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6.3.2燃气管道的设计肖晖河南省锅炉压力容器安全检测研究院1．基础知识GB类－－公用管道：定义：指城市或乡镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道。分级：分为GB1和GB2两级，GB1级为燃气管道。GB2级为热力管道。基本特征：敷设于城镇地下；一般压力较低；选线条件复杂、困难。关于公用管道（1）公用管道的范围：指敷设在城市或乡镇区域内的管道，区别于长输管道的敷设范围。（2）公用管道的服务对象：指公用事业或民用这样的两类用户，有别于工业用户。（3）公用管道输送介质种类：城镇燃气：代表物：天然气、液化石油气、人工煤气等城镇热力：代表物：高温热水、蒸汽、蒸汽凝结水等（4）管道的属性公共性：公用管道具备了市政工程管道的某些特征。商品性：是为公共事业或民用提供燃料或热量的特殊商品。1．基础知识（1）燃气管道设计内容和基本要求燃气管道设计是指用于向城市、乡镇或居民点供给居民生活、商业、工业企业生产、采暖通风和空调等各类用户作燃料用的新建、扩建或改建城镇燃气工程设计。由长距离输送管道气体分输站至城镇门站（或大用户）且管道设计压力不大于4.0Mpa的管道工程设计，工业企业自建供生产工艺用且燃气质量符合规范要求的燃气工程设计，可按燃气管道设计规范执行。城镇燃气工程设计，根据城镇总体规划进行设计，并应与城、镇的能源规划、环保规划、消防规划等相结合。城镇燃气工程设计应遵守的GB50028-2006《城镇燃气设计规范》和其他现行的有关强制性国家标准的规定。（2）常用的术语城镇燃气城市、乡镇或居民点中，从地区性的气源点，通过输配系统供给居民生活、商业、工业企业生产、采暖通风和空调等各类用户公用性质的，且符合本规范燃气质量要求的燃气。城镇燃气一般包括天然气、液化石油气和人工煤气（人工煤气又简称为煤气）。居民生活用气gasfordomesticuse用于居民家庭炊事及制备热水等的燃气（不包括采暖通风和空调用气）。商业用气gasforcommercialuse用于商业用户（含公共建筑用户）生产和生活的燃气（不包括采暖通风和空调用气）基准气referencegas代表某种燃气的标准气体。自由膨胀序数freeswellingnumber（index）是表示煤的粘结性的一项指标。这项指标是我国评价煤质量指标之一。煤的化学反应性（a）chemicalreactivityofcoal是表示在一定温度下，煤与CO2互相作用，将CO2还原成CO的反应能力的一项指标，是我国评价气化用煤的质量指标之一。煤的热稳定性（TS）thermalstabilityofcoal是指煤块在高温作用下（燃烧或气化过程中）保持原来粒度的性质（即对热的稳定程度）的一项指标，是我国评价块煤质量指标之一。低压储气罐lowpressuregasholder工作压力（表压）在10kPa以下依靠容积变化储存燃气的储气罐。分为湿式储气罐和干式储气罐两种。高压储气罐highpressuregasholder工作压力大于0.4MPa依靠压力变化储存燃气的储气罐。又称为固定容积储气罐。调压装置regulatordevice包括调压器及其附属设备。将较高燃气压力降至所需的较低压力调压单元总称。重要的公共建筑importantpublicbuilding指性质重要、人员密集，发生火灾后损失大、影响大、伤亡大的公共建筑物。如省市级以上的机关办公楼、电子计算机中心、通讯中心以及体育馆、影剧院、百货大楼等。压缩天然气compressednaturalgas(CNG)指压缩到压力大于或等于10MPa且不大于25MPa的气态天然气，用作车用燃料或供小规模城镇燃气用户使用。压缩天然气储配站CNGdistributionstation压缩天然气用汽车拖挂气瓶车或运输气瓶组至本站，在此卸气、加热、调压、储存、计量、加臭后，送入城镇燃气输配管道。压缩天然气瓶组供应站压缩天然气用汽车运输气瓶组至本站，采用气瓶组作为储气设施，在此卸气、调压、计量和加臭后，送入城镇燃气输配管道。气化站vaporizingstation指采用自然或强制气化方法，使液化石油气由液态转变为气态进行供气的设施。混气站mixingstation指生产液化石油气混合气进行供气的设施。液化石油气混合气LPG-airmixture指以液化石油气与空气或其它发热值低的可燃气体混配在一起，并符合城镇燃气气质指标要求的燃气。液化天然气liquefiednaturalgas(LNG)经加工后被液化的天然气。其主要组份为甲烷，组份可能含有少量的乙烷、丙烷、氮和通常存在于天然气中的其它组份。管道暗设（pipingconcealment）管道敷设的方式。暗设包括暗埋（直埋在墙体、地面内）和暗封（在管道井、吊顶内、管沟内、装饰层内贴墙敷设）。引入管servicepipe指从室外配气支管引向用户室内燃气总阀门（当无总阀门时，指室内地面1m高处）之间的管道。2．相关标准对燃气管道设计的基本要求（1）设计压力选定城镇燃气输配系统一般由门站、燃气管网、储气设施、调压设施、管理设施、监控系统等组成。城镇燃气输配系统设计，应符合城镇燃气总体规划，在可行性研究的基础上，做到远、近斯结合，以近期为主，经技术经济比较后确定合理的方案。城镇燃气管道应按燃气设计压力P分为7级，并应符合表6.2.8的要求。燃气输配系统示意图表6.2.8城镇燃气设计压力（表压）分级燃气输配系统各种压力级制的燃气管道之间应通过调压装置相连。当有可能超过最大允许工作压力时，应设置防止管道超压的安全保护设备。城镇燃气输配系统中管网按压力分级原因如下：（1）管网采用不同的压力级制比较经济。（2）各类用户所需要的燃气压力不同。（3）在城市未改建的老区，不宜敷设高压或次高压管道。对于城市新建区道路宽阔，建筑物比较整齐、宽松，可敷设压力较高的燃气管道。（2）材料用于输送燃气的管材，必须具有足够的机械强度、优良的抗腐蚀性、抗震性、气密性及易于连接等各项性能。管材主要有以下几种：1）钢管。有良好机械性能、塑性、可焊性好。与其他金属相比，在相同的敷设条件下，管壁较簿，因此能节省金属用量。但钢管的耐腐蚀性较差。根据制造方法不同钢管可分为无缝钢管、焊接钢管两种：a）无缝钢管：无缝钢管有高、中、低压锅炉用无缝钢管、工业管道中化工与石油化工用的无缝钢管以及输送各种压力流体的无缝钢管等；b）焊接钢管：焊接钢管按焊接方式可分为埋弧焊、高频焊、电阻焊等多种焊接钢管。按成型方式又可分为螺旋焊缝钢管和直缝焊缝钢管。2）铸铁管。铸铁管与钢管相比，铸铁管有极好的抗腐蚀性能，所以在城镇中、低压燃气管网中应用十分普遍；铸铁管是另一种重要的金属管材。与钢管相比，铸铁管有极好的抗腐蚀性能，所以在城镇中、低压燃气管网中应用十分普遍。铸铁管是由灰铸铁铸造而成，不易焊接，材质较脆，不能承受较大的应力，所以在动荷载较大的地区与重要地段，仍需局部采用钢管。高强度的球墨铸铁管正逐渐代替普通铸铁管，其抗拉强度由250MPa提高到400MPa，相当于钢管的性能。使用这种铸铁管时，极少发生管道的折断或破裂事故，提高了运行的可靠性。在接口形式上也出现了很多柔性机械接口，提高了管道的抗震能力。3）聚乙烯（PE）等塑料管。硬质聚氯乙烯和聚乙烯塑料管具有质轻、抗腐蚀、摩擦阻力小、接口严密、抗拉强度较大以及施工简便等一系列优点，广泛应用在中、低压燃气管网中，缺点是老化问题；4）钢骨架聚乙烯塑料复合管，这种管材利用了钢材强度高而塑料抗腐性能好的特点，可用于中、低压燃气管道；聚乙烯燃气管道工程的设计应符合《聚乙烯燃气管道工程技术规程》CJJ63-2008的有关要求。5）其他管材，国外有时还使用有色金属管材，如铜管和铝管等，以铝管应用较多，大都用于室内燃气计量表之后的管道。也有使用玻璃钢管作燃气管道的。GB50028-2006《城镇燃气设计规范》6.3规定：压力不大于1.6Mpa的室外燃气管道中压和低压燃气管道宜采用聚乙烯管、机械接口球墨铸铁管、钢管或钢骨架聚乙烯塑料复合管，并应符合下列要求：1）聚乙烯燃气管应符合现行的国家标准《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分管材》GB15558.1和《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第2部分管件》GB15558.2的规定；2）机械接口球墨铸铁管应符合现行的国家标准《水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件》GB/T13295的规定；3）钢管采用焊接钢管、镀锌钢管或无缝钢管时，应分别符合现行的国家标准《低压流体输送用焊接钢管》GB/T3091、《输送流体用无缝钢管》GB/T8163的规定；4）钢骨架聚乙烯塑料复合管应符合国家现行标准《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管》CJ/T125和《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件》CJ/T126的规定。高压燃气管道采用的钢管管材和管道附件材料应符合下列要求：1）燃气管道所用钢管、管道附件材料的选择，应根据管道的使用条件（设计压力、温度、介质、特性、使用地区等）、材料的焊接性能等因素，经技术经济比较后确定。2）高压燃气管道选用的钢管，应符合现行的国家标准《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》GB/T9711.1（L175级钢管除外）、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B级钢管》GB/T9711.2和《输送流体用无缝钢管》GB/T8163的规定，或符合不低于上述三项标准相应技术要求的其它钢管标准。3）燃气管道所采用的钢管和管道附件应根据选用的材料、直径、壁厚、介质特性、使用温度及施工环境温度等因素，对材料提出冲击试验和（或）落锤撕裂试验要求。4）当管道附件与管道采用焊接连接时，两者材质应相同或相近。5）管道附件中所用的锻件，应符合国家现行标准NB/T47008-2010《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》、NB/T47009-2010《低温承压设备用低合金钢锻件》、NB/T47010-2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》等规定。6）管道附件不得采用螺旋焊缝钢管制作，严禁采用铸铁制作。（3）城市燃气管道的连接方法一、钢管的连接钢管可以焊接、法兰连接以及螺纹连接等连接方式，以焊接为主。常用的焊接方法有气焊和电弧焊。当管壁厚度在4mm以下时，气焊能保证焊缝质量。当壁厚在4mm以上时，必须使用电弧焊。为保证焊接质量良好，在管端要根据管壁的厚度做成适当的坡口形式。I形坡口多用于壁厚4.Omm时，s取(0.5-1.5)mm.“V形坡口多用于=(4.0~20.0)mm，取s=(2.5-4.5)mm，α=60°-70°，a=(0.5-2.0)mm。X形坡口多用于壁厚在14m以上，其s、α及a值与V形坡口同。燃气管道的焊接一般多采用V形坡口.当采用手工焊时应尽量减少固定焊口的数量，并必须保证质量。与较大口径的管件连接时，常用法兰连接。钢管上的法兰盘，可以用焊接、螺纹、胀接等多种方法与管道连成一体。当采用焊接方法时，在管道工作压力为(0.245~0.981)MPa时，一般采用平焊法兰连接形式。管道与法兰连接之后，再将一对法兰紧固，便连成管道。紧固时，要在一对法兰之间衬以软质垫圈，以保证连接的气密性。当输送焦护煤气时用石棉橡胶垫付圈；输送液化石油气和天然气时，常用耐油橡胶垫圈，以防止介质浸蚀垫圈破坏管道的气密性。螺纹连接通常用于直径较小的低压钢管。螺纹分圆柱及圆锥管螺纹两种。它们均为无间隙螺纹，可以保证管道的气密性，圆锥管螺纹用于螺纹较短，管壁较薄或要求较高的场合。二、铸铁管的连接1、承插口连接铸铁管主要采用承插口连接，分刚性和柔性两种插口。刚性插口，在低压燃气管道中浸油线麻和水泥做填料，在中压燃气管道中以耐油橡胶圈和水泥作填料（有时也加一道浸油线麻）。使用的水泥有普通500号硅酸盐水泥、自应力水泥等。柔性接口过去是以青铅和油麻做填料，但要耗用大量有色金属，而且操作也较复杂。为此，也可在承插口内设置一道耐油橡胶圈，如图3-16。这种做法简单易行，效果良好，对土壤的不均匀沉降和地震均有较强的抵抗力。2、机械接口具有很好的抗震性