燃气输配系统主要形式及特性

燃气输配系统主要形式及特性
城市燃气输配系统因管网压力级制不同，调压装置形式及其设置位置的不同而各异，选择是否恰当直接影响系统的工程造价、运行费用及运行的安全可靠性。

城市燃气输配系统一般由城外长输管线和城区输配系统组成，城区燃气输配系统主要有中-低压两级、中压一级、低压一级等主要形式，其特点分析如下。

1.1 中-低压两级燃气输配系统
来自气源厂，长输管线末端门站或城市燃气储配站的燃气通过中压管道进入市区，经中低压调压站将压力降至用户灶具允许的压力范围内，经低压干线、低压支线（庭院管线）进入户内称中-低压两级输配系统。

其优缺点为：
(1) 中压管线较短且多沿主要街道铺设，安全间距易保证。

地下障碍较多距离用户较近的街区庭院内走的多是低压管道，漏气可能性较少维修方便。

低压管道较长，整个系统的平均管径较大，材料耗量较大。

(2) 每一调压站所带户数多，对调压装置严密性要求较低，低压管道不易超压。

一旦调压装置失灵，也因低压管道较长，管内压力升高较慢，为事故的发现和维修创造了条件，不易因管道超压破坏煤气表而危及用户。

区域调压站距用户较远，调压站出口压力较高，低压管网始末端用户灶前压力波动范围较大。

中-低压两级输配系统根据调压站设置位置和所带户数不同又可分为两种。

一是中-低压两级大区域调压站系统，二是中-低压两级小区域调压站系统。

其结构上的主要区别有两点：
(1) 大区域调压站所带户数较多，通常在数千户，调压站数量少且距用户较远，中压管线相对较短，低压管线相对较长。

后者区域调压站所带户数较少，通常在几百户或千余户，调压站数量相对较多且距用户相对较近，中压管线相对较长，低压管线相对较短。

(2) 大区域调压站数量少,低压管线长通常连成环网供应。

小区域调压站因低压管线短，通常采用枝状管网供气。

因结构不同，大、小区域调压站不同的两种系统在性能上有如下差别：
(1) 前者较后者，中-低压两级输配系统的基本优点及基本缺点均更加突出。

(2) 前者存在中、低压两套环网系统，一条街道同时有中、低压两种管线，无论是分沟敷设还是双管同沟，都增加了工程量和管位选择的难度。

(3) 后者较前者因调压站增多，增加了工程量和选址的难度。

1.2 中压一级燃气输配系统
气源长输管线的燃气通过中压管道直接送到用户，系统中燃气外网基本都是中压管道称中压一级燃气输配系统。

该系统根据调压装置设置位置不同可分为三种:其一是楼栋调压系统，每个楼栋设一调压装置，所带户数几十户或百余户，调压后的燃气经低压楼前管道进入户内；其二是楼栋调压装置，所带用户十几户或几十户，燃气外线皆为中压管道；
其三是用户调压（或表前调压）中压一级系统，该系统在每一用户燃气计量表前调压，户内管道系统调压器前部分皆为中压。

与中-低压两级系统相比，中压一级输配系统优缺点如下：
(1) 取消或基本取消了低压管道，系统的平均管径降低，管材耗量降低。

中压管线长且深入庭院，运行的安全可靠性相应降低。

(2) 调压装置靠近用户且所带户数少，改善灶具的燃烧工况。

调压装置所带户数少，易出现流量为零的现象，调压装置稍有不严，就可能造成低压管道超压，破坏煤气表而危及用户。

(3) 调压装置小，可依墙或设在户内，避免了中-低压两级系统中区域调压站选址的困难。

与中-低压两级系统相比，调压装置数量大增且出口管道易超压，日常维护及检修工作量大大增加。

中压一级输配系统三种形式自身相比，依照楼栋调压、户内调压的顺序，由前至后，其优点愈来愈明显，缺点也愈来愈突出。

1.3 低压一级输配系统
低压一级输配系统是指燃气直接通过低压管道进入市区并最终送入用户。

优点是运行压力低，安全可靠性高。

缺点是供气范围较大时，平均管径过大，材料耗量高。

仅适用于规模较小的地区使用。

2 燃气输配系统的比较
2.1 中-低压两级系统与中压一级系统的比较
(1) 区域调压站和楼栋调压器的运行比较
对某市的调研充分证明了中压一级输配系统对调压器阀口的严密性要求过高的基本特性。

而造成调压器阀口不严的因素很多，如加工精度、运行磨损、燃气中的杂质、燃气中水份的结冻等。

另外两种系统的超压保护装置也不相同。

区域调压站通常采用水封安全阀以防管道超压，其结构简单、工作可靠。

而楼栋调压器采用自动切断阀防工止超压，因加工精度较高，往往是调压器关闭不严时自动切断阀也无法正常切断，起不到保护作用。

该市输送的是经过脱水的干燃气，但也时常出现楼栋调压器关闭不严，切断阀失灵，低压管道超压，多数是燃气中来历不明的水份冻结的结果。

为保运行安全，该市采取了很多措施，如对楼栋调压器加电伴热，在调压器已有一道自动切断阀的基础上，将入户引入阀门由旋塞改为自动切断阀，增加调压人员，每天检查调压器运行状况及自动切断阀的灵活程度等，工作量及运行费用大大提高，但仍无法根本避免低压管道超压现象，运行的安全可靠性令人担忧。

(2) 两种输配系统管网运行可靠性的比较
通常认为中压管道的安全可靠性低于低压管道，在我市的调查为此提供了量化依据。

我市管道煤气总公司投运的中、低压燃气设施的数量及各自的漏气次数和漏气率见表1。

表1 漏气次数和漏气率
由表1可知中压燃气设施的漏气可能性远大于低压燃气设施。

采用中压一级系统，中压管道长且深入庭院，管网的运行可靠性将大大降低。

而我市几年来燃气设施的泄漏绝大部分是各种密封不严造成的，忽略气质这一共同因素，输气压力不同是漏气率巨大差异的根本原因。

(3) 两种输配系统的经济比较
为比较中压一级和中低压二级输配系统的经济性，对我市部分区域进行了模拟设计，工程造价比较见表2,年运行费用的比较见表3。

表2 两种系统工程造价比较
表3 年运行费用比较
由表3看出中压一级系统仅管线一项工程造价降低，主要原因是同沟管线的减少和平均管径的降低，其它各项工程造价均有增加，但总造价降低。

由表3可知,中压一级系统除固定资产折旧一项较低外，管线及调压系统运行费用均较高，总的运行费用增加。

主要原因是中压管线及设施的增加致使整个系统的维护及抢修量增加，调压装置的增加致使日常维修量增加。

比较两种输配系统的工程造价和运行费用，可知其投资偿还年限为
5.8年，即中压一级系统工程费用的减少值将在5.8年内被运行费用的增加值抵消,从长远看中压一级系统在经济上是不合理的。

需指出的是上面比较中未考虑漏气率增加带来的漏气损失。

综上所述，中压一级系统的安全可靠性较低，长远考虑经济上也不合理，而其缩小灶前压力波动范围，改善灶具燃烧工况的意义又有多大呢？燃气灶具灶前压力的允许波动范围为灶具额定压力（Pn）的0.5～1.5倍，设计中取灶前最低压力为额定压力的0.75倍，则调压器后管网系统总的允许压力降为0.75Pn。

采用区域调压站时，为减小管径降低造价，尽量充分利用允许压力降，灶前压力最大波动范围接近于最大允许压力降0.75Pn。

采用中压一级系统，可缩小灶前压力波动范围，改善燃烧工况。

可见，这种改善是在灶具原已允许范围内做的进一步改善，而这种改善并非对所有的用户都具有同样的意义，因为在中-低压二级系统中，只有靠近供气末端的部分用户灶前压力波动范围接近允许压力降，其余大部分用户都小于允许压力降。

2.2 中-低压二级大、小区域调压站输配系统的比较
在吉林市西部液化石油气混空气设计中，对中-低压二级系统的两种形式进行了详尽比较。

该工程主体管材采用PE管，中压管道工作压力不超过0.2MPa，区域调压站出口压力小于3000Pa。

采用大区域调压站时，需中压管网15.2km，低压管道21.0km，中低压干线总长36.2km，区域调压站8座。

采用小区域调压站时，完全取消低压环网，增大了中压环网密度，中压干线长28.5km。

至于小区域调压站个数，因受住宅区分布的影响未最后确定，为比较经济性及其变化规律，分别按75座和45座进行了计算，与大区域调压站输配系统比较，见表4。

表4 区域调压站输配系统比较
由表4可知，采用小区域调压站，取消低压环网，工程造价明显节省，其额度随调压站数量的增多而减少，运行费用则随调压站数量的增多而增加，当小区域调压站少于一定数量后，输配系统的工程造价及年运行费用都会低于中-低压二级大区域调压站系统。

影响小区域调压站数量的因素很多，如工程造价、运行费用、供气的安全可靠性、调压站的选址难度、住宅区分布情况等。

笔者认为当调压装置采用带有备用系统的衡量式调压器时，调压站本身的运行可靠性是有保证的，而站后枝状管道的运行可靠性随着抢修设备和技术的日益完善，随着管材技术的不断进步（如球墨铸管和PE管材的应用）也在不断提高，为调压站个数的减少提供了条件。

分析上表还可知，当小区域调压站为75座时，其附加投资偿还年限为26.8年，采用小区域调压站虽运行费用较高，经济上仍然合理。

3 结论
各种燃气输配系统各具不同的基本特点，在不同的使用条件下（气质、材料设备性能、自然环境等），各自表现程度不同，不能脱离具体使用条件简单地评定各种系统的优与劣，先进与落后。

对于寒冷地区，在不能充分保证气质的干燥和洁净的情况下，中压一级输配系统不可取。

中-低压二级小区域调压站输配系统有足够的安全可靠性，经济上又有很大优势，在当前城市改造不断深入，住宅区内建、构筑物日益减少，调压站选址难度不断降低的条件下，应是城市燃气输配系统的首选形式。