到最佳性价比，管道的选择不再基于过去的施工实践经验，而应根据最优设计方案的需要出发。
1.3、城镇燃气管网的管材选择
传统的城镇燃气管网设计主要采用钢管，由于这些燃气管道长期埋在地下，钢管容易腐蚀，为避免或延缓管道腐蚀的影响，必须对管道进行有效的防腐处理，处理得难度比较大，成本更高。由于PE管具有使用寿命长，维修方便，安装简单，成本低等优点，已开始在城市燃气管网中得到了大规模应用，尤其是中压管道中。
1.4、高层建筑设计时需要考虑的因素
随着城市化的不断发展，高层建筑甚至超级建筑已经建成并正在建设中。由于高层建筑的特殊性，在其供气系统的设计中，有必要解决一些不可忽视的问题，因为高层建筑的设计标准很高，输气管道的设计要高度重视。高层建筑室内燃气管道设计中需要考虑诸多问题，如高附加压力，高层建筑沉降量要高于其他建筑，这点要考虑周全，保证燃气可以安全稳定地供应。
目前高层建筑的燃气设计进户时采用低压的形式，在对其压力计算时，要考虑管道的压力降损失，以及高层建筑自身的高度，这会造成燃气的附加压力ΔH增加，其计算方法如下：
ΔH=9.8×（ρk-ρm）× h （1）
式中：ΔH――燃气的附加压力，Pa；
ρk――空气的密度，kg/Nm3；
ρm――燃气的密度，kg/Nm3；
h――燃气管道终点、起点的高程差，m
2、燃气管网直径的选择
2.1、管段初始流量的确立
管段的初始流量通过在连枝流量恒定的条件下调用基本相关矩阵来获得。分支是针对环形管网来说得，如果从一些管段中移除环形管网，那么管网变成枝状管网，则移除的管段称为连枝，根据分配管道长度的原则确定相应的连枝流量，该原则是以比例来确定的。
2.2、管径的初选
可以通过计算机软件调用中的“初选管径”菜单预先选择管道直径。根据管段的计算流量和管段的单位压降，单位压降取决于从供气点到零速点和管道的允许压降与管道长度的比值，零速点是根据气体从供气点流向最远点的原则确定的。
2.3、经济管径的选择
根据初始的规格管径和管段计算流量并求解管段压降，由气源点压力来通过计算得到其他各节点的压力，并调用各节点压力进行计算，从而可以计算出管道的经济压降，根据压降和计算出的流量，调用软件中的“管径优化”菜单来优化管道直径。
2.4、城市管道耐久性原则选择
作为城市燃气管道的耐久性的一个功能，还有极限状态的耐久性，也就是承载能力的极限状态和正常使用极限状态。城市燃气管道耐久寿命标准的合理选择是耐久性评估和寿命预测的重要前提。
2.5、城市燃气管道反腐蚀性选择
由于城市燃气管道是半永久性设施，投产后难以进行维护或保养，因此需要耐久性。城市燃气管道表面防腐涂层的应用是将管道和腐蚀介质隔离，切断腐蚀电池的外部电路。这是解决城市燃气管道防腐的首要防线。
2.6、管道承载力
承载力寿命的理论是考虑城市燃气管道腐蚀引起的抵抗力下降。当城市燃氣管道的承压能力降低，难以达到抵御城市燃气管道的负荷时，城市燃气管道达到了承载能力的失效状态，作为城市燃气管道耐久极限状态的一个极限值。 2.7、城市燃气管道裂纹尺寸与锈蚀量限值
在腐蚀和内部压力负荷波动的综合影响下，城市燃气管道裂缝将加速。裂缝尺寸和锈蚀量的极限值理论是根据管壁裂纹尺寸或锈蚀量达到一定控制极限值所需的时间，这个时间就称为城市燃气管道的使用寿命。裂缝的大小限制通常是指行业或企业相关部门规定的临界值；腐蚀量限制通常以城市燃气管道的横截面损失率表示。这个寿命准则的标准相当严格，限值的确定取决于实际的工程和专家经验，主观性占据主导。城市燃气管道腐蚀和疲劳破裂时，允许城市燃气管道有一定的工作能力，不会影响城市燃气管道的安全运行。
3、城镇燃气管网优化设计的发展趋势
3.1、多目标化
城市燃气管网的优化本质上是一个多目标优化问题。在结构设计中，必须充分考虑城市燃气管网的运行、建设成本和结构可靠性等诸多因素，舍弃传统设计中不及成本的冗余设计理念，优化设计已成为“综合优选”，而不是传统设计的“校对与分析”。城镇燃气管网优化设计的目标是利用现有资源满足可靠性约束和常规约束条件，从而使管网热耗指标、管网的动力性能指标、管网投资成本指标能够达到一个最佳状态，同时还要充分考虑管道结构的稳定性、刚度和强度，降低运输成本，提高管道输送系统的可靠性，减少管道建设投资。
3.2、自动化
为了适应城镇发展的实际需要，有必要开展基于现代化和自动化要求的研究。从自动化角度来看，实施了燃气管网的自动控制。为了有效地实现自动控制，下一个控制单元操作需要由前一个控制单元的操作状态来确定，管网设计优化的设计条件较为苛刻，参数也较为繁多，技术含量也较高， （下转第页）（上接第页）这就需要借助于高科技技术的应用。这样，在进行管网设计时，就要严格按照专业规范，做好各种参数的计算和控制，设计方案的技术含量才能得以逐渐提高。尤其要重点分析操作单元的各项运行参数。在满足管网工艺要求的前提下，要以整体成本作为目标，通过优化压力调节站的入口流量、压缩机的数量和压力调节站的出口流量等参数。
3.3、快速化
一旦燃气管网发生泄漏、火灾、爆炸等安全事故，将直接构成对社会和人民群众的生命财产重大损失，不可避免地产生不良的社会影响。因此，在设计管网时要充分考虑运行中可能出现的各种隐患，同时燃气公司必须建立快速响应和处理安全事故的应急预案的培训，在出现事故时，能够灵活地进入状态的机制和能力。因此，除了工程和技术措施之外，设计中还应该有快速可靠的优化算法，该算法要和实际经验相结合。城市燃气管网设计人员也在不断探索和改进模型，达到快速优化的过程，这样才能在根本上提高管网设计的整体效果。
结束语：
城镇燃气管网设计人员应在具体的城市燃气管网优化设计中，根据当地情况，结合当地实际情况，对输配电、系统的功能和參数进行认真严谨的科学论证。从多个技术经济角度对具体方案的设计进行合理的选择和确认，然后经过分析比较，综合考虑整个城镇燃气管网系统的建设成本、日常运行维护和维护成本，选择最优城市的燃气管网设计方案。
参考文献：
[1]燃气管网设计中的模拟与优化研究进展[J].王同华，王磊，张春波，卢守卫.城市燃气.2005（05）.
[2]关于加强城镇燃气管网优化设计的分析[J].舒爽.中国新技术新产品.2016（08）.
[3]城镇燃气管网设计工程管理[J].梁波，彭晶晶.企业技术开发.2015（36）.
[4]燃气输气管道管径优化设计方法概述[J].王建强，王京，杨卫国.邯郸职业技术学院学报.2008（04）.
[5]城市燃气管网的优化设计[J].黄红祥，姜东琪，段常贵.煤气与热力.2004（10）.
[6]燃气输气管道管径优化设计方法概述[J].王建强，王京，杨卫国.邯郸职业技术学院学报.2008（04）.
关键词：城镇；燃气管网；优化设计
燃气管网系统是城镇基础设施的一个重要组成部分，其建设效果直接反映出城市现代化水平，同时直接影响城市居民的生活质量。为了满足人们对燃气的需求，燃气的需求量也日益急剧增加，现在燃气系统结构越来越复杂，威胁燃气管道设施的因素也趋于复杂，因素的数量也在不断增加，另外燃气管网系统将趋于庞大而复杂。在设计时，有必要确定重点核心部分，并着重于对管网设计的优化，城市燃气管网的规划设计要达到科学合理、经济实用的目的。城市燃气管网建设关系到我国社会发展和人民生活质量的提高，在国家城市化建设进程中发挥着重要作用。
1、城镇燃气管网优化设计应考虑的因素
1.1、压力调节装置要合理选择
合理选择压力调节装置是重要的一步，压力调节装置以压力调节柜的形式实现。压力调节柜需要具有主辅压调节器和超压切断装置的功能，使压力稳定供应，压力可以进行调整，主要特点如下：1）压力调节箱的位置非常重要，它应该放在安全的位置，即使发生紧急情况，也可以安全地调整压力，这个过程时间必须在很短的时间内完成；2）调压装置应满足大型企业的需要和工业锅炉用气量，正常操作所需的气体压力必须能够通过压力调节器在可容许的范围内调节压力；3）压力调节主电压调节器和辅助电压调节器应配备，一旦主调节器发生故障，辅助调节器可以自动启动，以确保燃气压力的稳定性并保证燃气的稳定供应；4）压力调节柜应放弃传统布置，不要以楼栋为压力调节基本单元，使用调压柜后，可大大节省空间，降低压力调节设备的设备管理成本以及日常维护的成本，调压柜的数量也有所减少；5）缓冲罐内应设置连锁切断阀，一旦压力高，切断阀必须能够立即切断气体，切断阀用于处理压力不稳定或者调节阀的失效时，使用切断阀可以有效保护气体供应，同时也保证了人们的用气安全。
1.2、城镇燃气管网的优化
随着城镇燃气管网优化设计的深入发展，管网的结构优化也在不断发展，城市燃气管网直径的大小必须满足市场需求，同时要确保材料成本和安装成本要能够达到最佳性价比，管道的选择不再基于过去的施工实践经验，而应根据最优设计方案的需要出发。
1.3、城镇燃气管网的管材选择
传统的城镇燃气管网设计主要采用钢管，由于这些燃气管道长期埋在地下，钢管容易腐蚀，为避免或延缓管道腐蚀的影响，必须对管道进行有效的防腐处理，处理得难度比较大，成本更高。由于PE管具有使用寿命长，维修方便，安装简单，成本低等优点，已开始在城市燃气管网中得到了大规模应用，尤其是中压管道中。
1.4、高层建筑设计时需要考虑的因素
随着城市化的不断发展，高层建筑甚至超级建筑已经建成并正在建设中。由于高层建筑的特殊性，在其供气系统的设计中，有必要解决一些不可忽视的问题，因为高层建筑的设计标准很高，输气管道的设计要高度重视。高层建筑室内燃气管道设计中需要考虑诸多问题，如高附加压力，高层建筑沉降量要高于其他建筑，这点要考虑周全，保证燃气可以安全稳定地供应。
目前高层建筑的燃气设计进户时采用低压的形式，在对其压力计算时，要考虑管道的压力降损失，以及高层建筑自身的高度，这会造成燃气的附加压力ΔH增加，其计算方法如下：
ΔH=9.8×（ρk-ρm）× h （1）
式中：ΔH――燃气的附加压力，Pa；
ρk――空气的密度，kg/Nm3；
ρm――燃气的密度，kg/Nm3；
h――燃气管道终点、起点的高程差，m
2、燃气管网直径的选择
2.1、管段初始流量的确立
管段的初始流量通过在连枝流量恒定的条件下调用基本相关矩阵来获得。分支是针对环形管网来说得，如果从一些管段中移除环形管网，那么管网变成枝状管网，则移除的管段称为连枝，根据分配管道长度的原则确定相应的连枝流量，该原则是以比例来确定的。
2.2、管径的初选
可以通过计算机软件调用中的“初选管径”菜单预先选择管道直径。根据管段的计算流量和管段的单位压降，单位压降取决于从供气点到零速点和管道的允许压降与管道长度的比值，零速点是根据气体从供气点流向最远点的原则确定的。
2.3、经济管径的选择
根据初始的规格管径和管段计算流量并求解管段压降，由气源点压力来通过计算得到其他各节点的压力，并调用各节点压力进行计算，从而可以计算出管道的经济压降，根据压降和计算出的流量，调用软件中的“管径优化”菜单来优化管道直径。
2.4、城市管道耐久性原则选择
作为城市燃气管道的耐久性的一个功能，还有极限状态的耐久性，也就是承载能力的极限状态和正常使用极限状态。城市燃气管道耐久寿命标准的合理选择是耐久性评估和寿命预测的重要前提。
2.5、城市燃气管道反腐蚀性选择
由于城市燃气管道是半永久性设施，投产后难以进行维护或保养，因此需要耐久性。城市燃气管道表面防腐涂层的应用是将管道和腐蚀介质隔离，切断腐蚀电池的外部电路。这是解决城市燃气管道防腐的首要防线。
2.6、管道承载力
承载力寿命的理论是考虑城市燃气管道腐蚀引起的抵抗力下降。当城市燃氣管道的承压能力降低，难以达到抵御城市燃气管道的负荷时，城市燃气管道达到了承载能力的失效状态，作为城市燃气管道耐久极限状态的一个极限值。 2.7、城市燃气管道裂纹尺寸与锈蚀量限值
在腐蚀和内部压力负荷波动的综合影响下，城市燃气管道裂缝将加速。裂缝尺寸和锈蚀量的极限值理论是根据管壁裂纹尺寸或锈蚀量达到一定控制极限值所需的时间，这个时间就称为城市燃气管道的使用寿命。裂缝的大小限制通常是指行业或企业相关部门规定的临界值；腐蚀量限制通常以城市燃气管道的横截面损失率表示。这个寿命准则的标准相当严格，限值的确定取决于实际的工程和专家经验，主观性占据主导。城市燃气管道腐蚀和疲劳破裂时，允许城市燃气管道有一定的工作能力，不会影响城市燃气管道的安全运行。
3、城镇燃气管网优化设计的发展趋势
3.1、多目标化
城市燃气管网的优化本质上是一个多目标优化问题。在结构设计中，必须充分考虑城市燃气管网的运行、建设成本和结构可靠性等诸多因素，舍弃传统设计中不及成本的冗余设计理念，优化设计已成为“综合优选”，而不是传统设计的“校对与分析”。城镇燃气管网优化设计的目标是利用现有资源满足可靠性约束和常规约束条件，从而使管网热耗指标、管网的动力性能指标、管网投资成本指标能够达到一个最佳状态，同时还要充分考虑管道结构的稳定性、刚度和强度，降低运输成本，提高管道输送系统的可靠性，减少管道建设投资。
3.2、自动化
为了适应城镇发展的实际需要，有必要开展基于现代化和自动化要求的研究。从自动化角度来看，实施了燃气管网的自动控制。为了有效地实现自动控制，下一个控制单元操作需要由前一个控制单元的操作状态来确定，管网设计优化的设计条件较为苛刻，参数也较为繁多，技术含量也较高， （下转第页）（上接第页）这就需要借助于高科技技术的应用。这样，在进行管网设计时，就要严格按照专业规范，做好各种参数的计算和控制，设计方案的技术含量才能得以逐渐提高。尤其要重点分析操作单元的各项运行参数。在满足管网工艺要求的前提下，要以整体成本作为目标，通过优化压力调节站的入口流量、压缩机的数量和压力调节站的出口流量等参数。
3.3、快速化
一旦燃气管网发生泄漏、火灾、爆炸等安全事故，将直接构成对社会和人民群众的生命财产重大损失，不可避免地产生不良的社会影响。因此，在设计管网时要充分考虑运行中可能出现的各种隐患，同时燃气公司必须建立快速响应和处理安全事故的应急预案的培训，在出现事故时，能够灵活地进入状态的机制和能力。因此，除了工程和技术措施之外，设计中还应该有快速可靠的优化算法，该算法要和实际经验相结合。城市燃气管网设计人员也在不断探索和改进模型，达到快速优化的过程，这样才能在根本上提高管网设计的整体效果。
结束语：
城镇燃气管网设计人员应在具体的城市燃气管网优化设计中，根据当地情况，结合当地实际情况，对输配电、系统的功能和參数进行认真严谨的科学论证。从多个技术经济角度对具体方案的设计进行合理的选择和确认，然后经过分析比较，综合考虑整个城镇燃气管网系统的建设成本、日常运行维护和维护成本，选择最优城市的燃气管网设计方案。
参考文献：
[1]燃气管网设计中的模拟与优化研究进展[J].王同华，王磊，张春波，卢守卫.城市燃气.2005（05）.
[2]关于加强城镇燃气管网优化设计的分析[J].舒爽.中国新技术新产品.2016（08）.
[3]城镇燃气管网设计工程管理[J].梁波，彭晶晶.企业技术开发.2015（36）.
[4]燃气输气管道管径优化设计方法概述[J].王建强，王京，杨卫国.邯郸职业技术学院学报.2008（04）.
[5]城市燃气管网的优化设计[J].黄红祥，姜东琪，段常贵.煤气与热力.2004（10）.
[6]燃气输气管道管径优化设计方法概述[J].王建强，王京，杨卫国.邯郸职业技术学院学报.2008（04）.