压力管道设计(工业管道和公用管道)7

3.2 燃气管道的设计（GB1）3.2.1 概述压力管道定义■ 利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。

■ 压力管道系指《特种设备安全监察条例》限定范围内的管道，为一安全范畴，而不是一般意义上的承压管道。

■ 管道与设备的划分界限：管道与设备焊接连接的第一个环向焊缝、螺纹连接的第一个接头、法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件的第一个密封面。

压力管道分类及分级（TSG_R1001-2008压力容器压力管道设计许可规则附件B）压力管道共分为4大类，9级。

基本概念◆ GB类（公用管道的定义）指城市或乡镇范围内的用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道。

城市或乡镇范围内输送工作压力大于或者等于0.1Mpa（表压）﹑公称直径大于25mm的城镇燃气管道及温度大于或者等于100℃的水及蒸汽的市政热力管道。

◆ 公用行业与公用管道公用行业：气源，热源；输配系统，应用。

城镇燃气行业包括：长输管道GA，公用管道GB1，工业管道GC。

城镇供热行业包括：公用管道GB2，工业管道GC，动力管道GD。

公用管道：是行业中输配系统的市政部分的压力管道。

GB1—城镇燃气管道。

GB2—城镇热力管道。

3.2.2 城镇燃气管道GB1城镇燃气管道设计常用标准、规范GB 50028—2006，城镇燃气设计规范使用范围■规范适用于向城市、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。

·本规范不适用于城镇燃气门站以前的长距离输气管道工程。

·本规范不适用于工业企业自建供生产工艺用且燃气质量不符合本规范质量要求的燃气工程设计，但自建供生产工艺用且燃气质量符合本规范要求的燃气工程设计，可按本规范执行。

工业企业内部自供燃气给居民用户使用时，供居民使用的燃气质量符合本规范要求的燃气工程设计，可按本规范执行。

·本规范不适用于海洋和内河轮船、铁路车辆、汽车等运输工作上的燃气装置设计。

■输配系统中输送燃气压力不大于4.0MPa，超过4.0MPa，按《输气管道工程设计规范》GB 50251-2003执行。

输送介质-城镇燃气气源种类燃气的爆炸极限1）概念：易燃气体、易燃液体的蒸汽或可燃粉尘和空气混合达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸。

达到爆炸的空气混合物的浓度，称之为爆炸极限。

爆炸极限通常以可燃气体，蒸汽或粉尘在空气中的体积百分数来表示。

其最低浓度成为“爆炸下限”，最高浓度称为“爆炸上限”。

2）计算公式不含氧气或惰性气体的可燃气体的爆炸极限计算公式：L-可燃气体的爆炸上（下）限，-可燃气体各组分的爆炸上（下）限（体积%），Li-可燃气体各体积组分（%）Vi可燃气体中含有惰性气体时的爆炸极限：将某一可燃气体与惰性气体组合起来，视为一种可燃气体组分。

可燃气体中含有氧气时的爆炸极限：可燃气体中混有氧气时，可以认为混入了空气，应扣除氧含量以及按空气中氧、氮比例求的氮含量，重新调整可燃气体的体积组分参数甲烷丙烷丁烷爆炸下限L L5% 2.1% 1.5%爆炸上限L H15%9.5%8.5%＝＝0.048=4.8﹪爆炸下限 LL＝＝0.147=14.7﹪爆炸上限LH主要内容构成城市燃气输配系统组成示意图液化石油气系统组成示意图压缩天然气液化天然气供应系统示意图3.2.4 城市燃气管道设计城镇燃气管道的主要部分是燃气管网，根据所采用的管网压力机制不同分为四类：1）单级管网系统（低压单级）2）两级管网系统（中低压、高低压、高中压）3）三级管网系统（高中低压、高-次高-中压）4）多级管网系统（高-次高-中压-管网低压管网）为什么要分级？经济性、用户需要压力、安全性各种级别燃气管道之间的连接◆城镇燃气系统各种级别燃气管道之间用调压装置连接。

◆设置防止超压的安全保护装置。

管道系统的布置和敷设城镇燃气管道的敷设方式□地下敷设□架空敷设中压管道布置□中压管道应布置在城市用气区便于与中低压调压站连接的道路上，尽量开交通干道和闹市区繁华街道；□中压管道应布置成环网，以提高其输气和配气的安全可靠性。

低压管道布置◆低压管道以环状网路布置为主，环枝结合。

成环边长一般在300～600m 之间；◆宜布置相邻调压室之间的连通管道，管径应大于相邻管网管径；◆低压管道有条件时，应尽可能布置在街坊内兼作庭院管道，以节省投资；◆某些情况低压管道可考虑在道路两侧敷设。

管道跨越河流√随桥铺设的燃气管道输气压力不应大于0.4MPa。

√应采用加厚的无缝钢管或焊接钢管、尽量减少焊缝，对焊缝进行100%无损探伤；√跨越通航河流的燃气管道管底标高，应符合通航净空的要求，管架外侧应设置护桩；√应与随桥敷设的其它管道保持一定间距；√管道应设置必要的补偿和减震措施；√应做较高等级的防腐保护；管道穿越河流◆燃气管道宜采用钢管；◆燃气管道至规划河底的覆土厚度，应根据水流冲刷条件确定，对不通航河流不应小于0.5m；对通航的河流不应小于1.0m，还应考虑疏浚和投锚深度；◆稳管措施应根据计算确定；◆在埋设燃气管道位置的河流两岸上、下游应设立标志。

◆燃气管道对接安装引起的误差不得大于3°穿越铁路与公路■穿越铁路应敷设在套管或涵洞内，套管可采用预应力钢筋砼或钢管，套管内径不应小于800mm，套管距轨底不应小于1.2m，套管伸出铁轨不应小于2.5m，距路堤坡脚不应小于1.0m。

■应垂直穿越铁路。

套管应安装检漏管。

■燃气管道应采用钢管，套管两端与燃气管道之间空隙应用绝缘材料封口。

■穿越高速公路可参考铁路作法进设计。

■穿越城市道路一般直埋铺设。

也可采取非开挖技术。

管道系统的计算管道计算流量■确定燃气管道计算流量有两种方法，即高峰系数法与同时工作系数法。

◆高峰系数法用于有一定规模的城镇，也就是说，人口较多，且有一定量的工业与商业用户的城镇。

◆同时工作系数法用于居民点或居民小区，一般当居民用户小于1000户时，燃气管道计算流量采用同时工作系数进行计算。

庭院与户内管道就用同时工作系数确定管道计算流量。

水力计算公式低压燃气管道的计算流量式中：q—管道计算流量（m3/h）；h—管道转输流量（m3/h ）；qt—管道途泄流量（m3/h ）；qdα—与途泄流量和转输流量的比值有关，并与沿途支管数目有关的系数，取α=0.55。

水力平差计算■在已知用户用气量和已定管网布置图的基础上，计算整个供气范围内集中负荷的用气量和单位长度的途泄流量；■计算管网各管段的途泄流量；■确定环网各管段中的气体流向，选择零点时，应使从供气点到用户流经的距离为最短，气流方向总是流离供气点，而不应逆向流动；■求管网各管段的计算流量；■由已知的管网计算压力降和供气点至零点的管道实际长度，求得单位长度平均压力降，选择各管段的管径。

■局部阻力损失通常取沿程阻力损失的10%。

选择管径时先作初步的水力计算；■进行水力平差计算，使所有封闭环状管网压力降的代数和等于零或接近于零，达到工程容许的误差范围。

高压管道的壁厚计算式中：δ—钢管计算壁厚（mm）；P—设计压力（MPa）；d—钢管外径（mm）；σs—钢管的最低屈服强度（MPa）；F—强度设计系数，φ—焊缝系数。

地区等级强度设计系数（F）一级地区0.72二级地区0.60三级地区0.40四级地区0.30管道系统的材料和设备√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、钢管和钢骨架聚乙烯塑料复合管。

√高压和次高压燃气管道采用钢管。

高压管道材质要求■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》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。

■所采用的钢管和管道附件应根据选用的材料、管径、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落锤撕裂试验要求。

■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。

■管道附件中所用的锻件，应符合国家现行标准《压力容器用钢锻件》JB4726、JB4727的有关规定。

■管道附件不得采用螺旋焊缝钢管制作，严禁采用铸铁制作。

中低压管道材质要求聚乙烯燃气管——《燃气用埋地聚乙烯管材》GB15558.1和《燃气用埋地聚乙烯管件》GB15558.2的规定；机械接口球墨铸铁管——《水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件》GB/T13295的规定；钢管采用焊接钢管、镀锌钢管或无缝钢管时，——《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；钢骨架聚乙烯塑料复合管——《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。

管道系统的材料和设备主要设备■阀门■凝水缸■补偿器■放散管阀门凝水缸补偿器放散管，阀门井检管 - 管材及管件导杆三通仿真电子检管噐（Dummy Pig）/ 电子检管噐（Intelligent Pig）钢管腐蚀控制腐蚀因素电化学腐蚀杂散电流细菌内壁腐蚀外壁腐蚀外防腐绝缘层分为普通、加强和特加强级。

其材料的要求是：具有良好的电绝缘性能，有足够的耐压强度和电阻值；绝缘层与钢管之间的粘结性能好；绝缘层沿钢管长度方向应保持连续完整性；具有足够的机械强度，韧性和塑性；绝缘层材料具有良好的防水性和化学稳定性；具有抗生物细菌侵蚀的性能；材料来源较充裕，价格低廉；做法便于机械化施工。

易于修补；绝缘防腐层的种类■沥青绝缘防腐层■环氧煤沥青绝缘防腐层■煤焦油瓷漆绝缘防腐层■环氧粉末绝缘防腐层■聚乙烯覆盖绝缘防腐层■聚乙烯防腐胶带绝缘防腐层■聚乙烯三层结构绝缘防腐层电保护法分为外加电流阴极保护、牺牲阳极阴极保护和排流保护法。

市区外一般采取外加电流阴极保护；市区内一般采取牺牲阳极阴极保护和排流保护法。

液态液化石油气管道液化气的主要特性√液化石油气的闪点和爆炸下限远低于火灾危险性特征指标规定。

√在全压力式储罐中液化石油气饱和蒸气压随环境温度而变化。

√在常温液态液化石油气的密度为500～600kg/m3，约比水轻1倍。

√在标准状态下气态液化石油气的密度为2.20～2.50kg/m3，约比空气重0.7～0.9倍。

√当液化石油气泄漏到空气中，其浓度接近或达到燃烧反应浓度时，所需着火能量最小，仅为10-4J级。

√液态液化石油气在0℃～60℃范围内的平均体积膨胀系数为0.0022～0.0035是水在相同温度范围内体积膨胀系数10倍以上。

选线 不得穿越居住区、村镇和公共建筑群等人员集中的地区尽量避免和减少穿越河、湖、沼泽和铁路等大型障碍物尽量避免与国家铁路和高速公路近距离平行敷设，宜与Ⅲ、Ⅳ级以下的公路平行敷设尽量避开沿途地质条件不良的地段敷设与沿线建、构筑物之间水平距离应符合规范的规定敷设埋地敷设，冰冻线以下 ■应选择10、20或具有同等以上性能的无缝钢管，其技术性能应符合《输送流体用无缝钢管》GB/T8163和其他有关标准的规定。