城市燃气讲义.docx

1、城市燃气讲义城市燃气供应系统简介 城市燃气一般要经过制气、输配气等过程才能将燃气输送到终端用户被使用，而天然气从开采到使用要经过采、净、输、储、配五大环节。由矿区各气井来的天然气汇集到集气管网，经天然气处理厂处理（脱硫、脱水）后，进入干线输气管道，靠地层压力或加压输送至输气管沿线各配气站，进入配气管网，调压后供给各类用户。为了消除用户用气的不均衡性，采取各种类型的储气设施进行调节。矿区集气管网、干线输气管道和城市配气管网把采、净、输、储、配五大环节紧密地联系在一起构成一个密闭的、连续的、统一的系统，通称为天然气输气系统。城市燃气输配系统一般由门站、输配管网、储气设施、调压设施、监控系统组成。一

2、、门站：建于干线输气管或其支管的终点，负责接受气源来气，进行除尘、计量、调压、加臭。按照城市供气的输配质量要求，控制和调节向城市供气的流量和压力。燃气加臭 为了安全使用燃气，当它从管道和设备中泄漏出来时，应能使人马上就可以察觉到。为此，供给民用的燃气应该加入一种警戒物质，统称为臭味剂（或加味剂）。作为城市燃气的气源，如煤气、油制气、天然气和液化石油气多数含有硫化物，因此其本身都具有臭味。仅部分天然气有时不含有硫化物，一般都要求经过加臭后才进行输配使用。加味也是一种管道检漏的方法。在检查时注入较多的加味剂，然后沿管道巡回检查，如果闻到加味剂的臭味，则可断定此处管道（或设备）遭破坏，操作人员就可找

3、到具体的破裂部位进行修补。这种方法在过去是相当有效的。燃气加臭有助于发挥社会公众在管道事故报警中的作用，是输配系统的重要安全措施之一。城镇燃气设计规范（GB50028）要求城镇燃气加臭应符合下列要求：（1）加臭剂和燃料混合在一起后应具有特殊的臭味。（2）加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害。（3）加臭剂的燃烧产物不应对人体呼吸有害，并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物常接触的材料。（4）加臭剂溶解于水的质量分数不应大于2.5%。（5）加臭剂应有在空气中能察觉的加臭剂含量指标。经常使用的加臭剂是乙硫醇（C2H5SH）。它与金属氧化物起反应生成硫醇盐类，这是在输气管线中使加臭剂失效的主要原因之一。当

4、输气管内壁上有大量的氧化物（铁锈）时，加臭的燃气有沿输气管长度逐渐失去气味的现象，因此，在燃气加味的起始阶段，通常需要提高加臭剂的单位耗量。此外，也有的国家采用四氢噻吩（THT），三丁基硫醇（TBM）等作为加臭剂。使用较为广泛的还有专门配制的或由含硫石油的馏分中得到的混合加臭剂。其中除含有硫醇外，还包括硫醚，二甲硫，二乙基硫化物及其它硫化物和二硫化物等。当用乙硫醇做天然气的加臭剂时，其用量约为1620mg/Nm3。对于含20%的工业用有毒燃气其用量约为230mg/Nm3。上述数值系指全年平均耗量。由于人们对气味的感受程度随温度升高而增大，故应按照季节改变加臭剂的用量。一年中最冷月份与最炎热月份

5、单位耗量的比值大致为21。同样的理由，气候炎热地带的加臭剂耗量应少于寒冷地区。由于加臭剂多为硫化物，通常具有一定的腐蚀性，故添加量要适当。当短期利用加臭剂来寻找地下管道的漏气地点时，加臭剂耗量可比上述定额高10倍。这是因为燃气经土壤漏失时，大部分加臭剂被土壤吸附而损失掉了。有些国家在长输管线的起点站进行加臭，而另一些国家在长输管线末端的燃气分配站进行加臭，后者认为长输干管很少出现漏气，即使漏气也可采用其他办法很快发现。燃气的加臭通常采用滴入式和吸收式装置。前者是把加臭剂直接放入主管道中，后者是使部分燃气进入加臭器，被蒸发的加臭剂饱和，然后再返回主管道进行混合。二、输配管网：输配管网是城市燃气输

6、配系统的基本组成部分，输配管网的基本任务是通畅地将气源输入的燃气输送到各个储气点、调压点、用气点，并保证沿程输气安全可靠。1、管网的分类城市配气管网按形状分为树枝状管网和环状管网，如图1和图2所示。前者适用于较小城镇和企业内部，它的特点是每个用气点和气体只来自一个方向。环状管网可由两个或多个方向供气，当管网局部发生故障时，不致造成全面中断供气，影响面小，可靠性高。此外，环状管网中气体的分布比较均匀，天然气可同时沿几条管线流动，因此，环状管网的直径可比树枝状管网小，但环状管网的长度要比树枝状管网长，投资也较大。选用什么样的管网取决于用气量的多少及对压力平稳性和供气可靠性的要求。 图1 树枝状管网

7、 图2 环状管网配气管网也可以按输气压力来分级。由于输气管道的气密性与其它管道相比，有严格的要求，漏气可能导致火灾、爆炸、中毒或其他事故。输气管道中的压力越高，管道接头脱开或管道本身出现裂缝的可能性和危险性越大。输气压力不同，对管道材质、安装质量、检验标准和运行管理的要求也不同。我国城市配气管网按输气压力P分为七级: 1）低压配气管网 P 0.01MPa ；2）中压配气管网B 0.01MPa P 0.2MPa ；3）中压配气管网A 0.2MPa P 0.4MPa ；4）次高压配气管网B 0.4MPa P 0.8MPa ；5）次高压配气管网A 0.8MPa P 1.6MPa ；6) 高压配气管网

8、B 1.6MPa P 2.5MPa ；7) 高压配气管网A 2.5MPa P 4.0MPa ；居民用户和小型公共建筑用户一般直接由低压管网供气。低压管网输送人工燃气时，压力不大于0.002MPa；输送天然气时不大于0.0035MPa；输送气态液化石油气时压力不大于0.005MPa.当连在低压管网上的用户都安装用户调压器时，压力也不大于0.005MPa。高压和中压管网必须通过区域调压室和用户专用调压室才能向较低一级压力的管网和低压管网供气，或给工业企业、大型公共建筑用户以及锅炉房供气。城市各级压力的管网干管，特别是中压以上压力较高的管道，是供气的主要动脉，应连成环网，初建时也可是半环形或树枝状管

9、道，但应逐步构成环网。2、城市配气管网系统及其选择（1）城镇燃气管网为什么要按压力分级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。燃气管道输送压力越高，单位长度的压力损失可以越大，则需管道的管径越小，可节省管材；2）各类用户所需要的燃气压力不同。入居民用户和小型商业用户需要低压燃气，直接与低压管网连接，即使采用用户调压器或楼栋调压装置时，一般也只与压力小于或等于中压的管道相连。而大多数大型工业企业则可与中压或次高压、甚至高压燃气管道相连。3）在城市为改建的老区，建筑物比较密集，街道和人行道都比较狭窄，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

10、整齐、宽松，可敷设压力较高的燃气管道。（2）城市配气管网根据采用的压力级制的不同可分为：1）一级系统只有一个供气压力等级的城市配气管网系统。供气量较小，供气范围为23公里的城镇和地区，可以选用低压一级系统。对于供气范围较大的城市和地区，只限于储气罐附近23公里范围内，居住区也可以采用低压一级系统，否则加大其供气范围便会造成管网投资过大。中压或次高压一级系统的供气安全性较二级或三级系统差，对于街道狭窄、房屋密度大的老城区和安全距离不足的地区不宜采用，对于新城区和安全距离可以保证的地区应优先采用。2）两级系统具有两个供气压力等级的城市管网称为两级系统。一般均有低压管网，另一级管网则可以使中压、次高

11、压或高压。该系统主要适用于街道宽阔、建筑物密度较小的大、中城市。图3为低压中压管网A两级管网系统。天然气由长输管线从东西两个方向经配气站送入该城市。中压管A网连成环网，通过区域调压室向低压管网供气，通过专用调压室向工业企业供气。低压管网根据地理条件分成三个互不连通的区域管网向居民用户和小型公共建筑用户供气。从供气安全可靠的角度看，一个大型或中型城市的低压管网连成大片环网的必要性不大，再则要穿越较多河流、湖泊、铁路和公路干线也并不合理。不同压力级制的管网应通过几个调压室来连接，以保证在个别调压室关断时仍能正常供气。这样的管网方案，即保证了必要的可靠性，同时也比较经济。图3 低压中压管网A两级管网

12、系统1输气干线；2配气站；3中压管网A；4区域调压站；5专用调压站；6低压管网；7铁路穿越；8河流穿越；9沿桥敷设的过河管道；10工业企业 3）三级系统具有三个供气压力等级的管网系统，通常包括低压、中压两级，另外一级管网是次高压管网或高压管网，通常称高、中、低压三级管网系统。三级管网系统投资大，一般在特大城市并要求供气有充分保证时选用。图4所示的三级管网系统，由低压、中压和次高压管网组成，气源是来自长输管线的天然气，用高压储气罐储气。该城市原为中压和低压两级管网，气源是人工煤气。随着燃气供应事业的发展，天然气送入该市，建立了压力为3.0kpa、0.070.15MPa和0.40.6MPa的三级管

13、网。该城市先后在郊区建立了三个高压储气罐站，用于1.2MPa的高压管道在郊区将几个储气罐站连成整体。图4 三级管网系统1输气干线；2配气站；3郊区次高压输气管A（1.2MPa）；4储配站；5次高压管网B（0.40.6MPa）；6次高压B调压室；7中压管网B（0.070.15MPa）；8中压B调压站；9低压管网（0.003MPa）；10煤气厂 4）多级系统由低压、中压B、中压A、高压B和高压A，甚至更高压力的管网组成。此系统是我国目前广泛采用的城市燃气管网系统。中压或次高压一级系统可节省投资，但在人口稠密、居住区拥挤、街道狭窄的地区、难以采用一级管网系统。当选用多级管网系统时，则可以在上述地区布

14、置成中压或次高压二级系统，以低压管网供气，是比较合理的。对城市里供气条件较好的地区采用中压或次高压一级系统。这种系统经济适用，既节省投资，又达到安全供气的目的。多级管网系统主要用于人口多、密度大的特大城市。图5所示为五级管网组成的系统（图中未画出低压管网和给低压管网供气的调压室）。气源是天然气，有地下储气库、高压储气罐站以及长输管线末端储气三者调节供气与用气之间的不平衡性。天然气通过几条长输管道进入城市管网，两者的分界点是配气站，天然气的压力在该站降到2.0MPa，进入城市外环的高压B管网，再分别通过各级调压室进入各级较低压力等级的管网。各级管网分别组成环状。图5 多级管网系统1输气干线；2配

15、气站；3调压计量站；4储配站；5调压站；6高压B管网；7次高压管网B；8中压管网A；9中压管网B；10地下储气库5）管网系统的选择原则对天然气气源和加压气化气源，宜采用高压或次高压一级管网系统，以节省投资；对于大城市应采用较高的输气压力，对于中、小城市可以采用较低的输气压力；街道宽阔、新居住区较多的地区，可选用一级管网系统；当城市发展规模较大时，对于新发展地区应选用一级管网系统，采用较高的设计压力。近期工程的管网系统，可以降低压力运行。远期负荷提高时，可将运行压力提高，增加输量。根据各个城市的气源情况、城市规模及发展规划、用户数量及特点，原有供气设施以及地理地形条件决定供气方针和采用不同压力级

16、制的管网系统，既可充分满足不同用户的要求，又比较经济可靠，而且对供配气系统的改建和扩建也比较方便。3、城镇燃气输配系统选择时考虑的主要因素无论是旧的城镇，还是新建的城镇，在选择燃气管网系统时，应考虑到许多因素，其中最主要的有：（1）气源情况。燃气的性质，是选用人工燃气（煤制气或油制气）、天然气、还是利用几种可燃气体的掺混燃气；供气量和供气压力；燃气的净化程度和含湿量；气源的发展或更换气源的规划；（2）城镇规模、远景规划情况、建筑特点、人口密度、居民用户的分布情况；（3）原有的城镇燃气供应设施情况；（4）对不同类型用户的供气方针、气化率及不同类型的用户对燃气压力的要求；（5）用气的工业企业的数量

17、和特点；（6）储气设备的类型；（7）城镇地理地形条件，敷设燃气管道时遇到天然和人工障碍物（如河流、湖泊、铁路等）的情况；（8）发展城镇燃气事业所需的材料及设备的生产和供应情况。4、城镇燃气管道按用途分：（1）输气管道 由气源厂或门站、储配站至各级调压站输送燃气的主干管道。（2）分配管道 在供气地区将燃气分配给工业、商业和居民用户，包括街区和庭院管道。（3）用户引入管 从分配管道引到用户室内管道引入口处总阀门的管道。（4）室内燃气管道 通过用户管道引入口处总阀门将燃气引向室内，并分配到每个燃气用具。5、城镇燃气管道材质 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

18、易于连接等各项性能。主要管材有：钢管、PE管、球墨铸铁管、灰口铸铁管、镀锌管（较多用于地上部分），少量应用的有：钢骨架PE管、铝塑复合管（仅能用于表后室内）。埋地钢管常用的防腐材料有：PE、环氧煤、环氧煤沥青玻璃布、石油沥青玻璃布、并根据材质与厚度的不同，有普通级、加强级、特加强级之分。新建管网一般采用PE防腐钢管、PE管、镀锌管。老管网一般以铸铁管、钢管为主。对于同样的输气能力，当管径DN250时，PE管的造价要低于其它管材的造价，有效期使用寿命也较高。6、城镇燃气管网计算可采用中国市政华北设计研究院和北京赛远科技发展公司联合开发的C-net燃气管网水力分析计算软件。三、储气设施：储气站常常

19、与配气站合二为一，统称为储配站。储配站负责接收由门站输入的燃气，并负责均衡城市供需气量的波动。站内设置的压力提升设备以及储气调节设备，根据燃气输配的需求，将输入的燃气加压或调节到管网所需的输入压力，并控制向管网输出的流量。储配站的个数、布局和规模应按照供气安全可靠、经济适用的原则，根据城市特点和气源的具体情况，结合管网压力级制和布置，考虑站场投资和运行费用对整个输配系统投资的影响，应进行技术经济论证后确定。一般情况下城市燃气管网的投资是储配站投资的23倍。人工燃气多采用常压储存，中压输送的方式，输送管道直径比较大。为降低管网投资，大中城市的燃气输配系统常设置两个以上的储配站。小城市仅在气源附近

20、设置一个储配站。气源以外的储配站通常应设置在城市与气源相对的一侧，称为对置储配站。在用气高峰时，两座储配站同时向管网供气，储配站的供气范围和水力半径缩短，使管径减小。同时两点供气比单一点供气安全可靠。对置储配站储气量的大小要依据技术经济比较结果确定，因为对置储配站的储气量越大，使二次加压的燃气量越大，从而造成运行费用增加，所以应通过经济比较以寻求合理的储气量。对于特大城市除应考虑多气源外，还应考虑必要数量的气源外的储配站，其数量、位置、各站储气量比例需建立几种方案进行经济比较后确定。选用的站址应具备供电、供水、道路及良好地基等建站基本条件，还应注意站内建筑物与周围景观的配合，并应遵守建筑设计防

21、火规范。四、调压设施：调压站是多级输气压力的输配管网之间的连接点，其任务是将高一级压力的管网的燃气经调压设备，降低到下一级管网所规定的输入压力，并保持降低压力后的下一级管网输气压力的稳定。通常是由调压器、阀门、过滤器、安全装置、旁通管及测量仪表等组成。有的还有计量设备，通常将这种调压站称为调压计量站。1、调压站的组成及其装置调压站通常是由调压器、阀门、过滤器、安全装置、旁通管及测量仪表等组成。 图6 典型调压站工艺流程图 1过滤器； 2备用调压器； 3正常工作调压器1）阀门调压室进口及出口处设置的阀门，主要是当调压器、过滤器检修或发生事故时切断燃气。在调压室之外的进出口管道上亦应设置切断阀门，

22、此阀门是常开的（但要求它必须随时可以关断），并和调压室相隔一定距离，以便当调压室发生事故时，不必靠近调压室即可关闭阀门，避免事故扩大和蔓延。2）过滤器调压器入口安设过滤器，以清除燃气中的固体悬浮物。3）安全装置当负荷为零而调压器阀口关闭不严，以及调压器中薄膜破裂或调压系统失灵时，出口压力会突然增高，它危及设备的正常工作，甚至会对公共安全造成危害。防止出口压力过高的安全装置有安全阀、监视器装置和调压器并联装置。4）旁通管为保证在调压器维修时不间断地供气，故在调压室内设有旁通管。燃气通过旁通管供给用户时，管网的压力和流量是由手动调节旁通管上的阀门来实现。对于高压调压装置，为方便调节，通常在旁通管道

23、上设置两个阀门。选择旁通的管径时，要根据燃气最低的进口压力和需要的出口压力以及管网的最大负荷进行计算。旁通管的管径通常比调压器出口管的管径小23号。5）测量仪表为了判断调压室中各种装置及设备工作是否正常，需设置各种测量仪表。通常调压器入口安装指示式压力计，出口安装自记式压力计，自动记录调压器出口瞬时压力，以便监视调压器的工作状况。用户调压室以及专用调压室通常不安装流量计。此外，为了改善管网水力工况，需随着燃气管网用气量改变而使调压室出口压力相应变化，可在调压室内设置孔板或凸轮装置。当调压室产生较大的噪音时，必须有消音装置。2、调压站的分类和选址按调压室的使用性质、调压作用和建筑形式，可以分为各

24、种不同的类型（表1）。 调压站的分类 表1分类方法类型一二三按使用性质分区域调压站用户调压站专用调压站按调节压力分高中压调压站高低压调压站中低压调压站按建筑形式分地上调压站地下调压站区域调压站通常是布置在地上特设的房屋里。在不产生冻结、堵塞和保证设备正常运行的前提下，调压器及附属设备（仪表除外）也可以设置在露天。虽然地下调压站不必采暖，不影响城市美观，在城市中选择位置比较容易，但是，地下调压室会给工人操作管理带来许多不便，难于保证调压站内干燥和良好的通风，发生中毒的可能性较大。因此，只有当受到地上条件限制，且燃气管道进口压力为次高压、中压或低压时，可设置在地下构筑物内。但气态液化石油气的调压装

25、置不得设在地下构筑物中，因为液化石油气的容重比空气大，如有漏气不易排出。地上调压站的设置应尽量避开城市繁华街道，可设置在居民区的街道内或广场、公园等地。调压站应力求布置在负荷中心或接近大用户处。调压站的作用半径，应根据经济比较确定。3、城镇燃气调压装置应布置在什么地方？与周围建、构筑物的间距要求如何？答：燃气调压装置应根据其性质和作用并与周围建、构筑物保持足够的安全防火距离，一般应尽量设在居民住宅街坊、广场、公园和绿地等处。燃气调压装置与其他建筑物、构筑物的水平净距应符合下表的规定。调压装置与其他建筑物、构筑物水平净距（m）设置形式调压装置入口燃气压力等级建筑物外墙面重要公共建筑物铁路（中心线

26、）城镇道路公共电力交配电柜地上单独建筑高压（A）高压（B）次高压（A）次高压（B）中压（A）中压（B）18.013.09.06.06.06.030.025.015.010.010.010.025.020.015.010.010.010.05.04.03.03.02.02.06.06.04.04.04.04.0调压柜次高压（A）次高压（B）中压（A）中压（B）7.04.04.04.014.08.08.08.012.08.08.08.02.02.01.01.04.04.04.04.0地下单独建筑中压（A）中压（B）3.03.06.06.06.06.03.03.0地下调压柜中压（A）中压（B）3.0

27、3.06.06.06.06.03.03.0注：当调压装置露天设置时，则指距离装置的边缘。 当建筑物（含重要公共建筑物）的某外墙为无门、窗洞口的实体墙，且建筑物耐火等级不低于二级，燃气进口压力级制为中压（A）或中压（B）的调压柜一侧或两侧（非平行），可贴靠上述外墙设置。 当dabudao 上表净距要求时，采取有效措施，可适当缩小净距。燃气互换性燃气互换性和燃具适应性是燃烧技术中的重要课题。任何燃具都是按一定的燃气成分设计的。当燃气成分发生变化而导致其热值、密度和燃烧特性发生变化时，燃具燃烧器的热负荷、一次空气系数、燃烧稳定性、火焰结构、烟气中CO含量等燃烧工况就会改变。但当燃气成分变化不大时，燃

28、烧器燃烧工况虽有改变，但仍能满足燃具的原有设计要求，那么这种变化是允许的；但当燃气成分变化过大时，若燃烧工况的改变使得燃具不能正常工作，这种变化就不允许了。设某一燃具以a燃气为基准进行设计和调整，由于某种原因要以s燃气置换a燃气，如果燃烧器不加任何调整而能保证燃具正常工作，则表示s燃气可以置换a燃气，就成s燃气对a燃气而言具有“互换性”。a燃气称为“基准气”，s燃气称为“置换气”。反之，如果置换以后燃具不能正常工作，则称s燃气对a燃气而言没有“互换性”。应该指出，互换性并不总是可逆的，即s燃气可以置换a燃气，并不代表a燃气一定可以置换s燃气。根据燃气互换性的要求，当气源厂供给用户的燃气性质发生

29、改变时，置换气必须对基准气具有互换性，否则就不能保证用户安全、满意和经济地用气。可见，燃气互换性是对燃气生产供应单位提出的要求，它限制了燃气性质的任意改变。两种燃气能否互换，并不只决定于燃气性质本身，它还与燃具燃烧器以及其它部件的性能有密切联系。例如，s燃气能在某些燃具中置换a燃气，在另一些燃具中却不能置换。换言之，有些燃具能同时适用a、s两种燃气，但另一些燃具却不能同时适用。因此，这里就引出了一个“燃具适应性”的概念。所谓燃具适应性，是指燃具对于燃气性质变化的适应能力。如果燃具能在燃气性质变化范围较大的情况下正常工作，就称适应性大；反之，就称适应性小。（二）燃气互换性判定法通常，燃气按其燃烧

30、特性可以分为三族：第一族为传统的人工煤气类型，第二族为天然气类型，第三族为液化石油气类型。不同族的燃气是不能完全互换的。如果城市燃气供应系统的气源完全有一族转变为另一族，则必须更换或重新调整燃具；但在燃气中掺混一部分属于另一族的燃气是可能的，所能掺混的数量由燃气互换判定方程或互换图来确定；同一族的两种燃气则有可能完全互换。燃气互换条件随燃气用途而异。燃气用途可分为三大类：第一类为家庭、商业和工业加热用途。这类用途的互换条件是要有稳定的火焰、符合要求的热负荷、热效率和卫生条件以及火焰中没有固体颗粒析出。第二类为一些特殊的工业用途，如玻璃制品加工、金属焊接和热处理等。这类用途的互换条件为要有稳定的

31、火焰，合适的火焰结构、尺寸、温度、辐射系数以及燃烧产物性质（氧化气氛，还原气氛或中性气氛）。第三类为动力用途和化工原料用途。这类用途的互换条件为具有稳定的燃气化学组分，稳定的燃烧产物化学组分和热力性质。1926年意大利工程师华白，提出反映热值和密度两个因素的华白指数，以它作为控制燃气质量的参数。并成为燃气互换性问题产生初期所使用的一个互换性判定指数。式中 W华白数，或称热负荷指数； Q燃气热值千焦/米3（标准）；按照各国习惯，有的取高热值，有的取低热值； S燃气对空气的相对密度。华白数是早期适用的一个互换性判定指标，一般规定在两种燃气互换时华白数W的变化不大于5%10%。随着气源类型的进一步增多和燃气组分的复杂，单用华白指数已不