淺談燃氣老舊管道改造中的管網(wǎng)優(yōu)化設計
淺談燃氣老舊管道改造中的管網(wǎng)優(yōu)化設計
蘇州燃氣集團起步于20世紀70年代，至今已走過(guò)40個(gè)年頭，企業(yè)的發(fā)展日新月異，“安全第一”的理念始終如一。為保障安全供氣，燃氣集團啟動(dòng)了老舊管網(wǎng)改造工程，在此背景下，如何安全高效、經(jīng)濟合理的實(shí)施老舊管網(wǎng)改造，改造方案的比選至關(guān)重要。
燃氣管網(wǎng)分為環(huán)狀管網(wǎng)和枝狀管網(wǎng)。環(huán)狀管網(wǎng)中，任意兩節點(diǎn)存在一條以上連通路徑；枝狀管網(wǎng)中，任意兩節點(diǎn)間只有一條通路。下面以1000戶(hù)小區為例對枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)進(jìn)行對比：
一、枝狀管網(wǎng)
枝狀管網(wǎng)直接為用氣點(diǎn)單向供氣，管材和工程量投入較少，但供氣穩定性較差，若管道某處出現故障，下游所有用氣單位均需停氣。
該模型（如圖1所示）每戶(hù)考慮一臺家用灶和一臺家用熱水器，總用氣量2.5Nm3/h，工作系數參照《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006中系數。
該模型在滿(mǎn)負荷運行條件下，埋地干管總壓力損失391.231-Pa（水力計算過(guò)程詳見(jiàn)表1），調壓裝置出口壓力為2,700Pa，庭院管、室內管及表具壓力損失考慮200Pa，設備前壓力為2,108.769Pa，滿(mǎn)足灶具額定壓力2,000Pa。
二、環(huán)狀管網(wǎng)
環(huán)狀管網(wǎng)在運行過(guò)程中更為穩定，故障發(fā)生時(shí)仍能滿(mǎn)足絕大部分居民的用氣需求。此外，隨著(zhù)生活水平提高，居民對地暖的需求量會(huì )加大，環(huán)狀管網(wǎng)在增加用氣量的同時(shí)仍能滿(mǎn)足管網(wǎng)輸送能力要求。
01/環(huán)狀管網(wǎng)（正常工況，不考慮地暖）
該模型（如圖2所示）每戶(hù)考慮一臺家用灶和一臺家用熱水器，總用氣量2.5Nm3/h，工作系數參照《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006中系數。
在模型滿(mǎn)負荷工作條件下左右半環(huán)壓力損失接近（水力計算過(guò)程詳見(jiàn)表2、表3），實(shí)際壓力零點(diǎn)在假定零點(diǎn)附近，埋地干管總壓力損失約為280Pa，調壓裝置出口壓力為2,700Pa，庭院管、室內管及表具壓力損失考慮200Pa，設備前壓力為2,220Pa，滿(mǎn)足灶具額定壓力2,000Pa。
02/環(huán)狀管網(wǎng)（故障工況，不考慮地暖）
該模型（如圖3所示）在故障條件下，以保證正常用氣需求為前提，參照正常工況用氣狀況，不考慮地暖，故障點(diǎn)選取燃氣調壓裝置近端最不利故障點(diǎn)。
該模型滿(mǎn)負荷工作條件下，埋地干管總壓力損失為1,138Pa（水力計算過(guò)程詳見(jiàn)表4），調壓裝置出口壓力為2,700Pa，庭院管、室內管及表具壓力損失考慮200Pa，設備前壓力為1,362Pa，雖然低于灶具最小點(diǎn)火壓力1,500Pa，但是仍能滿(mǎn)足絕大部分故障條件下管網(wǎng)運行需求。
03/環(huán)狀管網(wǎng)（未來(lái)發(fā)展，考慮地暖）
該模型（如圖4所示）在考慮地暖情況下，每戶(hù)考慮一臺家用灶和一臺地暖熱水器，地暖熱水器選取18KW（能滿(mǎn)足120㎡以下戶(hù)型供暖需求），地暖熱水器同時(shí)工作系數取0.3（老舊小區），工作系數參照《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006中系數，總用氣量3Nm3/h。
該模型滿(mǎn)負荷工作條件下左右半環(huán)壓力損失相差較大（水力計算過(guò)程詳見(jiàn)表5、表6），實(shí)際壓力零點(diǎn)在假定零點(diǎn)下方，埋地干管總壓力損失為1,000Pa左右，調壓裝置出口壓力為2,700Pa，庭院管、室內管及表具壓力損失考慮200Pa，設備前壓力為1,500Pa，滿(mǎn)足灶具最小點(diǎn)火壓力1,500Pa。
04/結論
對比可以發(fā)現，環(huán)狀管網(wǎng)會(huì )增加管材和工程量投入，但供氣可靠性、穩定性更強，結合蘇州老舊小區現狀并兼顧經(jīng)濟因素，可將規整小區內部低壓主干管連接成環(huán)狀。前期規劃對老舊小區管網(wǎng)的負荷計算不僅要滿(mǎn)足小區現狀用氣需求，還要結合運行故障情況和未來(lái)發(fā)展情況（管道的設計使用年限）綜合考量，使管網(wǎng)改造工程進(jìn)一步滿(mǎn)足未來(lái)的發(fā)展要求。
然而并非姑蘇區的所有小區均能實(shí)現環(huán)狀供氣，為保障供氣穩定性，必須探索更加靈活實(shí)際的改造方案。
三、“以線(xiàn)帶面”中低壓管道相互結合優(yōu)化管網(wǎng)
01/案例介紹
紅旗新村調壓裝置始建于20世紀80年代，灰口鑄鐵管因耐腐蝕、使用壽命長(cháng)、接口形式簡(jiǎn)單且對人工煤氣有良好密封效果而成為管道燃氣輸送的主力軍。后經(jīng)西氣東輸和及城鎮門(mén)站的落成，天然氣逐步取代了人工煤氣。不同于濕性人工煤氣，天然氣是干性氣體，原來(lái)鑄鐵管道機械接口處的丁晴橡膠圈和水泥因失去水分而干燥開(kāi)裂，接口處形成泄漏，調壓裝置后低壓管道需要進(jìn)行安全改造。
紅旗新村中-低壓調壓裝置為紅旗新村、寶石御景園、日暉苑、談家巷等共計約3600戶(hù)的居民區及沿途商業(yè)區供氣；低壓管道沿閶胥路敷設，南至三香路，北至金門(mén)路，南北跨度約1.2km，供氣面積約43萬(wàn)平方米。老舊管道途徑交通干線(xiàn)和自然河道，施工需經(jīng)規劃、交通、市政等多部門(mén)審批，前期手續繁瑣，施工難度大，容易對交通及生態(tài)環(huán)境造成不利影響。
02/改造方案
此項目輻射區域較大，且經(jīng)過(guò)多條市政主路，環(huán)狀管網(wǎng)敷設方式并不適用。若按枝狀管網(wǎng)改造，延用原紅旗新村中－低壓調壓裝置，沿調壓裝置后低壓管道走向，在老管網(wǎng)附近選取管位開(kāi)挖埋置新建聚乙烯塑料管，工程范圍（如圖5所示）包括閶胥路（三香路至干將路段）市政道路施工，市政道路至各小區入口區間道路施工，小區紅線(xiàn)內部施工。其中閶胥路（三香路至干將路段）市政道路施工包含閶胥路主干道西側約500m的市政道路開(kāi)挖作業(yè)，作業(yè)過(guò)程中（如圖6所示）不僅會(huì )產(chǎn)生固體廢棄物、揚塵、噪聲等環(huán)境污染，同時(shí)會(huì )占據一側車(chē)道，影響正常交通。
若采用中低壓管道相互結合的方式改造此項目，可以干將路為界線(xiàn)（如圖7所示），對閶胥路南北兩側分開(kāi)供氣。該方式利用閶胥路（干將路－三香路段）已改造的市政中壓管道，從預留閥門(mén)處接出中壓支管，在道路兩側綠化帶中新建兩處中－低壓調壓裝置，為閶胥路西側寶石御景園片區供氣和東側日暉苑片區供氣，完成南側供氣改造；利用演藝中心已建中－低壓調壓裝置和附近已建中壓管網(wǎng)，對已建中－低壓調壓裝置進(jìn)行擴容改造，將改造后調壓裝置低壓管道與閶胥路（閶胥路與景德路路口）已改造的低壓管道連接并關(guān)閉閶胥路（干將路北側）低壓閥門(mén)，完成北側供氣改造。
此方式消除了閶胥路西側市政道路的開(kāi)挖作業(yè)及過(guò)路支管的敷設憂(yōu)慮，保證了道路交通的正常運行。三處調壓裝置獨立供氣，調壓裝置后低壓管網(wǎng)環(huán)狀供氣，既破解了干將路低壓過(guò)路管及閶胥路（干將路-三香路）沿途低壓管道的鋪設困難，降低了后期風(fēng)險，也提升了區域供氣穩定性；大口徑管材使用的減少，降低了施工難度，加快了工程進(jìn)度。
03/結論
建議在市政中壓管道改造的同時(shí)兼顧中壓沿線(xiàn)的老小區低壓管道，中低壓同步規劃，分批實(shí)施，新增中壓支管的預留，為后期的低壓改造提供更多方案比選的可能。
四、結語(yǔ)
燃氣管網(wǎng)的安全運行是每個(gè)燃氣人的責任，設計部門(mén)既要遵循規范，把好技術(shù)關(guān)卡，也要站在業(yè)主角度，對設計方案不斷研討思索，為管網(wǎng)改造提供更加安全、經(jīng)濟、長(cháng)遠的設計服務(wù)。
燃氣管網(wǎng)分為環(huán)狀管網(wǎng)和枝狀管網(wǎng)。環(huán)狀管網(wǎng)中，任意兩節點(diǎn)存在一條以上連通路徑；枝狀管網(wǎng)中，任意兩節點(diǎn)間只有一條通路。下面以1000戶(hù)小區為例對枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)進(jìn)行對比：
一、枝狀管網(wǎng)
枝狀管網(wǎng)直接為用氣點(diǎn)單向供氣，管材和工程量投入較少，但供氣穩定性較差，若管道某處出現故障，下游所有用氣單位均需停氣。
該模型（如圖1所示）每戶(hù)考慮一臺家用灶和一臺家用熱水器，總用氣量2.5Nm3/h，工作系數參照《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006中系數。
該模型在滿(mǎn)負荷運行條件下，埋地干管總壓力損失391.231-Pa（水力計算過(guò)程詳見(jiàn)表1），調壓裝置出口壓力為2,700Pa，庭院管、室內管及表具壓力損失考慮200Pa，設備前壓力為2,108.769Pa，滿(mǎn)足灶具額定壓力2,000Pa。
二、環(huán)狀管網(wǎng)
環(huán)狀管網(wǎng)在運行過(guò)程中更為穩定，故障發(fā)生時(shí)仍能滿(mǎn)足絕大部分居民的用氣需求。此外，隨著(zhù)生活水平提高，居民對地暖的需求量會(huì )加大，環(huán)狀管網(wǎng)在增加用氣量的同時(shí)仍能滿(mǎn)足管網(wǎng)輸送能力要求。
01/環(huán)狀管網(wǎng)（正常工況，不考慮地暖）
該模型（如圖2所示）每戶(hù)考慮一臺家用灶和一臺家用熱水器，總用氣量2.5Nm3/h，工作系數參照《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006中系數。
在模型滿(mǎn)負荷工作條件下左右半環(huán)壓力損失接近（水力計算過(guò)程詳見(jiàn)表2、表3），實(shí)際壓力零點(diǎn)在假定零點(diǎn)附近，埋地干管總壓力損失約為280Pa，調壓裝置出口壓力為2,700Pa，庭院管、室內管及表具壓力損失考慮200Pa，設備前壓力為2,220Pa，滿(mǎn)足灶具額定壓力2,000Pa。
02/環(huán)狀管網(wǎng)（故障工況，不考慮地暖）
該模型（如圖3所示）在故障條件下，以保證正常用氣需求為前提，參照正常工況用氣狀況，不考慮地暖，故障點(diǎn)選取燃氣調壓裝置近端最不利故障點(diǎn)。
該模型滿(mǎn)負荷工作條件下，埋地干管總壓力損失為1,138Pa（水力計算過(guò)程詳見(jiàn)表4），調壓裝置出口壓力為2,700Pa，庭院管、室內管及表具壓力損失考慮200Pa，設備前壓力為1,362Pa，雖然低于灶具最小點(diǎn)火壓力1,500Pa，但是仍能滿(mǎn)足絕大部分故障條件下管網(wǎng)運行需求。
03/環(huán)狀管網(wǎng)（未來(lái)發(fā)展，考慮地暖）
該模型（如圖4所示）在考慮地暖情況下，每戶(hù)考慮一臺家用灶和一臺地暖熱水器，地暖熱水器選取18KW（能滿(mǎn)足120㎡以下戶(hù)型供暖需求），地暖熱水器同時(shí)工作系數取0.3（老舊小區），工作系數參照《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006中系數，總用氣量3Nm3/h。
該模型滿(mǎn)負荷工作條件下左右半環(huán)壓力損失相差較大（水力計算過(guò)程詳見(jiàn)表5、表6），實(shí)際壓力零點(diǎn)在假定零點(diǎn)下方，埋地干管總壓力損失為1,000Pa左右，調壓裝置出口壓力為2,700Pa，庭院管、室內管及表具壓力損失考慮200Pa，設備前壓力為1,500Pa，滿(mǎn)足灶具最小點(diǎn)火壓力1,500Pa。
04/結論
對比可以發(fā)現，環(huán)狀管網(wǎng)會(huì )增加管材和工程量投入，但供氣可靠性、穩定性更強，結合蘇州老舊小區現狀并兼顧經(jīng)濟因素，可將規整小區內部低壓主干管連接成環(huán)狀。前期規劃對老舊小區管網(wǎng)的負荷計算不僅要滿(mǎn)足小區現狀用氣需求，還要結合運行故障情況和未來(lái)發(fā)展情況（管道的設計使用年限）綜合考量，使管網(wǎng)改造工程進(jìn)一步滿(mǎn)足未來(lái)的發(fā)展要求。
然而并非姑蘇區的所有小區均能實(shí)現環(huán)狀供氣，為保障供氣穩定性，必須探索更加靈活實(shí)際的改造方案。
三、“以線(xiàn)帶面”中低壓管道相互結合優(yōu)化管網(wǎng)
01/案例介紹
紅旗新村調壓裝置始建于20世紀80年代，灰口鑄鐵管因耐腐蝕、使用壽命長(cháng)、接口形式簡(jiǎn)單且對人工煤氣有良好密封效果而成為管道燃氣輸送的主力軍。后經(jīng)西氣東輸和及城鎮門(mén)站的落成，天然氣逐步取代了人工煤氣。不同于濕性人工煤氣，天然氣是干性氣體，原來(lái)鑄鐵管道機械接口處的丁晴橡膠圈和水泥因失去水分而干燥開(kāi)裂，接口處形成泄漏，調壓裝置后低壓管道需要進(jìn)行安全改造。
紅旗新村中-低壓調壓裝置為紅旗新村、寶石御景園、日暉苑、談家巷等共計約3600戶(hù)的居民區及沿途商業(yè)區供氣；低壓管道沿閶胥路敷設，南至三香路，北至金門(mén)路，南北跨度約1.2km，供氣面積約43萬(wàn)平方米。老舊管道途徑交通干線(xiàn)和自然河道，施工需經(jīng)規劃、交通、市政等多部門(mén)審批，前期手續繁瑣，施工難度大，容易對交通及生態(tài)環(huán)境造成不利影響。
02/改造方案
此項目輻射區域較大，且經(jīng)過(guò)多條市政主路，環(huán)狀管網(wǎng)敷設方式并不適用。若按枝狀管網(wǎng)改造，延用原紅旗新村中－低壓調壓裝置，沿調壓裝置后低壓管道走向，在老管網(wǎng)附近選取管位開(kāi)挖埋置新建聚乙烯塑料管，工程范圍（如圖5所示）包括閶胥路（三香路至干將路段）市政道路施工，市政道路至各小區入口區間道路施工，小區紅線(xiàn)內部施工。其中閶胥路（三香路至干將路段）市政道路施工包含閶胥路主干道西側約500m的市政道路開(kāi)挖作業(yè)，作業(yè)過(guò)程中（如圖6所示）不僅會(huì )產(chǎn)生固體廢棄物、揚塵、噪聲等環(huán)境污染，同時(shí)會(huì )占據一側車(chē)道，影響正常交通。
若采用中低壓管道相互結合的方式改造此項目，可以干將路為界線(xiàn)（如圖7所示），對閶胥路南北兩側分開(kāi)供氣。該方式利用閶胥路（干將路－三香路段）已改造的市政中壓管道，從預留閥門(mén)處接出中壓支管，在道路兩側綠化帶中新建兩處中－低壓調壓裝置，為閶胥路西側寶石御景園片區供氣和東側日暉苑片區供氣，完成南側供氣改造；利用演藝中心已建中－低壓調壓裝置和附近已建中壓管網(wǎng)，對已建中－低壓調壓裝置進(jìn)行擴容改造，將改造后調壓裝置低壓管道與閶胥路（閶胥路與景德路路口）已改造的低壓管道連接并關(guān)閉閶胥路（干將路北側）低壓閥門(mén)，完成北側供氣改造。
此方式消除了閶胥路西側市政道路的開(kāi)挖作業(yè)及過(guò)路支管的敷設憂(yōu)慮，保證了道路交通的正常運行。三處調壓裝置獨立供氣，調壓裝置后低壓管網(wǎng)環(huán)狀供氣，既破解了干將路低壓過(guò)路管及閶胥路（干將路-三香路）沿途低壓管道的鋪設困難，降低了后期風(fēng)險，也提升了區域供氣穩定性；大口徑管材使用的減少，降低了施工難度，加快了工程進(jìn)度。
03/結論
建議在市政中壓管道改造的同時(shí)兼顧中壓沿線(xiàn)的老小區低壓管道，中低壓同步規劃，分批實(shí)施，新增中壓支管的預留，為后期的低壓改造提供更多方案比選的可能。
四、結語(yǔ)
燃氣管網(wǎng)的安全運行是每個(gè)燃氣人的責任，設計部門(mén)既要遵循規范，把好技術(shù)關(guān)卡，也要站在業(yè)主角度，對設計方案不斷研討思索，為管網(wǎng)改造提供更加安全、經(jīng)濟、長(cháng)遠的設計服務(wù)。