城鎮天然氣輸配系統是指自門站至用戶的全部設施構成的系統，包括門站或氣源廠壓縮機站、儲氣設施、調壓裝置、輸配管道、計量裝置、管理設施、監控系統等組成。
基本介紹
- 中文名：城鎮天然氣輸配系統
- 外文名：Urban natural gas transmission and distribution system
- 組成：接受站、管網、儲配站、調壓室等
- 分類：根據用途、敷設方式和輸氣壓力分
- 存在問題：腐蝕、違章等
- 附屬設備：閥門、補償器、排水器等
分類,管網的選擇,管道布線原則,繞障礙物方式,天然氣管材,天然氣管道附屬設備,運行中存在的問題,保障天然氣管網安全運行的措施,
城鎮天然氣輸配系統有兩種基本方式：一種是管道輸配系統；一種是液化石油氣瓶裝系統。管道輸配系統一般由接受站(或門站)、輸配管網、儲氣設施、調壓設施以及運行管理設施和監控系統等共同組成。
1、接受站
接受站(門站)負責接受氣源廠、礦(包括煤制氣廠、天然氣、礦井氣及有餘氣可供套用的工廠等)輸入城鎮使用的天然氣，進行計量、質量檢測，按城鎮供氣的輸配要求，控制與調節向城鎮供應的天然氣流量與壓力，必要時還需對天然氣進行淨化.
2、輸配管網
輸配管網是將接受站(門站)的天然氣輸送至各儲氣點、調壓室、天然氣用戶，並保證沿途輸氣安全可靠。
3、天然氣儲配站
儲配站的作用一是儲存一定量的天然氣以供用氣高峰時調峰用；二是當輸氣設施發生暫時故障、維修管道時，保證一定程度的供氣；三是對使用的多種天然氣進行混合，使其組份均勻；四是將天然氣加壓（減壓）以保證輸配管網或用戶燃具前天然氣有足夠的壓力。
4、天然氣調壓室
調壓室是將輸氣管網的壓力調節至下一級管網或用戶所需的壓力，並使調節後的天然氣壓力保持穩定。
分類
天然氣管道根據用途、敷設方式、輸氣壓力、管網壓力級制分類。
(一)根據用途分類
1.長距離輸氣管線
其乾管及支管的末端連線城市或大型工業企業，作為該供應區的氣源點。
2.城市天然氣管道
(1)分配管道
在供氣地區將天然氣分配給工業企業用戶、公共建築用戶和居民用戶。分配管道包括街區的和庭院的分配管道。
(2)用戶引入管
將天然氣從分配管道引到用戶室內管到引入口處的總閥門。
(3)室內姍氣管道通過用戶管道引入口的總閥門將姍氣引向室內，並分配到每個天然氣用具。
3.工業企業天然氣管道
(1)工廠引入管和廠區天然氣管道
將天然氣從城市天然氣管道引入工廠，分送到各用氣車間。
(2)車間天然氣管道
從車間的管道引入口將天然氣送到車間內各個用氣設備(如窯爐)。車間天然氣管道包括乾管和支管。
(3)護前天然氣管道從支管將天然氣分送給爐上各個燃燒設備。
(二)根據敷設方式分類
1.地下天然氣管道
一般在城市中常採用地下敷設。
2.架空天然氣管道
在管道通過障礙時，或在工廠區為了管理維修方便，採用架空敷設。
(三)根據輸氣壓力分類
天然氣管道之所以要根據輸氣壓力來分級，是因為天然氣管道的氣密性與其它管道相比，有特別嚴格的要求，漏氣可能導致火災、爆炸、中毒成其它事敵。天然氣管道中的壓力越高，管道接頭脫開或管道本身出現裂縫的可能性和危險性也越大。當管道內天然氣的壓力不同時，對管道材質、安裝質量、檢驗標準和運行管理的要求也不同。
我國城市天然氣管道根據輸氣壓力一般分為:
1.低壓天然氣管道：壓力小於5kPa；
2.中壓天然氣管道：壓力為5kPa~0.15MPa；
3.次高壓天然氣管道：壓力為0.15MPa~0.15MPa；
4.高壓天然氣管道：壓力為0.3MPa~0.8MPa；
5.超高壓天然氣管道：壓力大於0.8MPa。
居民用戶和小型公共建築用戶一般直接由低壓管道供氣。
中壓和次高壓管道必須通過區域調壓室或用戶專用調壓室才能給城市分配管網中的低壓和中壓管道供氣，或給工廠企業、天型公共建築用戶以及鍋爐房供氣。
一般由城市高壓天然氣管道構成大城市輸配管網系統的外環環網，高壓天然氣管道也是給大城市供氣的主動脈。高壓天然氣必須通過調壓室才能送入次高壓或中壓管道，送人高壓貯氣罐站以及工藝需要高壓墩氣的天型工廠企業。
超高壓輸氣管道通常是貫穿省、地區或連線城市的長輸管線，它有時也構成大型城市輸配管網系統的外環環網。
（四）按管網壓力級制分類
按管網壓力級制分類
城鎮燃氣管網系統根據所採用的管網壓力級制不同可分為：
（1）單級系統 僅有低壓或中壓一種壓力級別的管網輸配系統。
（2）二級管網系統 具有兩種壓力等級的管網系統組成。
（3）三級管網系統 由低壓、中壓和次高壓三種壓力級別組成的管網系統。
（4）多級管網系統 由低壓、中壓、次高壓和高壓多種壓力級別組成的管網系統。
管網的選擇
(一)城鎮天然氣管網系統
根據所採用的管網壓力級制不同可分為：
1.一級系統：僅由低壓或中壓一級壓力級別的管網輸配系統。
2.兩級系統：由低壓和中壓B或低壓和中壓A兩級組成的管網輸配系統。
3.三級系統：由低壓、中壓和次高壓或高壓三級組成的管網輸配系統。
4.多級系統：由低壓、中壓、次高壓和高壓組成的管網輸配系統。
(二)採用不同壓力級制的必要性
1.管網採用不同的壓力級制是比較經濟的。
2.各類用戶需要的天然氣壓力不同。
3.消防安全要求。
(三)天然氣管網系統的選擇
在選擇天然氣輸配管網系統時，應考慮許多因素，其中最主要的因素有：
1.氣源情況
2.城鎮規模、遠景規劃情況、街區和道路的現狀和規劃、建築特點、人口密度、各類用戶的數量和分布情況。
3.原有的城鎮天然氣供應設施情況。
4.對不同類型用戶的供氣方針、氣化率及不同類型的用戶對天然氣壓力的要求。
5.大型天然氣用戶的數目和分布。
6.儲氣設備的類型。
7.城鎮地理地形條件，敷設天然氣管道時遇到天然和人工障礙物(如河流、湖泊、鐵路等)的情況。
8.城鎮地下管線和地下建築物、構築物的現狀和改建、擴建規劃。
9.對城鎮天然氣發展的要求。
設計城鎮天然氣管網系統時，應全面考慮上述諸因素進行綜合，從而提出數個方案進行技術經濟比較，選用經濟合理的最佳方案。方案的比較必須在技術指標和工作可靠性相同的基礎上進行。
管道布線原則
(一)布線依據
地下天然氣管道宜沿城鎮道路、人行便道敷設，或敷設在綠化地帶內。在決定城鎮中不同壓力天然氣管道的布線問題時，必須考慮到下列基本情況：
1.管道中天然氣的壓力。
2.街道及其他地下管道的密集程度與布置情況。
3.道路現狀和規劃。
4.街道交通量和路面結構情況，以及運輸幹線的分布情況。
5.所輸送天然氣的含濕量，必要的管道坡度，街道地形變化情況。
6.與該管道相連線的用戶數量及用氣情況，該管道是主要管道還是次要管道。
7.線路上所遇到的障礙物情況。
8.土壤性質、腐蝕性能和冰凍線深度。
9.該管道在施工、運行和萬一發生故障時，對交通和人民生活的影響。
由於輸配系統各級管網的輸氣壓力不同，其設施和防火安全的要求也不同，而且各自的功能也有所區別，故應按各自的特點進行布置。
(二) 管網的平面布置原則
（1）高、中壓管網的平面布置
高壓管網的主要功能是軸氣中壓管網的功能也是輸氣，並具有向低壓管網各環網配氣的作用。因之，兩者有共同點，也有不同點。一般按以下原則布置:
1.高壓管道宜布置在城市邊緣或市內有足夠埋管安全距離的地帶，井應連線成環網，以提高高壓供氣的可靠性。
2.中壓管道應布置在城市用氣區便於與低壓環網連線的規劃道路上，但應儘量避免沿車輛來往頻繁或鬧市區的主要交通幹線敷設，否則對管道施工和管理維修造成困難。
3.中壓管網應布置成環網，以提高其輸氣和配氣的安全可靠性。
4.高、中壓管道的布置，應考慮對大型用戶直接供氣的可能性，井應使管道通過這些地區時儘量靠近這類用戶，以利於縮短連線支管的長度。
5.高、中壓管道的布置應考慮調壓室的布點位置，儘量使管道靠近各調壓室，以縮短連線支管的長度。
6.從氣源廠連線高壓或中壓管網的管道應採用雙線敷設。
7.長輸高壓管線不得與單個居民用戶連線。·
8.由高、中壓管道直接供氣的大型用戶，其用戶支管末端必須考慮設定專用調壓室的位置。
9.高、中壓管道應儘量避免穿越鐵路或河流等大型障礙物，以減少工程量和投資。
10.高、中壓管道是城市輸配系統的輸氣和配氣主要幹線，必須綜合考慮近期建設與長期規劃的關係，以延長已經敷設的管道的有效使用年限，儘量減少建成後改線、增大管徑或增設雙線的工程量。
11.當高、中壓管兩初期建設的實際條件只允許布置成半環形、甚至為枝狀管時，應根據發展觀劃使之與規劃環網有機聯繫，防止以後出現不合理的管網布局。
（2）低壓管網的平面布置
低壓管網的主要功能是直接向各類用戶配氣，是城市供氣系統中最基本的管網。據此特點，低壓管網的布置一般應考慮下列各點;
1.低壓管道的輸氣壓力低，沿程壓力降的允許值也較低，故低壓管網的成環邊長一般宜控制在300~600m之間。
2.低壓管道直接與用戶相連，而用戶數量隨著城市建設發展而逐步增加，故低壓管道除以環狀管網為主體布置外，也允許存在枝狀管道。
3.為保證和提高低壓管網的供氣穩定性，給低壓管網供氣的相鄰調壓室之間的連通管道的管徑，應大於相鄰管網的低壓管道管徑。
4.有條件時低壓管道宜儘可能布置在街坊內兼作庭院管道，以節省投資。
5.低壓管道可以沿街道的一側敷設，也可以雙側敷設。在有軌電車通行的街道上，當街道寬度大於20m、橫穿街道的支管過多、或輸配氣量大，而又限於條件不允許敷設大口徑管道時，低壓管遒可採用雙側敷設。
6.低壓管道應按規劃道路布線，並應與道路軸線或建築物的前沿相平行，儘可能避免在高級路而的街道下敷設。
為了保證在施工和檢修時互不影響也為了避免山於漏出的天然氣影響相鄰管道的正常運行，甚至逸入建築物內，地下天然氣管道與建築物、構築物以及其它各種管道之間應保持必要的水平淨距。
(三)管道的縱斷面布置
1.管道埋深
地下天然氣管道埋設深度主要考慮地面動負荷，特別是車輛重負荷的影響，並在土壤冰凍線以下。
2.輸送濕天然氣的管道，不論是乾管還是支管，其坡度一般不小於0.003。
3.天然氣管道不得在地下穿過房屋或其他建築物，不得平行敷設在有軌電車軌道之下，也不得與其他地下設施上下並置。
4.在一般情況下，天然氣管道不得穿過其他管道本身，如因特殊情況要穿過其他大斷面管道(污水乾管、雨水乾管、熱力管溝等)時，需徵得有關方面同意，同時天然氣管道必須安裝在鋼套管內。
5.天然氣管道與其他各種構築物以及管道相交時，應按規範規定保持一定的最小垂直淨距。
繞障礙物方式
(一)天然氣管道穿越公路
天然氣管道在穿越一、二、三級公路或城鎮主幹道時，宜敷設在套管或地溝內。
(二)天然氣管道穿越鐵路
天然氣管道穿越鐵路和電車軌道時，必須採用保護套管或混凝土套管，並要垂直穿越。
(三)天然氣管道穿(跨)越河流
1.天然氣管道水下穿越河流
天然氣管道在水下穿越河流的敷設方法有：溝埋敷設、裸管敷設、頂管敷設 ，為防止水下穿越天然氣管道產生浮管現象，必須採用穩管措施。
2.附橋架設
3.管橋跨越
管橋法系將天然氣管道擱置在河床內自建的支架上。如可採用桁架式、拱式、懸索式以及棧橋式。
天然氣管材
1.鋼管
適用於各種壓力級別的城鎮天然氣管道和制氣廠的工藝管道。但耐腐蝕性較差，必須採取可靠的防腐措施。常用的鋼管有普通無縫鋼管和焊接鋼管。鋼管一般可以用螺紋、焊接和法蘭等方式進行連線。
2.鑄鐵管
鑄鐵管具有抗腐蝕性能強、價格便宜的優點。但質脆、笨重、承載應力小、接口氣密性較差。常用於中、低壓天然氣管道。鑄鐵管按材質分為普通鑄鐵管、高級鑄鐵管和球墨鑄鐵管。鑄鐵管的連線一般為承插、螺栓壓蓋和法蘭三種方式。
3.塑膠管
塑膠管具有耐腐蝕、質輕、流體流動阻力小、施工簡便、氣密性好等優點。但塑膠管機械強度較低 。塑膠管可以採用螺紋、承插粘接、承插焊接和電熱熔等方式實現連線。
4.其它管材
有時還使用有色金屬管材，如銅管和鋁管。在室內管道上還可使用鋁質軟連線管和鋁塑、鋼塑複合管。
天然氣管道附屬設備
天然氣管道附屬設備主要有閥門、補償器、排水器、放散管、閥門井。
1.閥門
閥門是用於啟閉管道通路或調節管道介質流量的設備。因此要求閥體的機械強度高，轉動部件靈活，密封部件嚴密耐用，對輸送介質的抗腐性強，同時零部件的通用性好。
2.補償器
補償器是調節管線因溫度變化而伸長或縮短的配件。常用於架空管道和需要進行蒸氣吹掃的管道上。此外，補償器安裝在閥門的下側(按氣流方向)，利用其伸縮性能，方便閥門的拆卸和檢修。
3.排水器
排水器是用於排除天然氣管道中冷凝水和石油伴生氣管道中輕質油的配件，由凝水罐、排水裝置、和井室三部分組成。管道敷設時應有一定坡度，以便在低處設排水器，將匯集的水或油排出。
4.放散管
一種專門用來排放管道內部的空氣或天然氣的裝置。放散管設在閥門井中時，在環網中閥門的前後都應安裝，而在單向供氣的管道上則安裝在閥門之前。
5.閥門井
為保證管網的安全與操作方便，地下天然氣管道上的閥門一般都設定在閥門井中。閥門井應堅固耐久，有良好的防水性能，並保證檢修時有必要的空間。考慮到人員的安全，井筒不宜過深。
運行中存在的問題
天然氣管網安全天然氣管網存在的主要問題有以下幾種：
1.管道腐蝕
①天然氣管道投入使用年限過長。由於天然氣記憶體在焦油、萘等雜質，對管壁常年腐蝕，造成內腐蝕穿孔。
②電化學腐蝕。由於管線穿越不同類型的地質，沿線土壤透氣性等物理化學參數有較大變化，導致管段兩端存在明顯的電位差， 造成電化學腐蝕。
③雜散電流腐蝕。近幾年由於電信業的大規模發展， 地下電力、電信管道猛增， 漏氣電流以管線作為回流通路， 導致流出點的局部坑蝕。④防腐層破壞。由於施工人員在管道施工中不遵守操作規程，在下管時破壞了管道外的防腐層，防腐層起不到應有的保護作用，致使管道受外界環境的影響， 造成腐蝕穿孔。
2.天然氣管道位於交通要道
隨著深圳城市建設的高速發展，許多原來敷設在便道、綠地上的天然氣管道， 在新的道路建成，老的道路拓寬後，變成了敷設在城市主路、輔路上的天然氣管道。這些天然氣管道敷設在道路上，運行管理極為不便白天，大量的機動車在道路上高速行駛，管線運行人員很難正常維護道路上的天然氣管線。當運行人員對道路上的天然氣管道和天然氣設施進行檢查、維護時，經常造成交通堵塞。而一旦發現天然氣管道漏氣，進行緊急搶修時，就要通知交通管理局斷路，給交通帶來極大的不便。
3.違章占壓天然氣管線
違章占壓天然氣管道主要有三種類型：一是在長輸管線上方或要求的安全距離範圍內開挖取土，修建建構築物；二是在市區管網上方修建門面房、馬路市場或臨時建、構築物；三是在庭院管網上方搭建車棚、修建傳達室以及個別住戶私自圈占建房等。
4.使用質量不合要求的管材、管件
在一起鑄鐵連線套斷裂事故中，測得管材壁厚為6mm，而標準壁厚應為15 ± 1.8mm，比較值為54.4%，致使其沒有達到設計承受能力。當外力(地基不均勻沉降、土壤塌陷、地面荷載震動、地下水位變化等)和內力(管道內氣體壓力變化)超過所能承受的極限時，發生突然斷裂。
5.施工安裝不規範
灰口鑄鐵管連線套壓蘭兩側螺栓沒有嚴格按照要求對稱均勻擰固，兩測壓蘭不平行；為了單純保證氣密性，螺栓緊固過度，局部壓蘭與連線管緊碰，使連線套受力不均勻。柔性連線變成了剛性連線，連線套柔性膠圈失去了吸收外力的作用。
保障天然氣管網安全運行的措施
1.解決天然氣管網腐蝕
首先做好防腐層漏點補修。對防腐層局部失效出現漏點的天然氣管道，進行安全評估後可保證通過防腐層補修後天然氣管道在一定時間內能安全運行的，應採取防腐層漏點補修措施。
其次是更新管道。對於泄漏程度嚴重，已無法通過防腐層修補維持其安全運行的天然氣管道， 要採取更換管道的方法進行處理。更換管道時， 在敷設環境許可、施工技術有保證並且滿足其輸送天然氣介質要求時，要儘量採用聚乙烯天然氣管、鋼骨架塑膠複合管或機械接口球墨鑄鐵管等耐腐蝕性能好的管道。具體採用哪種管材的天然氣管道，要進行技術、經濟、施工要求等各方面的比較後確定。對於特殊情況要求必須採用鋼質管道時，要選用防腐性能好的防腐材料和技術，同時要做好防腐層施工質量的監督工作，避免防腐層過早失效。
再次是採用襯管。對城市繁華地段或一些開挖有困難的特殊地段，可採用襯管方法解決。該項技術是先對聚合物襯管採用冷壓形成U 型，使襯管的截面減少40%，同時在U 型管外自動纏繞保護膠帶，以保證內襯管存牽引就位時不受損傷。內襯管就位後，在壓縮空氣的作用下恢復成圓形，並與原管道的內壁緊密粘合在一起，使所形成的複合管道具有較高的承壓能力。這項新技術為我國地下管道的非開挖修復提供了一種先進、可靠、實用的手段。
四是陰極保護。可以肯定，陰極保護能改善天然氣管網腐蝕問題，避免目前類似天然氣管網嚴重腐蝕狀況再度發生，達到使天然氣管網長期安全運行的目的。陰極保護方案一般有強制電流陰極保護、深井陽極陰極保護和犧牲陽極陰極保護等，必要時可以幾種方案並用。我們應根據天然氣管網布局情況，地下土壤電阻率及雜散電流干擾作用強弱情況，通過技術經濟比較，確定比較經濟合理的陰極保護方案。
五是保護閥門及閥門井。根據需要在天然氣管網乾管和支管上設定閥門。發生天然氣泄漏事故時，及時關閉一些必要的閥門對減少人民民眾生命財產損失起著重大作用。因此，保護好閥門不受損壞，需要時閥門關閉自如也是一項重要工作。但一些閥門及閥門井現狀不盡人意，有的閥門井長期積水，閥門長期浸泡在水中，使法蘭、螺栓、閥桿生鏽嚴重；在車行道上的一些閥門井，長期受載荷、溫度等交替影響，導土建結構降低。對這些嚴重影響閥門使用的現象，要採取有力措施儘快解決。對積水的閥門井，要用專門設備及時排除井內積水；對土建結構降低的閥門片要進行土建加固加強；對閥體與管道連線的法蘭焊縫處腐蝕嚴重的進行修補；對老化失效嚴重的密封墊片、鏽蝕嚴重的螺栓、螺母、內漏或鏽蝕嚴重的閥門進行及時更換。
2.解決違章占壓天然氣管道
違章占壓天然氣管道是一個十分普遍的問題，解決這個問題牽涉部門多，處理過程複雜，甚至有些問題長期得不到解決，直接影響著安全供氣。解決這個問題應從以下幾方面的考慮：
①加大違章占壓危害的宣傳力度，普及市民天然氣方面的知識，提高其安全用氣意識，爭取從源頭上杜絕違章占壓現象。
②建立違章占壓有獎舉報制度，動員全社會參與，把違章 占壓現象消滅在萌芽狀態。
③天然氣經營單位建立完善有關機構， 加強巡檢、查處工作。
④爭取政府及相關職能部門的支持，出台相應的政策和地方性法規，為處理解決違章占壓問題提供有力保障。
3.積極採用新材料
《城鎮天然氣設計規範》G B 5 0 0 2 8 - 9 3(2002年版)規定：“中壓和低壓天然氣管道宜採用聚乙烯管、機械接口球黑鑄鐵管、鋼管或鋼骨架聚乙烯塑膠複合管。”規範中未將灰口鑄鐵管列入城鎮中、低壓天然氣管網管材選擇範圍。灰口鑄鐵管進入淘汰階段。
4.加強施工管理，嚴把施工
進一步加強天然氣管道施工管理，嚴把施工、材質、質檢驗收關，守住天然氣管網安全運行的第一道防線依據《招標投標法》、《工程建設監理的規定》，按“安全措施在設計中確定、在施工中保證、在驗收中把關、在運行中實施”的原則，對工程設計、施工與監理、管材採購採取招標的方式，確保工程質量。新建管段必須停止使用連線套接口形式。
5.加大投入，加強管理
管網巡線人員配備攜帶型天然氣檢漏測儀，實行定線路、定時段、定人員的巡線制度；每年用手推車檢測中壓管線兩次。制定外網搶修、搶險預案，備齊專用設備及技術資料，提高天然氣管道漏氣的搶修速度和應急應變能力。
