城市天然气.docx

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1、第三章 城市自然气3.1城市燃气管道压力级制分类城市燃气管道压力级制如表 3-1。名称压力值 P(MPa)A0.8P1.6高压燃气管道B0.4P0.8A0.2P0.4中压燃气管道B0.005=1.6MPa长输管线门站大工业户专用调压站长输管线中压A管网P=0.2-0.4MP高，中压调压站中压A管网 中，中调压器P=0.08-0.2MP公福，小工业专用调压公共设施楼栋调压P=2KP区域调压站雷诺式)利用楼栋调压器利用用户 利用居民用户居民用户居民用户居民用户图 3-5城市自然气供给系统流程图3.4 用户用气规律和供需平衡3.4.1 用户的用气规律城市燃气年用气量不能作为计算管网系统和设备通过力量

2、的唯一依据。为了解决这一问题，就必需争论各类用户的用气规律。城市各类用户的用气状况是不均匀的，但是，它们都存在着肯定的规律。1. 月不均匀性居民生活和公共建筑用气量月不均匀性最为显著，其主要因素是气候条件。气温降低则用气量增加。冬季，居民用户一般习惯吃热食，加上水温较低，所以制备食品和热水的燃气量相对增加。反之， 夏季用气量将会降低。但是，我国北方一些城市，有的居民用户冬季用煤炉采暖，并兼作热水或炊事，这样，冬季用气量反而比夏季的用气量少。公共建筑用气量的季节或月不均匀状况与居民生活用气状况根本相像。工业企业一般是连续生产的，用气量比较均匀。但是，随着冬季室外气温、水温的降低，用气量也有所增加

3、。建筑物采暖用气量取决于气候条件。采暖月用气量占全年用气量的百分数可按下式计算：q =100(t -t )n/ (t -t )nm1212式中：q采暖用气量占全年用气量的百分数%；mt室内计算温度；1t该月平均气温；2n该月采暖天数。依据各类用户年用气量和用气不均匀性，可编制出年用气量图表，它对制定供气和储气打算方案、安排管道和设备的季节修理打算有着实际意义。K=该月平均日用气量/全年平均日用气量1十二个月中平均日用气量最大的月，也就是不均匀系数最大的月，称为计算月，并将月最大不均匀系数 K max 称为月顶峰系数。月1顶峰一般消灭在春节前后。秒 米/ 方立量气用拟模123456789 101

4、112月份图3-6 居民和公共建筑月用气量变化曲线图 3-6 所示为居民生活和公共建筑月用气量变化曲线。2. 日不均匀性居民生活和公共建筑在月内或周内用气量的变化主要取决于生活习惯。平日与假日的用气规律不一样。我国城市，一般从星期一至星期五的用气量变化不大，星期六和星期日用气量则增加，节日前和节假日的日不均匀性尤其突出。工业企业用气量的日不均匀性平日波动不大，只是在轮休日和节假日波动较大。采暖期间，采暖用气量的日不均匀性不明显。日不均匀性用日不均系数表示：K =该月中某日用气量/该月平均日用气量2该月中日最大不均匀系数 K max 称为该月的日顶峰系数。 2日/ 米标量气用拟模10星期一星期二

5、星期三星期四星期星期五星期六星期日图3-7 居民和公共建筑周用气量变化曲线图 3-7 所示为一周中各天居民生活和公共建筑用气量变化曲线。3. 小时不均匀性居民生活和公共建筑的小时用气量不均匀性最为显著。它与居民生活习惯、气化住宅的数量以及职工职业类别等因素有关。每日有早、午、晚三个用气量顶峰，早顶峰最低。由于生活习惯和作息制度不同，有的城市晚顶峰低于午顶峰。星期日一般仅有午、晚两个顶峰。图 3-8 所示为居民生活和公共建筑小时用气量变化曲线。数分百量气用日占量气用时小一日中各小时图居民和公共建筑小时用气量变化曲线工业企业小时不均匀性不那么明显。对于有集中采暖的用户，假设为连续采暖，则小时用气量

6、变化不大，一般晚间稍高一些；假设为间歇采暖，则波动较大。居民和公共建筑用气量平均小时供气量时小 米/ 方立标工业企业用气量采暖平均用气量10小时图3-9各类用户小时总用气量变化曲线图 3-9 所示为各类用户小时总用气量变化曲线。3.4.2. 用气量的计算和供需平衡为了保证顶峰用气时运行正常，城市燃气管道及设备的通过力量，应按计算月最大小时流量来计算。因此，小时计算流量确实定， 关系着燃气输配的经济性和牢靠性。小时计算流量定得偏高，将会增加输配系统的投资；定得偏低，又会影响对用户的正常供气。1. 用气量的计算确定燃气小时计算流量的方法有两种：不均匀系数法和同时工作系数法。(1) 不均匀系数法在计

7、算燃气安排管网时，最大小时计算流量可用不均匀系数法求得：Q=(Qy/36524)K1maxK2maxK3max式中：Q最大小时计算流量标米 3/小时； Qy 年用气量标米 3/年； K1max月顶峰系数，一般取 1.11.3；K2max日顶峰系数，一般取 1.051.2；K3max小时顶峰系数，一般取 2.23.2。用气的顶峰系数应依据城市用气量的变化状况进展实际统计确定。对于用气不均匀性不甚明显的用户，顶峰系数可取较小值。 对于北方城市，居民冬季用煤炉采暖兼作热水和炊事时，K max1或取较小值。供给用户数多时，K max 可取较小值。工业企业小时不2均匀性不甚明显，K max 可取较小值。

8、采暖用气量不均匀性应依据当3地的气象资料和采暖用气工程来确定。(2) 同时工作系数法在计算庭院燃气管道时，最大小时计算流量，应依据燃具的额定流量及其同时工作系数确定，计算公式如下：Q=K Q N0n式中：Q庭院及室内管道的最大小计计算流量标米 3/小时；K 某种燃具的同时工作系数；0N同一类型燃具的数目；Q 该类型燃具的额定流量标米 3/小时。n依据调查与测定，城镇燃气设计标准GB50028-93推举， 当每户居民仅使用一台双眼灶时，其同时工作系数列于下表。当每户居民使用两个单眼灶时，同时工作系数也可参照此表选取同时工作系数 K 的值。0居民生活同时使用双眼灶的同时工作系数表3-2同类型燃具数

9、目N123456789同时工作系数K01.001.000.850.750.680.640.600.580.55同类型燃具数目N101520253040506070同时工作系数K00.540.480.450.430.400.390.380.370.36同类型燃具数目N801002003004005006001000同时工作系数K00.350.340.310.300.290.280.260.250随着人民生活水平的提高，使用燃具类型越多。对于同时使用双眼灶和小型热水器的用户，其同时工作系数 K 可参考表来选取。从表 3-2 可见，用户数越多，同时工作系数就越小，其计算流量远非全部燃气灶具额定流量之

10、和，并且该系数还随燃具类型而异。居民生活同时用双眼灶、小型热水器的同时工作系数表3-3同类型燃具数目N123456789同时工作系数K00.80.550.470.420.380.350.330.310.29同类型燃具数目N101520253040506070同时工作系数K00.270.250.220.2150.210.200.1950.190.185同类型燃具数目N801002003004005006001000同时工作系数K00.180.1750.170.1650.160.1550.150.1452. 供需平衡城市燃气用户的用气量随时在变化着，但生产和供给燃气的设备不行能按用户的用气量而变化

11、。为了解决供、需之间的冲突，就必需争论生产与使用的平衡的问题。燃气的生产不行能按用气量小时不均匀状况进展调整。一般来说，制气设备的最大日产量是不变的，并以小时平衡制气力量进展生产。确定设备平均小时制气力量，既要考虑设备、管道投资的经济性， 又要保证任何时候供气的牢靠性，也就是不宜过大或过小。否则，在一日内，各用气顶峰时，会消灭供不应求的现象；相反，在一日内， 各用气低峰时，会消灭供过于求的现象。这样，供不应求时燃气的缺乏局部或供过于求时燃气的剩余局部，必需进展合理、有效的平衡。目前在城市燃气供给中常用的平衡方法有以下几种：（1） 用储气设施大多数有人工燃气的城市，都承受金属贮气罐储气。这种储气

12、方式投资较大，但它有多种功能。如：A 可随燃气用气量的变化，补充制气设备不能准时供给的局部燃气量；B 在打算检修或制气设备发生临时故障时，能维持肯定程度的供气；C 贮罐本身可起到大混合器的作用，可混合各种不同性质的燃气，同时又输送性质均匀稳定的燃气。在自然气资源丰富的国家，依据地质构造条件可设置地下贮气库，它具有储气量大、投资省的特点。对于高压长距离输送的自然气，可在城市管网门站前缘的高压管道上，实行管道末端储气。一些进口自然气的国家，越来越留意进展自然气液态储存技术， 由于自然气在 0.56 大气压、-161时可液化，并可在固定或活动的贮罐内储存；而将它由液态再气化成气态时，则体积膨胀600

13、 倍，对调整小时用气不均匀性格外便利。（2） 设置缓冲用户和发挥调整作用有些工业企业、锅炉房可被选作城市燃气调峰的缓冲用户。即夏季用气低峰时，将剩余的燃气供给它们使用，而冬季用气顶峰时，这些用户改用其它燃料。这样，可平衡季节不均匀用气和局部日不均匀用气。另外，可调整大型工业企业用户的厂休日和作息时间，以平衡局部日不均匀用气。（3） 设置机动气源一般的制气设备生产力量变化幅度不大，假设要靠转变气源生产力量实现调峰，投资势必很大。如焦炉煤气的生产，产气量受焦炭产品的需要的制约，通常产气量是不能转变的。但在保证燃气燃烧特性不变的前提下，设置机动敏捷的制气设备油制气炉、发生炉等，还是可以调整季节或日用

14、气不均匀性的，甚至也可平衡小时用气不均匀性。依据气源的可调力量，通常贮气罐的容积是以最大日燃气供需平衡要求确定的，也可按计算月平均周的燃气供需平衡要求来确定。为了平衡一天中的不均匀用气设置储气设备，则制气设备可以最大日平均小时供气量均匀地供气。夜间用气量低时，多余燃气储存在贮气罐内，以补充日间用气量高于生产量供气量时的缺乏局部。3.5安全及科学治理燃气行业作为与城市建设、进展和人民日常生活及生命财产息息相关的特别行业，其安全重要性已得到社会的广泛重视。自然气气质纯洁、热值高，比重小，较其他燃气安全性高。但到底是易燃易爆的物质，且运行压力高，输送速度流速大，所以，安全治理作为燃气行业的生命线仍必

15、需放在首位。3.5.1 安全工作的全过程治理1. 目的设计勘察阶段（1） 要审查设计单位资质。（2） 设计文件严格执行国家有关法律、法规及技术标准。（3） 设计部门应有完善的质保体系、责任落实。（4） 安全设施应与主体工程同时设计、施工和投入使用，充分考虑管道沿线地质及社会环境等状况对管道安全牢靠性的影响，以及工程规模、功能、使用期限、材料和设备的选择、抗震及抗外力破坏力量等。2. 工程建设阶段管网及设备施工安装（1） 施工企业的相应资质认可，并在其等级许可的范围内从事施工。（2） 工程招、投标要公开、公正、公正：（3） 施工单位实行领导责任制，质量责任制：（4） 施工按规定实行工程监理制，其

16、监理由取得相应资质的第三方担当。（5） 按设计要求进展压力试验及气密性试验，合格前方可投入试运行。按规定进展竣工验收，合格前方可交付使用。建设施工过程的质量监视，特别是隐蔽工程，如根底、防腐保护等都要签证。3. 管道运行及治理措施（1） 对建或停运后再启用的管道，在投用前必需编制投产方案，并严格组织实施。（2） 对运行中的管网，应当严格执行安全治理制度和技术操作规程，以及生产指挥系统的统一调度。（3） 依据供气量的转变和季节变化，合理调整管网运行的各项工艺参数。（4） 定期定时巡线检查和维护管网设施、设备，使其处于完好状态，按事故“三不放过”的原则，严格对事故隐患进展处置，定期对用户的供气设施

17、及燃气用具进展安全检查。（5） 制定管网的事故预案，专业治理部门对抢修备件及工具、物品必需齐全。（6） 从业人员必需落实岗位技能培训和安全教育合格，不断提高员工业务素养。（7） 加强管网供气系统的信息传递准确、准时。4. 重点部位的防范我们将“假设一旦消灭故障或事故，会消灭严峻的社会和经济上负面效应的部位”为重点部位，如在自然气城市供气系统的门站高中压调压器配气站、高压管道、中低压区域调压器、楼栋调压箱、专用调压站5. 技术、材料的引进和配套（1） 利用现有进展和成熟的信息及处理技术全面应用和普及到管网系统的过程治理。1 燃气输配调度指挥系统包括从门站到用户全过程的供气状态监测，至站、区域站和

18、现场。对重要参数：压力、流量、温度、容积、设备开、停状态、泄漏、供电等，承受有线通讯方式，各监测现场所采集的数据经通讯网络实时发送到区域站和总调度室主站，并对其参数的状况，对输配系统进展调度和处理。2 重要部位掌握手段遥控、遥调主站和区域站可对重要部位的流量、压力、调峰供气手段等，利用有线或无线方式进展大小调整，开、停等远距离掌握。3 供气末端引进和应用网络燃气计量表，利用电信网络或宽带网络与区域站治理中心的计算机连接， a.完成购气量程序；b.远程事故掌握并切断燃气；c.实时收集用气状况。（2） 设施、设备、材料管道运行检查的管网检漏仪，检漏车，抢修及接旁路支管需要的燃气带压抢修工具，中压

19、B 级管网及低压管网建议均使用PE 管及掌握阀门，以能抵抗城镇中任何污染和腐蚀。（3） 消防略3.5.2 经济、稳定运行措施1. 组织落实供气及输配运行组织治理应结合城市自然气的输配过程及工艺要求，考虑城市的区域特点来划分或调整。（1） 门站、高压管道局部：接收、安排、输送。（2） 高压管道以后的局部1 可按配气站高、中压调压站供气区域划分。2 可按运行压力划分治理责任。（3） 总调度室：负责全部运行管道供给的工艺参数调整、流量、压力、供气、价格为供气运行业务指挥中心。2. 制度完善应完善安全规定、设备治理、岗位责任制、工艺指标参数、操作规程3. 经济运行通过管网的输配运行及供给，要准时总结管

20、网经济运行的方式， 如供气流量与压力的关系，压力与管径的关系，供气量与建设投资的关系，力求以较低的输配本钱，得到供气的满足和稳定。3.5.3 经营措施1. 扩大应用对象除家庭使用外，还应扩大应用于工厂、医院、饭店、食堂、汽车等对象，一般家庭用量占城市年销售量的约 1/3 比较合理。2. 拓展应用领域由以往的烹饪拓展到发电、制冷取暖、燃气电池、热电联供等领域。3. 供销差率是影响燃气行业经济效益的最主要因素，在计量器具的设计安装及运行治理中，严格执行各项技术标准，杜绝每一个漏点。（1） 定期对系统的流量计进展检定。（2） 定期对管线泄漏状况进展检测。（3） 户内燃气表安装前必需 100%检定，即

21、使是智能燃气表， 同时每月按肯定比例上门检测。4. 扩大市场规模：大力进展工业、商业用气。5. 用信息技术提升燃气抄表、收费及供气治理作业水平，准确、准时、高效、低耗。6. 合理确定燃气区域售后效劳站点，设立区域效劳中心，实行24 小时报修效劳，治理肯定的供气用户和地域半径。3.6 其他技术保护措施3.6.1 民用自然气的加臭处理城市门站或配气站的任务是进展自然气接收，调压和计量，一般状况下还要向自然气中注入某种类型的加臭剂(odorant)，然后将自然 气送至供气管网。在加臭过程中，通常向自然气中参加肯定量的含硫化合物，使自然气具有类似合成城市煤气的臭味，这样便于觉察供配系统有无自然气泄漏和

22、确定泄漏点。合理地选择自然气的加臭剂是很重要的，加臭剂必需具有特别的臭味，化学性质稳定，价廉、无毒、无刺激性等。现在自然气工业用的加臭剂主要是有机硫化合物，其臭味按以下挨次递增：a二硫化合物，b硫醚，c碳-硫环状化合物，d硫醇。按稳定性递增挨次，硫醇占第一位，然后是二硫化合物。在氧化铁的催化作用下管壁一般都掩盖有一层氧化铁，微量氧和硫醇作用会产生比较稳定的，但臭味较小的二硫化合物，后者在管输条件下化学性质不活泼。自然气加臭剂参加量应低于自然气管输温度和压力条件下加臭剂在气相的溶解度。卡兹D.L.Katz给出下面关系式：y=Pv/ Pt式中 y 是加臭剂在气相的分子分数，Pv 是加臭剂在肯定温度

23、下的蒸汽压，Pt 是总气相压力，加臭剂的实际使用浓度应低于y 值。按自然气的%体计，在空气中自然气的爆炸下限大约是4.5%5%，因此，对于自然气加臭剂合理利用是当空气中自然气浓度为 1%体时，即可被一般正常人嗅觉鉴别出，对于民用自然加臭剂不宜用得过多。管线投入使用的最初阶段，加臭剂参加量应比正常使用量高23 倍，直到管壁铁锈和沉积物被加臭剂饱和。在夏天加臭剂用量可以削减，由于在气温较高时人们能鉴别出更小量的加臭剂。自然气加臭设备一般安装在降压和调压设备之后。国外用于自然气的加臭剂分浓剂和稀剂两种，浓剂一般用于高压管线压力为0.81.0MPa 以上，稀剂用于低压配气管线。浓加臭剂的用量一般推举值

24、为 816克/千米 3 自然气，稀加臭剂则按比例削减。在燃烧时，加臭剂虽然会产生二氧化硫和三氧化硫等有害气体， 由于浓度很低，对人和设备均无影响。实际承受的自然气加臭设备可以分为以下两类：1直接注入法自然气加臭设备加臭剂是用“滴加器”注入自然气流。如图 3-10。图3-10 是直接注入法自然气加臭装置适用于自然气流速为1 20 标米 3/秒，加臭剂贮存在贮罐1，安装在自然气管线上的标准锐孔板 6 产生的压差 p，通过仪表2 掌握马达泵4 和 5的转速，计量加臭剂通过四通阀门引入泵缸，四通阀用一个小透平做动力，透平受压差 p 掌握，用这个方法掌握加臭剂的注入量，加臭剂通过电磁阀7 注入管线。气体

25、干线图 3-10直接注入法自然气加臭设备流程适用范围：自然气流量为 120 标立方米每秒1 加臭剂储罐； 2掌握仪表； 3压差计；4 ， 5马达泵；6 标准锐孔板； 7电磁阀2吸取法加臭设备。这个方法是通过传质过程使加臭剂由润湿外表蒸发到流过润湿外表的气流中。吸取法加臭设备多用于小流量自然气的加臭，适用的气体流速一般为 0.11.0 标米 3/秒，这种加臭器是在不超过 7 公斤/厘米 2 压力下操作，加臭剂蒸发并在自然气中饱和，需要认真地掌握温度，由于即使一个小的温度偏差例如 1015也足以使自然气流吸取的加臭剂量增加一倍。图 3-11 是吸代吸取法加臭设备示意图。图 3-11气体主管线吸取法

26、自然气加臭装置3.6.2. 燃气管道的防腐1. 燃气管道腐蚀的缘由腐蚀是金属在四周介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏。金属腐蚀按其性质分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接和介质接触发生化学作用而引起金属溶解过程，电化学腐蚀则是金属和电解质组成原电池所发生的电解过程。输送燃气的钢管按其腐蚀部位的不同，分为内壁腐蚀和外壁腐蚀。内壁腐蚀：水在管道内壁生成一层亲水膜，形成了原电池腐蚀的条件，产生电化学腐蚀，还由于输送的燃气中可能含有硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其它腐蚀性化合物直接和金属起作用，引起化学腐蚀。因此， 在架空或埋地钢管的内壁一般同时存在化学腐蚀及电化学腐蚀。内壁防腐的根本措

27、施是将燃气净化，使其杂质含量到达允许值以下。还可以在管道内使用合成树脂或环氧树脂等作内涂层，可防止管道内壁的腐蚀，并能降低管壁的粗糙度，相应地提高了管道的输气力量。外壁腐蚀：外壁腐蚀同样可以在架空或埋地钢管上发生。架空管的外壁用油漆掩盖层防腐。埋地钢管的化学腐蚀是全面性的腐蚀，在化学腐蚀的作用下，管壁厚度的减薄是均匀的，所以从钢管受到穿孔破坏的观点看，化学腐蚀的危害性不大。故通常埋地钢管的外壁腐蚀是以电化学腐蚀为主。埋地钢管腐蚀的缘由比较简单，一般归纳为如下三类：（1） 电化学腐蚀。这种腐蚀的原理如图 3-12 所示。由于土壤各处物理化学性质不同、管道本身各局部的金相组织构造不同，如晶格的缺陷

28、及含有杂质、金属受冷热加工而变形产生内部应力，特点是钢管外表粗糙度不同等缘由，使一局部金属简洁电离，带正电的金属离子离开金属，而转移到土壤里，在这局部管段上电子越来越过剩，电位越来越负；而另一局部金属不简洁电离，相对来说电位较正。因此电子沿管道由简洁电离的局部向不易电离的局部流淌，在这两局部金属之间的电子有失有得，发生氧化复原反响。失去电子的金属治理段成为阳极区，得到电子的这段管段成为阴极区。腐蚀电流从阴极流向阳极，然后从阳极流离管道，经土壤又回到阴极，形成回路。在作为电解质溶液的土壤中发生离子迁移，带正电的阳离子如H+趋向阴极，带负电的阴离子如OH趋向阳极。在阳极区带正电的金属离子与土壤中带

29、负电的阴离子发生电化学作 用，使阳极区的金属不断电离而受到腐蚀，使钢管外表消灭凹穴，以至穿孔，而阴极则保持完好。电解质阳离子阴离子阴极区阳极区电子图 3-12燃气管道在土壤中的电化学腐蚀原理（2） 杂散电流对钢管的腐蚀由于外界各种电气设备的漏电与接地，在土壤中形成杂散电流。其中对钢管危害最大的是直流电。泄漏直流电的设备有电气化铁路和有轨电车的钢轨、直流电焊机、整流器外壳接地和阴极保护站的接地阳极等。在电流离开钢管流入土壤处，管壁产生腐蚀。（3） 细菌作用引起依据对微生物参与腐蚀过程的争论觉察，不同种类细菌的腐蚀行为，其条件也各不一样。例如，在缺氧土壤中存在厌氧的硫酸盐复原菌，它能将可溶的硫酸盐

30、转化为硫化氢，使土壤中氢离子浓度增加， 加速了埋地钢管的腐蚀过程。硫酸盐复原菌的活动与土壤的酸碱度pH 值有关。PH 值在 4.59.0 时细菌生长最为适宜，pH 值在 3.5 以下或 11.0 以上时，细菌的活动完全受到抑制。2. 埋地钢管的防腐方法针对土壤腐蚀性的特点，可以从下述三个途径来防止腐蚀的发生和降低腐蚀的程度：承受耐腐蚀的管材，如铸铁管、塑料管、玻璃钢或其它非金属管道。增加金属管道和土壤之间的过渡电阻，减小腐蚀电流，如承受防腐绝缘层使电阻增大，在局部地区承受地沟敷设或非金属套管等方法。承受电保护法，一般与绝缘层防腐法相结合，以减小电流的消耗。（1） 绝缘层防腐法管道的绝缘层一般应

31、满足以下根本要求：与钢管的粘结性好，保持连续完整。电绝缘性能好，有足够的耐压强度和电阻率。具有良好的防水性和化学稳定性。能抗生物侵蚀，有足够的机械强度、韧性及塑性。材料来源充分，价格低廉，便于机械化施工。目前国内外埋地钢管所承受的防腐绝缘层种类很多，有沥青绝缘层，聚氯乙烯包扎带、塑料薄膜涂层、酚醛泡沫树脂等塑料绝缘层。沥青是埋地管道中应用最多和效果较好的防腐材料。煤焦油沥青具有抗细菌腐蚀的特点，但有毒性。塑料绝缘层在强度、弹性、受撞击、粘结力、化学稳定性、防水性和电绝缘性等方面，均优于沥青绝缘层。沥青绝缘层由沥青、玻璃布和防腐专用的聚氯乙烯塑料布组成。承受沥青玻璃布薄涂多层构造，外包扎塑料布或玻璃布，其构造按绝缘等级而异，如表 3