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中图分类号:R54041 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)10-0047-01
一、前言
随着我国经济的发展,无污染安全的燃气逐渐走入了人们的日常生活,目前我国城市燃气主要是一液压煤气和天然气为主,随着我国城市化的进程加速,城市燃气未来会朝着高效率和无污染方向进行发展。
二、我国城市化燃气技术的现状
我国燃气近年来在开发、供应和建设上都取得饶有成效的突破,主要有以下几个方面:
1、规范技术标准上有了基本的规定以及模式。在技术上我国南方城市已达到了非常高层次的水平,国家专门成立了天然气技术标准化委员会、城镇燃气标准技术归口单位等用来加强管理;明确规定了除非本国气候、地理因素的差异否则采用国际标准为准则;对规范中不属于安全的问题少规定,促使工作人员的创新的使用前提。于此,在对南方等用燃气较多的城市都实施了相应技术规范的措施。
2、燃气企业的信息化系统有明显发展的今天,随着信息技术的发展、现代企业管理制度的建立和计算机技术的普及,在城市燃气技术行业中信息化系统迅速发展壮大,银行代收费系统、财务计算机联网系统、燃气生产经营系统等一步步建设并逐步使用。比如,西安、上海等地都已建立了良好的城市燃气信息化系统。
3、城市燃气输配的安全性、时效性都更加的完善。因为我国城市的燃气输配系统运用的是中压配气、高压输气的基本原则,建造的管网是多级压力制的,因事故导致的无法供气、供气能力不足、调解不力等问题得到良好的解决,使天然气更为经济、合理、安全的输配,“西气东输”“川气东输”等工程解决了我国四川、重庆、上海等南方城市的燃气困乏问题。
4、大型天然气储罐直接置换天然气工艺成熟技术的应用。此方法超越了落后传统的储罐间接置换技术,置换操作之前,一定要对球罐及管道系统进行非常严格的吹扫工作,为了防止各种杂质在置换过程中产生火花发生危险,且能通过非常好的接地装置消除静电火花的产生,最大程度上把危险消灭在萌芽状态。最大化的具体操作中,调节管道阀门,天然气进人储罐的速度要进行控制,消除在置换过程中由于各种摩擦产生的静电火花,最终解决掉天然气与空气混合发生爆炸的可能性。
5、在我国实现了大型天然气球罐全面国产化。由于以前我国并不具备和掌握大型球罐的建造技术,所以建造这种球罐只能依靠进口。比如说,在西安我国建造了多座1*105m3的天然气球罐,并能使用国外的先进技术对技术路线设计、制造,于此同时联系国外的技术人员对国内安装单位进行指导安装。近年来我国在球罐大型技术化方面发展非常迅速,快速消化并吸收国外技术自行在重庆等地研制成功了两座容积为1*104m3的球罐,并通过分析设计法分析,得到大量的分析数据,使得大型球罐的分析设计研究有了良好的发展基础,目前国内的大型压力容器制造厂技术也都已达到国外同类的先进水平,我国的大型天然气罐国产化的实现标志着我国在大型球罐的建造上也已经达到了国际先进的水平。
三、燃气技术在我国城市中面临的主要问题
1、我国天然气技术科技投入不足,设备落后,供配系统发展缓慢,达不到国际标准。但是也应该意识到,与国际接轨不是简单地引进国外先进技术设备,还应该在市场经济条件下,根据本国的发展情况,通过采用先进的科学技术和消化吸收,使我国的标准规范和国际接轨,使我国的整个燃气系统取得较高的经济效益。
2、燃气供应紧张,在南方城市中价格上涨。由于近年来南方冬季气温偏低,北方的冰雪天气也直接影响到南京、武汉、重庆等城市的用气问题,我国南方城市燃气价格持续走高,如广州由于北方冰雪天气的影响,瓶装液化气价格持续上涨,南京、重庆、合肥、武汉等天然气供应紧张。
3、配系统规模小,配件不够齐全,而导致经济性、可靠性差和安全性。在我国城市燃气上来讲,其主要以居民生活炊事用气和少量的交通运输用气为主,多数以城市区域限制建设小型燃气输配系统,规模小,发达国家在规模上和用气结构上与国内相比要先进很多,调峰、储气应急环节都不够完善。
4、城市燃气企业群雄逐鹿,跨区燃气公司凸显优势
目前,我国各地政府均已开放城市燃气市场,并出台各种政策鼓励城市燃气企业发展,允许民营和外资企业进入该领域。截至2009?年,全国各类城市燃气企业共计200?余家,销售天然气约405×108m3,以中华煤气(中华煤气、新奥燃气、华润燃气、中国燃气、昆仑燃气)为代表的五大跨区燃气公司,共销售天然气158×108?m3,市场份额接近40%;在全国654个县级以上城市中,主要跨区燃气企业进入281个,其中包括省会城市17个,项目所在地主要分布在东南沿海地区、渤海地区、环长三角地区和中南地区等经济较发达地区。
四、我国城市化燃气技术的发展趋势
今后,我国城市燃气技术的发展趋势提高的方向上应把燃气输配系统建设中出现的问题作为改革的基础,立足于现有的技术条件,全面而系统地掌握发达国家的技术,并进行分析比较,能够把高科技专业的研究成果应用到我国城市燃气输配系统,能有机地融合到一起从而推动燃气设备制造和燃气信息产业的发展,使整个燃气技术发生翻天覆地的变化。为了这样的目的应重点研究和发展以下关键技术:
1、重点发展和研究城市高压环状管网、球罐、地下储气库、采用LNG等储气方式。并运用调峰手段的技术进行经济性分析,不同的城市燃气输配情况,进行不同的科技研究,采用合理组合的储气方案。采用燃气空调平衡燃气冬夏季负荷等课题是我国燃气技术发展的关键性课题。
2、将负荷与负荷特性的研究放在基础,建立数据库并建立对管网计算的评价方法和管网的模拟实验,加强实践检验和修正流量计算公式。
3、进一步研究和修正管道埋设的强度计算方法,将高新技术应用于施工、维修改建和运行,研究特殊地形的管道穿越方式。
4、城市燃气设计、运行数据库的建设及软件开发,尤其在SCADA系统、GIS系统、仿真系统和抢险应急系统中有机结合起来并建设公共平台。技术上提高城市天然气的用气率,对于武汉、广州等用气告急的城市,这些将成为无比实用的缓冲剂。
5、大型天然气高压储罐关键设备的国产化研究,新型燃具及燃气装备行业的系统研发和投入生产,能够对管材、管件、阀门的长期研究和改进,调压器超压保护方法与管网的压力工作情况相匹配。
6、事故发生后的安全分析和处理系统的研究,环境、安全与危机的评估以及燃气管网的可靠性分析和风险评估研究。
7、在国际接轨的标准规范中建设。城市燃气系统的标准化建设中,能够让用气系统更加合理和有效配合,例如减少武汉、广州等缺气城市在某些不规范使用燃气,在工业用气上实行恰当的限制政策,让城市用气与国际标准接轨,极大的促进燃气技术的使用。
结束语
综上所述,本文重点对我国城市燃气技术的现状以及未来的的发展趋势进行了详细的分析,目的是提高城市优质燃气的利用率,提高人们的生活质量。?
参考文献
[1] 欢迎订阅2016年《城市燃气》[J].城市燃气.2015(10)
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[关键词]天然气 管道防腐层检测 泄漏检测定位技术
中图分类号:TU996.8 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)44-0396-01
1 前言
城市燃气作为一种清洁、高效能源,与人们的日常生活和企业生产息息相关。随着燃气应用领域的不断拓展,城市燃气管网覆盖面积扩大,燃气供应管网的压力、管径逐步提高,管网长度逐年增加,如何有效防止燃气供应管网泄漏事故发生,也就是燃气管网泄漏事故预防预警技术关系到居民生活、社会稳定和一个城市的管理水平。
燃气管网泄漏事故主要是由自然因素、外力或人为破坏、施工质量问题和管道外防腐层腐蚀等原因发生的,其中管道外防腐层腐蚀造成燃气管道泄漏是泄漏事故发生的主要原因。提高燃气管道的腐蚀检测技术,可以有效的预防燃气泄漏事故的发生。一旦发生燃气泄漏,选择哪种的泄漏检测技术能及时的检测到泄漏点并准确定位,是提高燃气管道预防预警技术的关键。
2 燃气管网事故预防预警技术现状
(1) 管道外防腐层检测技术现状
埋地金属管道外防腐层检测技术方法很多,但就其信号源来说,都可归纳为
交流电流、直流电流和近间距管/ 地检测技术。
交流电流(磁场衰减)检测法
这是一种利用交流电流的检测技术。通过在管道上施加交变信号,在管道周围形成磁场,磁场强度与信号强度成正比。用此检测技术检测防腐层完好的地下管道时,管道产生的磁场信号随着距信号源距离的增加,以一定的斜率呈线性衰减。若管道某处的防腐层出现破损,则信号电流在此处有流失,导致此点磁场强度发生突变。该方法优点是不需沿线步行检测,可在检测人员难以到达的区域使用。缺点是不能准确检测定位防腐层缺陷的位置,且易受管道附近磁性体和杂散电流的影响。
直流电流(电位梯度)检测法DCVG
也称直流脉冲技术-DCVG,它使用频率为非对称的直流脉冲信号加载到管道上,通过两根相距电极在地面上进行电位测量,由于信号电流在防腐层破损处流失,电流流过土壤电阻,在管道漏点附近就形成电压梯度。一般破损面积越大,电流密度越大,而形成的电压梯度也就越大。该方法优点是可提供缺陷尺寸大小,不易受管道上方电网干扰。缺点是不能远距离测量且受环境因素及管道覆盖层绝缘性影响较大。
近间距管/ 地检测技术 CIPS
这是一种控制管道外腐蚀、监控阴极保护效果的测试技术。通常在阴极保护状态下,在1 m~5 m间距读取电位数据。该方法优点是可定出缺陷的位置、尺寸大小,指出阴极保护区域,也可计算机自动沿线采样。但缺点是测试人员工作强度相应增大,并且由于需要拖拉电缆而大大限制使用范围,尤其不适应野外操作。这种方法对防腐层破损点的定位精度在±1m范围内。
(2)燃气泄漏检测定位技术现状
根据燃气管道泄漏检测的原理不同,目前使用的检测方法可以分成直接检测法与间接检测法,在燃气管道泄漏检测中使用最为广泛的直接检测法是可燃气体检测法和火焰电离检测法,而漏点定位技术为洞孔检测法。
可燃气体检测法:可燃气体检测法是利用燃气的扩散作用从空气中进行取样,然后利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度,当可燃气体进入探测器时,通过继电器驱动信号就传递到控制面板上的报警器进行报警。此种方法只能检测到燃气泄漏,但不能定位泄漏点。
火焰电离检测法:烃类气体在纯氢火焰的灼烧下产生带电碳原子,由电极板搜集检测,当电极板检测到的碳原子数量超过了预定的警戒值时检测器会立刻报警。此种方法灵敏度高,检测浓度的范围大,定位精准,系统反应时间也较快,但单独使用时不能长距离的连续检测。
泄漏点定位技术:目前,燃气泄漏点定位技术为路面打孔检测定位法,初步判断泄漏路段,用地下管线检测仪定出燃气管道准确位置,并每隔一定间距用路面打孔定位,在孔内检测燃气浓度,燃气检测浓度最高处判断为泄漏点,确定泄漏点后,在燃气管道位置处开挖马路,查看该点是否为漏点。
3 燃气管网事故预防预警技术发展趋势
(1)管道外防腐层检测技术发展趋势
电桥检测技术:电桥检测技术是一种管内电流法的改进方法,它是从两个方向向管道通电,利用电流值、电位差及管道电阻计算出损伤部位。优点是适于柏油路面,检测精度较高。
电流排放检测技术:这是一种确定地下管道阴极保护所需电流量以及从某一点所能保护的范围,或确定防腐层已破损管道阴极保护所需增加电流量的技术。使用便携电源和临时阳极作为临时阴极保护系统,调节输出使之达到所需的汇流点电位,然后距汇流点不同距离测量电位变化,直到丧失保护,确定出保护范围。也可用来确定管道防腐层的平均电阻率,间接反映防腐层破损情况,该种方法适用于高压带有阴极保护的管道。
(2)燃气泄漏检测、定位技术发展趋势
红外线吸收检测法:是通过检测气体透射光强或反射光强的变化来检测气体浓度的方法。当某物质受到红外光束照射时,该物质分子就要吸收一部分光能量,并将其转换为分子的振动和转动能量,通过传感器装置变成声音信号和视觉信号传输到显示器上。红外线吸收法具有选择性好、灵敏度高、系统的精确度高等优点。
激光扫描检测法:激光扫描泄漏检测法是根据气体对激光束辐射选择性吸收的原理进行的。当输气管道发生泄漏并在管道上方形成甲烷云团时,甲烷云团会吸收激光束的某一频域的谱线,造成该频域光谱的衰减,当该频域谱线的衰减超过一定值时,激光甲烷分析仪的指示器会发出泄漏报警信号。该方法灵敏度高,响应时间短,适合场站、架空及埋地天然气管道检测。
红外线成像法:当天然气发生泄漏时,泄漏点土壤周围温度场会发生变化,通过红外线遥感摄像装置,可以记录管道周围地热辐射效应,再利用光谱分析就可检测出燃气泄漏位置。这种方法可以精确定位泄漏点,灵敏度也很高。缺点是不适用于埋地较深的燃气管道,另外红外热成像仪成本较高。
钟罩吸附定位技术:钟罩吸附定位技术是路面打孔定位技术的延伸,在初步判断泄漏管段上方按一定间距打孔,打孔深度相同、直径相同的空洞,用带吸附的橡胶钟罩倒扣在打孔位置处的上方,将孔内燃气、空气混合体吸附、排放后,在相同时间、体积内检测孔内聚集的燃气浓度,浓度最高的空洞点,为泄漏点的可能性最高。
4 结论
本文介绍了燃气供应管网泄漏事故的预防预警技术的现状和发展趋势,阐述了各种技术的优点和缺点。城市管道事故的预防预警技术选择需要考虑管道敷设方式以及敷设的管道是否有阴极保护,同时满足适合野外和柏油路面条件的检测、泄漏定位技术。针对不同情况采取不同的预防预警技术。
参考文献
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液化石油气在我省得以广泛利用,不同城市瓶装气和管道气的所占比例不同,1999年的调研资料表明,就广州、深圳、珠海和佛山而言,各市主要燃气供应公司瓶装气供应所占比例分别为39%、35%、98%和33%(数据仅供参考)。数据表明。由于瓶装气投资少,见效快,机动灵活,在经济较发达的珠三角仍有不小的市场。从实际情况看,因一个城市存在多家瓶装气供应商的竞争,各市的瓶装气销售点的设置或多或少出现混乱局面,给城市带来安全隐患。珠海也不例外,尽管政府有关部门不断采取了措施来整顿和管理瓶装气销售点,但很大部分销售点仍不符合消防要求,且整体布局不合理。在此情形下,为了瓶装气销售点的规范管理,保障安全,方便用户,珠海市政府去年将瓶装气销售点纳入市政公共设施进行整体规划,《珠海市瓶装液化石油气销售点规划》的编制提上议事日程。在规划编制公开招标中,我司所作方案中标。经过几个月的努力,《珠海市瓶装液化石油气销售点规划》圆满完成,规划成果已通过珠海市有关专家组的论证,并得到省、市有关领导和专家的好评,现将该规划的编制思路作简单介绍。
1规划成果文件组成
本规划成果文件由三部分组成:
1.1正本文件一—说明书,以文字形式介绍珠海市燃气供应现状及发展趋势和瓶装气销售点的规划规划说明书包括章节有:(1)城市概况(2)燃气供应现状(3)瓶装气销售点规划概述(4)瓶装气气源(5)瓶装气用气量(6)瓶装气供应系统(7)瓶装气销售点(8)劳动定员和主要技术经济指标(9)规划实施。
1.2各种图档--平面布置和地形图,以图形的方式,体现人口的现状、瓶装气销售点周边情况及各组团不
同时期销售点布置。
1.3声像资料———以照片和录映带,既静态,又动态地反映瓶装气销售点现况和规划选址情况。我们尽量使规划文件内容丰富、生动形象、资料的齐整,以清晰、准确表达规划意图。
2规划编制条件
2.1规划主要解决现有的以下几个突出问题
(1)现有销售点布局不合理。混乱的市场竞争导致效益好的地块,出现几个供应商争着设点;效益差的地方,无人投资。政府批准或管理销售点无依无据;
(2)销售点性质和定位不清。现有瓶装气销售点规模参差不齐,一些销售点甚至附设到一般商铺,政府管理困难;
(3)缺乏制定相应管理条例和处理措施的依据。因无具体、明确的要求,现有站点大多无必需的消防设施和安全措施,存在较大安全隐患。
既然瓶装气的供应和使用,在短期内无法取消,政府有必要作出相应的规划,以完善该方面的管理。
2.2瓶装气销售点规划编制主要考虑因素
在规划编制过程中,编制小组针对珠海市的地理特点、城建模式和燃气供应的具体实际情况,力图编制最具操作性的规划。如珠海市有人口密度相对较小,岛屿多(146个)的特点;城市组团发展不平衡,各组团社会经济发展水平相差较大,具有较明显的三个层次;各片区的管道燃气供应设施建设也差别很大,即使在城区,有建好气化站和市政管网的,也有还没作供气管网设计的;珠海市和珠江三角洲大部分城市的瓶装气供应方式和外省主要的瓶装气供应方式(以下称外地供应方式)有很大不同。见表l。其中,规划编制时最需注意的是珠海本地的瓶装气供应方式的特点。
另外。珠海的瓶装气工业用户和绝大部分商业用户的钢瓶周转并不经过销售点,而是采用直接从用户到液化气充装站再回用户的形式,这些都对销售点液化气销售量计算和销售点设置模式产生直接影响。瓶装气只是城市燃气的其中一种供应方式,其规划必然受城市和所在地区燃气供应规划的影响。
本规划在考虑珠海目前燃气供应主要以瓶装液化石油气为主的实际情况的同时,特别指出瓶装气从长远来说,只是一种过渡供应方式或辅助方式,城市现代化建设要求燃气供应须以方便、安全的管道化供气为主。而广东的液化天然气为此提供了良好的发展条件,不管管道液化气的发展进度如何,价廉物美的天然气上岸后,管道燃气必将会在珠海得以加速发展,成为主流供气方式。因而,综合考虑珠海人口的增长和管道燃气用户发展情况的共同作用,瓶装气用户数会呈现先小幅上升(管道气发展较慢,人口增长为主要影响因素),再到一段不短的平稳期(管道气发展和人口增长差不多相互抵消),后明显下降(管道气进入快速发展阶段),到最后渐变为接近0值的趋势线(瓶装气主要在不成规模的偏僻地区供应)。因为这种瓶装气用户数的变化线较为特别,瓶装气销售点的设置须体现出动态的特点。也正是由于这个特点,销售点基本上是一种较长远的临时设施。
瓶装气供应有一些特点,如日高峰用气和小时高峰用气会通过用户钢瓶的气化量的变化来调节,不会反映到销售点的销售量上,对这些细节,本规划都作了考虑和说明。
3瓶装气销售点的定位和设置
销售点的定位和选址是本规划编制工作的重点。
3.1销售点定位和设置原则
在珠海的瓶装气供应模式和用地紧张(根本无法划出数量较多的大面积地块)情况下,《城镇燃气设计规范》中的“瓶装供应站”根本不适合于珠海。因此,规划编制时,我们提出按“供应安全”和“方便用户”的原则对珠海的瓶装气销售点重新定位(定位过程中与政府有关部门进行了充分的讨论,以达共识),采用安全距离要求较低,能设置在各小区边角地的小规模销售点。
为方便市民换气,瓶装气销售点一般设置在居民区内,服务半径应适中;从安全角度考虑,每个销售点供应规模不宜过大,以减小万一发生事故时造成的危害。即要求在一定范围内尽量提高销售点的数量。本规划提出销售点的钢瓶总容量控制在3M3至4M3,一般按4M3的设置,与液化气瓶组站类似,可套用《城镇燃气设计规范》第6.6.8条规定。而不必沿用《城镇燃气设计规范》中第6.5条“瓶装供应站”中的做法,以方便在城区内选址和降低生产成本。根据《建筑设计防火规范》,只要瓶库(间)按一、二耐火等级建造,且有足够的泄压面积,作好安全措施,平时作好安全
管理,这类液化气销售点的安全性是较高的。
销售点的布置须综合考虑《城镇燃气设计规范》、《建筑设计防火规范》和《城市居住区规划设计规范》中有关要求与指标。珠海市为居住人口密度较小的城市(平均759人/平方公里),销售点的服务人数取相对小值,以避免过大销售点服务半径过大;但在边郊地区,特别是人口稀少的海岛地区,以目前的人口,按销售点的服务人数指标已不具实际意义,如淇澳岛、桂山岛、大万山岛和外伶仃岛虽然目前人数较少,为了岛上居民的生活方便,应各设一个销售点。
3.2销售点的选址
根据我们与政府部门(主要是城建、规划和消防主管部门)对珠海瓶装气销售点的定位和珠海用地紧张的现状。我们提出销售点选址方案。以满足“方便用户”原则、符合消防安全要求和容易征地的点解决办法:
(1)销售点应尽量选择在供应区域的中心。全市实行总量控制,分步实施;
(2)销售点的位置微观上尽可能选择近山边或小区边缘等地方,且有便于运瓶汽车出入的道路;
(3)要求尽可能采用独立的建筑物形式,适当考虑利用或结合现有液化气气化站、有条件的垃圾站合建的方式;
(4)高层建筑的防火要求较高,而且高层建筑按国家有关规定《高层民用建筑设计防火规范》要求只准使用管道燃气。瓶装气销售点应尽量避开高层建筑。
3.3各组团销售点布置
整个规划区销售点总数从近期到远期前段基本维持在110个左右,随着管道气的发展,城区的瓶装气销售点会逐渐减少,其余地区有增加的趋势,到本规划期限末,整个规划区大致保留40至50个销售点。并基本分布在郊区。
根据销售点设置要求。各组团人口密度、燃气项目发展等情况,本规划区内各组团可分成四类:
A类:香洲、吉大、拱北等城市化程度较高部分。此类地区人口密度高,经济发达、生活节奏快。
该类地区主要在近期供应瓶装气,组团内销售点的设置主要按每个销售点约为1万人的平均服务人数确定总数,再按选址原则定销售点的具置。近期销售点的服务半径约为1Km,中期会增大至2Km左右,远期只保留少量点。以供应极少数因各种原因仍没使用管道燃气的用户。
B类:含南屏、湾仔、唐家等边郊和城市次中心。这类地区除中心城镇外,人口分布稀疏、分散。销售点服务半径较大,近期每个销售点服务人数6000—10000人,销售点主要在城镇和人口较多的小区内。中期随着人口增长和城镇化程度的提高,销售点的数量应跟随适当增设。远期销售点随管道气而减少。
C类:桂山等岛屿,人口不会大量增加,将持续使用瓶装液化石油气。为方便岛上用气,镇所在地的岛需设一个销售点,销售点的服务人数和服务半径指标意义不大。
D类:几个总体规划中留待以后要定位的特殊片区。这类地区根据以后发展情况机动设置销售点。
4规划实施
为了使规划能得到更顺利地实施,本规划指出了规划实施时应注意问题:
4.1规划实施须注意问题
(1)由于客观原因,瓶装气的气化人口是较难准确预测的数据。规划实施时应根据各阶段、各片区实际情况对销售点规划作适当调整。
(2)政府应制定减小瓶装气使用,鼓励发展管道气的倾斜政策。
(3)销售点的建设工作宜采用“谁受益,谁投资”的原则。
4.2规划实施难点
销售点的征地工作是规划实施时的难点。虽然本规划销售点大多数设置在边角地带,所在地作其他用途可能性不大,但所在地土地使用权基本上已划拨或出让出去,建设过程中。除特殊情况外,建议按以下原则处理土地使用权临时转让问题。
(1)规划销售点所在地块土地使用权没有被划拨或出让的,优先划拨给作为公共设施建设的本项目使用
(2)土地使用权属划拨的。应给予转让,其中属无偿划拨的,应无偿转让;
(3)土地使用权属出让的,政府各有关部门应采取与使用权取得者协商的方式,使其临时转让,并给予一定补偿;
(4)在个别土地使用权(临时)回收特别困难的区域,可充分发挥燃气经营企业的主观能动性,让有经营资质的企业在该区域自主选地,政府主管部门对符合各方面要求的点发放经营许可。
4.3相关政策
关键词:城镇燃气 燃气管网 优化设计
一、城镇燃气管网优化设计应考虑的因素
1.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:(1)通过压力调节箱,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。(2)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,(3)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。(4)压力调节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。(5)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。
2.城镇燃气管网的优化
随着城镇燃气管网优化设计深入开展,对于管网的结构优化也在不断进步。城镇燃气管网的管径大小一定要满足市场需要,同时还要保证材料成本和架设费用达到最佳的性价比。选择管材的不再根据以往的施工实践经验进行判定,而应当按照优化设计方案的需求进行考虑。
3.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钢管,由于这些燃气管道长年埋设在地下,钢管很容易发生腐蚀,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,在城镇燃气管网中开始被大量应用,特别是在中压管道中
二、燃气管网管径的选择
1.管段初始流量的确定
管段初始流量是在连枝流量一定的条件下,通过调用基本关联矩阵求解而得到的。所谓连枝,是针对环状管网而言的。如果把一个环状管网去掉某些管段后,该管网变成枝状管网,那么去掉的这些管段就称为连枝。连枝流量采用按照管段长度比例分摊原则确定
2.管径的初选
根据管段的计算流量和管段的单位压力降,可以计算机软件调用中的“初选管径”菜单进行管径的初选。单位压力降由从气源点到零速点的允许压力降与管路长度的比值确定,零速点的确定按照燃气总是从气源点流向最远点的原则确定。
3.经济管径的选择
根据初始的规格化管径和管段的计算流量求解管段的压力降,并由气源点的压力求各个节点的压力,调用修正各节点压力,计算得出经济压降。根据此压降和计算流量,调用软件中的“管径优选”菜单进行管径优选
4.城市管道耐久性原则选择
城市燃气管道耐久性作为一项功能,也存在着耐久性极限状态:承载能力极限状态和正常使用极限状态。对城市燃气管道耐久性寿命准则的合理选择是进行耐久性评估与寿命预测的重要前提
4.1 城市燃气管道反腐蚀性选择。因城市燃气管道属于半永久性设施,投产后维修或维护较难进行,故要求耐久性要好。在城市燃气管道表面涂敷防腐层就是为了隔绝腐蚀介质、切断腐蚀电池的外部电路,是城市燃气管道防腐蚀的第一道防线。
4.2 管道承载力。承载力寿命理论是考虑城市燃气管道腐蚀引起的抗力退化,当城市燃气管道的承压能力下降到不足以抵抗城市燃气管道压力的荷载作用时, 城市燃气管道就达到了承载力失效的状态,这一界限值作为城市燃气管道的耐久性极限状态
4.3 城市燃气管道裂纹尺寸与锈蚀量限值。在腐蚀和内压载荷波动等因素的共同作用下,城市燃气管道的裂纹将会加速扩展。裂纹尺寸与锈蚀量限值理论是以管壁裂纹尺寸或锈蚀量达到某一控制界限值所需时间作为城市燃气管道的使用寿命。裂纹尺寸限值通常指行业或企业等相关部门规定的临界值;腐蚀量限值通常用城市燃气管道截面的损失率来表示。该寿命准则仍然偏严,限值的确定依赖实际工程和专家经验,因而存在很大的人为主观性。当城市燃气管道发生腐蚀、疲劳开裂后还允许城市燃气管道有一定的工作能力,还不至于影响城市燃气管道的安全运行。
三、城镇燃气管网优化设计的发展趋势
1.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,而不能像传统设计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”,而不再是传统设计的“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。以武汉市天然气有限公司铸铁管改造工程为例,该段天然气中压铸铁管道从汉口青年路至新华路,是最早敷设的城市燃气管网之一,建设于上世纪90年代中期,在人工煤气时代起着重要作用。随着城市发展,沿线工商企业用户及居民用户日益增多,特别是青年路商圈迅速发展,形成了现有的金融一条街,天然气用户涵盖了武汉广电、顶好酒店、新世界餐饮、西园商业街、武商集团等39家大中型商业企业,沿线居民小区有22个,居民用户达1.2万户。该铸铁管改造工程2012年4月启动,首期改造燃气中压铸铁管200m,将原有铸铁管网进行改造,全部更换为更为耐用的钢管,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。
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。
3.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
三、结语
每一名城镇燃气管网的设计者,在具体的城镇燃气管网优化设计中,应因地制宜,结合各地的实际情况,通过慎重严密的科学论证,对输配系统功能和输配系统的参数进行合理选择和确定,对具体方案的设计从技术和经济的多重角度进行分析比较,综合考虑整个城镇燃气管网系统的建设工程造价、日常运行、维护维修等费用,选择最优的城镇燃气管网设计方案。
参考文献
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