城市天然气管网运行的可靠性

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在党的带领下城市发展建设突飞猛进，城市加大周边建设，旧城改造，城市新生活区的建设，城市人口每年不断增加的同时也加大了居民天然气使用的需求，加快了天然气管网铺设的进度。

那么安全使用天然气成了居民既最重要又最容易忽视的问题。

我们的天然气管网所最需要注意的两点。

其一，天然气管网的设计安全，其二，天然气管网的运行可靠性。

如果天然气因为泄露或者管路爆裂等安全事故的发生将会对居民乃至城市国家造成重大的损失。

安全的使用天然气能源对市民的人身财产安全有着极其重要的意义。

一、天然气管网安全性
1.天然气管网安全性评估。

天然气管网的安全性是由专业风险评估团队给出的结果进行指定和执行。

主要评估手段和理论依据有三点。

第一，根据材料力学原理及断裂力学原理相结合进行实际使用材料研究分析。

第二，运用实际使用材料进行模拟事故实验。

第三，结合事故案例对实际的管网进行分析，排查设计安全隐患。

2.天然气管网故障因素。

我国城市地下环境具有典型的多样性，根据其分类不同，铺设管网的方法也不同。

由于铺设管网的复杂性，采用的方式大致可分为穿越，架空，埋地敷设。

不同的情况也带来了不同的管路失效因素。

主要因素：（1）材料因素，天然气管道往往会因各种原因会有腐蚀，超压，疲劳运行和本事材质不合格而导致自身受到破坏。

（2）环境因素：在城市中出现火灾，地震，以及其他环境因素而产生的破坏，对管网造成严重的损坏。

（3）人为因素，这种因素相对较复杂，管网在施工设计时存在缺陷，实地天然气管网工作人员的操作失误和有人故意进行破坏，都会对城市天然气管网运行造成损失。

二、天然气管网运行可靠性分析
天然气管网运行靠性分为前，中，后三个阶段，围绕时间轴上可参考的数据有：第一，管网安全运行时间；第二，管网故障发生率；第三，管网平均维护时间及可靠度。

我国目前对城市天然气管网可靠性分析的标准及方法因地域及各种因素而有所不同，但一般来说天然气管网在铺设完成后的半年到两年之间的故障率是最高的。

随着不断的检修，不断的完善后，管网的运行时间会逐渐延长，运行的速度会有所下降，也就逐渐步入了故障率最低的中期阶段，这个阶段基本趋于稳定。

随着时间的推移管网运行到了后期，故障率会逐渐再增高，出现材料及长时间环境影响所带来的问题。

综合以上三个阶段的因素可以证明，如果想要得出管网运行的可靠性数据，就必须根据管网运行的不同节段采用不同的方式方法进行实际的操作，加上我国城市管网链接的复杂性，多变性。

因此根据实地的供气环境分出不同的独立单元，分别为：第一，重点防火单位及地区；第二，工业生产地区；第三，小区生活地区。

1.天然气管网初期阶段运行。

在城市管网铺设建成的初级阶段，各方面的流程管理及数据缺乏系统的完善，这个时期天然气管网运行的问题存在未知性和突发性。

结合故障树的分析经验和安全事故排除法，以及管网在铺设初始的设计数据，施工数据，材料数据。

根据故障现场的实际状况首先分析出究竟是人为因素还是环境因素，其重中之重是要分析出是否有人为因素对天然气管网设施运行的破坏。

详细作出故障记录，并对相同的，类似的接口，管路，阀门做出可靠性问题排除。

2.天然气管网中期阶段运行。

中期阶段是管网运行的问题已经避开了未知性和突发性，取而代之的偶然
城市天然气管网运行的可靠性
万　阳　刘鲁贺 中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院
【摘　要】社会经济发展及城市基础建设带动城市居民生活水平的提高。

城市居民生活的便利性，舒适性有着飞跃
性的变化。

科技，便捷，安全充实着城市居民生活的方方面面。

随着“西气东输”“俄气南供”“进口LNG”“海气登陆”，天然气的普及使用也在城市飞速发展中占据的位置越来越重要。

但是由于城市地下环境的复杂性，地下土质的不同以及其他各种变化因素，使天然气管网在实际运行时可靠性普遍偏低，对于城市居民使用天然气有较大的负面影响，此文对城市天然气管网设计及安全可靠性进行大致的粗略分析，以此为我国城市天然气管网的实际运作和天然气管网的建设发展提供参考。

【关键词】设计；天然气管网；可靠性；安全【ＤＯＩ】10.12316/j.issn.1674-0831.2021.09.059
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性。

因为在前期时已经积累并保存了相对完善的管理流程和问题参考数据，此时工作人员对管网的可靠性分析可通过G(H)=1-(1-A-BH)M的计算公式得出，其中G(H)为管网系统失效率，M为单元数，B为单元失效率。

以这个公式为基础，结合管网维修人员实地的检测工作，对管网故障进行分析总结，减少和提前避免事故及故障的发生，加强并提高天然气管网运行的可靠性。

3.天然气管网后期阶段运行。

随着时间的推移，天然气管网会逐渐老化，因此故障率会由中期的稳定节段逐渐升高。

而天然气管网的铺设地区主要是以人口稠密地区为主，天然气的安全可靠性就尤为重要。

以铺设的时间或者故障发生率进行检测排序，采用入户室内取样检测实验，依靠专业的检测设备及应用软件对管网的可靠性进行评估，为后续的相应措施提供理论依据，提高天然气管网可靠性。

三、天然气管网失效因素分析
1.钢管安全因素。

在实际铺设钢管过程中，往往会碰到选用的管材型号与设计型号存在差异，这种差异会从两个方面造成。

第一，从经济和实际采购因素考虑，根据现有库存和市场供应的量大的管材。

第二，管材管壁厚度的是否符合选取执行标准。

当然，在相同的材质属性上而言越厚的管壁所对应的是其可靠性更高。

2.系统安全因素。

设计计算壁厚时所采用的设定压力是高于管道在实际运行时的压力的，这种压力设定称之为最大允许操作压力，管道的在实际运行中往往不会达到最大允许操作压力，主要的原因有以下几点：
（1）气田的生产过程中所产生的气体量并不是恒定的，其峰值气量带给管道的最大压力值小于管道设计压力。

（2）气田后期时生产量会随着时间推移逐渐衰减，故实际输气量小于设计输气量，从而实际操作压力小于设计人员设计的最大允许操作压力。

（3）设计时原方案的最大允许操作压力过高，故实际操作压力始终不会超过最大允许操作压力。

（4）设计最大允许可操作压力偏低，而实际的管网天然气压力高于最大可操作压力。

以上的这些情况都会对造成设计压力与实际压力的不同，但低压情况不会对系统安全造成影响，实际运行过程中压力越低，就越安全。

3.材质疲劳因素。

每年每个季节的用气量会产生不同程度的变化，管网的内压会随着用气量的变化而变化。

这种变化会对管网的应力和抗疲劳性形成考验，在压力变化的过程中会使管道内出现缺陷性疲劳裂纹，当裂纹足够大时，就会产生开裂，断裂，从而引发事故。

容易产生这种变化的还有一些特殊的管网地段，如火车道卡，频发堆积重物的区域。

一般来讲，管材的应力值越高，在疲劳效果产生时对管材的伤害就越大。

管材内外壁加工精细程度，管道内壁厚度的对称性，材质韧性，使用环境温度，焊接过程中都易于产生疲劳事故。

我们可以认定以上的各种因素都会使管道产生疲劳效果，那么我们需要考虑的是这种疲劳效果产生的应力变化的强度和循环次数。

4.水压试验因素。

水压试验这个步骤是管网铺建过程完毕后检验管网天然气管道强度，焊点链接，材质缺陷，从而提升管道安全性的重要环节。

通过水压试验后，管道内也会产生相应的疲劳裂缝，便于及时的发现。

但是水压试验过程的压力值会高于管道在实际运行中的最大压力，因此所产生的疲劳裂缝不会因实际运行中的压力变化而继续加深。

而在试验过程中产生的所产生的临界尺寸裂缝，都会在试验过程中及时的得到相应的处理和补救。

需要注意的是，在水压试验过程中压力的强度以及维持压力的时间的长度是关键所在。

5.土壤移动因素。

山崩，泥石流，塌方，以及在冰线之上的管道因气候变化产生的冻土膨胀均是大自然中常见的土壤移动现象。

在以上的情况下都很容易造成突发的灾难性后果，或者对管道造成不可逆的永久性损伤，而这种管道变形产生的应力变化是不可忽视的，需要对管道的应力及时的做出补偿措施。

在土壤移动的过程中，会考验管道的韧性及刚性，通常情况下管道的刚性越强，对土壤移动就越敏感脆弱。

6.工作技术因素。

技术因素即技术水平，通常评价技术水平的高与底是一个比较模糊的感念，它的直接影响虽然不大，但是在天然气管网可靠性因素上却不可忽视。

工作人员的技术水平可以取决于资质和经验，是否参与或主导过同类工作，参与天然气管网工作的年限，专业的技术职称都是考虑的重要因素。

四、结语
在现代城市中天然气是家家户户，日日夜夜离不开的重要自然能源，天然气管网的可靠性更是关系到人民人身及财产，工厂安全生产的重要环节。

保证天然气管网的可靠性运行，必然要采用可靠性的管理措施，为百姓日常生活，企业蓬勃发展提供安全的能源保障。

参考文献：
[1]黄维和.大型天然气管网系统可靠性[J].石油学报, 2013, 34(2) :401-404.。