浅谈燃气老旧管道改造中的管网优化设计
浅谈燃气老旧管道改造中的管网优化设计
苏州燃气集团起步于20世纪70年代，至今已走过40个年头，企业的发展日新月异，“安全第一”的理念始终如一。为保障安全供气，燃气集团启动了老旧管网改造工程，在此背景下，如何安全高效、经济合理的实施老旧管网改造，改造方案的比选至关重要。
燃气管网分为环状管网和枝状管网。环状管网中，任意两节点存在一条以上连通路径；枝状管网中，任意两节点间只有一条通路。下面以1000户小区为例对枝状管网和环状管网进行对比：
一、枝状管网
枝状管网直接为用气点单向供气，管材和工程量投入较少，但供气稳定性较差，若管道某处出现故障，下游所有用气单位均需停气。
该模型（如图1所示）每户考虑一台家用灶和一台家用热水器，总用气量2.5Nm³/h，工作系数参照《城镇燃气设计规范》GB50028-2006中系数。
该模型在满负荷运行条件下，埋地干管总压力损失391.231-Pa（水力计算过程详见表1），调压装置出口压力为2,700Pa，庭院管、室内管及表具压力损失考虑200Pa，设备前压力为2,108.769Pa，满足灶具额定压力2,000Pa。
二、环状管网
环状管网在运行过程中更为稳定，故障发生时仍能满足绝大部分居民的用气需求。此外，随着生活水平提高，居民对地暖的需求量会加大，环状管网在增加用气量的同时仍能满足管网输送能力要求。
01/环状管网（正常工况，不考虑地暖）
该模型（如图2所示）每户考虑一台家用灶和一台家用热水器，总用气量2.5Nm³/h，工作系数参照《城镇燃气设计规范》GB50028-2006中系数。
在模型满负荷工作条件下左右半环压力损失接近（水力计算过程详见表2、表3），实际压力零点在假定零点附近，埋地干管总压力损失约为280Pa，调压装置出口压力为2,700Pa，庭院管、室内管及表具压力损失考虑200Pa，设备前压力为2,220Pa，满足灶具额定压力2,000Pa。
02/环状管网（故障工况，不考虑地暖）
该模型（如图3所示）在故障条件下，以保证正常用气需求为前提，参照正常工况用气状况，不考虑地暖，故障点选取燃气调压装置近端最不利故障点。
该模型满负荷工作条件下，埋地干管总压力损失为1,138Pa（水力计算过程详见表4），调压装置出口压力为2,700Pa，庭院管、室内管及表具压力损失考虑200Pa，设备前压力为1,362Pa，虽然低于灶具最小点火压力1,500Pa，但是仍能满足绝大部分故障条件下管网运行需求。
03/环状管网（未来发展，考虑地暖）
该模型（如图4所示）在考虑地暖情况下，每户考虑一台家用灶和一台地暖热水器，地暖热水器选取18KW（能满足120㎡以下户型供暖需求），地暖热水器同时工作系数取0.3（老旧小区），工作系数参照《城镇燃气设计规范》GB50028-2006中系数，总用气量3Nm³/h。
该模型满负荷工作条件下左右半环压力损失相差较大（水力计算过程详见表5、表6），实际压力零点在假定零点下方，埋地干管总压力损失为1,000Pa左右，调压装置出口压力为2,700Pa，庭院管、室内管及表具压力损失考虑200Pa，设备前压力为1,500Pa，满足灶具最小点火压力1,500Pa。
04/结论
对比可以发现，环状管网会增加管材和工程量投入，但供气可靠性、稳定性更强，结合苏州老旧小区现状并兼顾经济因素，可将规整小区内部低压主干管连接成环状。前期规划对老旧小区管网的负荷计算不仅要满足小区现状用气需求，还要结合运行故障情况和未来发展情况（管道的设计使用年限）综合考量，使管网改造工程进一步满足未来的发展要求。
然而并非姑苏区的所有小区均能实现环状供气，为保障供气稳定性，必须探索更加灵活实际的改造方案。
三、“以线带面”中低压管道相互结合优化管网
01/案例介绍
红旗新村调压装置始建于20世纪80年代，灰口铸铁管因耐腐蚀、使用寿命长、接口形式简单且对人工煤气有良好密封效果而成为管道燃气输送的主力军。后经西气东输和及城镇门站的落成，天然气逐步取代了人工煤气。不同于湿性人工煤气，天然气是干性气体，原来铸铁管道机械接口处的丁晴橡胶圈和水泥因失去水分而干燥开裂，接口处形成泄漏，调压装置后低压管道需要进行安全改造。
红旗新村中-低压调压装置为红旗新村、宝石御景园、日晖苑、谈家巷等共计约3600户的居民区及沿途商业区供气；低压管道沿阊胥路敷设，南至三香路，北至金门路，南北跨度约1.2km，供气面积约43万平方米。老旧管道途径交通干线和自然河道，施工需经规划、交通、市政等多部门审批，前期手续繁琐，施工难度大，容易对交通及生态环境造成不利影响。
02/改造方案
此项目辐射区域较大，且经过多条市政主路，环状管网敷设方式并不适用。若按枝状管网改造，延用原红旗新村中－低压调压装置，沿调压装置后低压管道走向，在老管网附近选取管位开挖埋置新建聚乙烯塑料管，工程范围（如图5所示）包括阊胥路（三香路至干将路段）市政道路施工，市政道路至各小区入口区间道路施工，小区红线内部施工。其中阊胥路（三香路至干将路段）市政道路施工包含阊胥路主干道西侧约500m的市政道路开挖作业，作业过程中（如图6所示）不仅会产生固体废弃物、扬尘、噪声等环境污染，同时会占据一侧车道，影响正常交通。
若采用中低压管道相互结合的方式改造此项目，可以干将路为界线（如图7所示），对阊胥路南北两侧分开供气。该方式利用阊胥路（干将路－三香路段）已改造的市政中压管道，从预留阀门处接出中压支管，在道路两侧绿化带中新建两处中－低压调压装置，为阊胥路西侧宝石御景园片区供气和东侧日晖苑片区供气，完成南侧供气改造；利用演艺中心已建中－低压调压装置和附近已建中压管网，对已建中－低压调压装置进行扩容改造，将改造后调压装置低压管道与阊胥路（阊胥路与景德路路口）已改造的低压管道连接并关闭阊胥路（干将路北侧）低压阀门，完成北侧供气改造。
此方式消除了阊胥路西侧市政道路的开挖作业及过路支管的敷设忧虑，保证了道路交通的正常运行。三处调压装置独立供气，调压装置后低压管网环状供气，既破解了干将路低压过路管及阊胥路（干将路-三香路）沿途低压管道的铺设困难，降低了后期风险，也提升了区域供气稳定性；大口径管材使用的减少，降低了施工难度，加快了工程进度。
03/结论
建议在市政中压管道改造的同时兼顾中压沿线的老小区低压管道，中低压同步规划，分批实施，新增中压支管的预留，为后期的低压改造提供更多方案比选的可能。
四、结语
燃气管网的安全运行是每个燃气人的责任，设计部门既要遵循规范，把好技术关卡，也要站在业主角度，对设计方案不断研讨思索，为管网改造提供更加安全、经济、长远的设计服务。
燃气管网分为环状管网和枝状管网。环状管网中，任意两节点存在一条以上连通路径；枝状管网中，任意两节点间只有一条通路。下面以1000户小区为例对枝状管网和环状管网进行对比：
一、枝状管网
枝状管网直接为用气点单向供气，管材和工程量投入较少，但供气稳定性较差，若管道某处出现故障，下游所有用气单位均需停气。
该模型（如图1所示）每户考虑一台家用灶和一台家用热水器，总用气量2.5Nm³/h，工作系数参照《城镇燃气设计规范》GB50028-2006中系数。
该模型在满负荷运行条件下，埋地干管总压力损失391.231-Pa（水力计算过程详见表1），调压装置出口压力为2,700Pa，庭院管、室内管及表具压力损失考虑200Pa，设备前压力为2,108.769Pa，满足灶具额定压力2,000Pa。
二、环状管网
环状管网在运行过程中更为稳定，故障发生时仍能满足绝大部分居民的用气需求。此外，随着生活水平提高，居民对地暖的需求量会加大，环状管网在增加用气量的同时仍能满足管网输送能力要求。
01/环状管网（正常工况，不考虑地暖）
该模型（如图2所示）每户考虑一台家用灶和一台家用热水器，总用气量2.5Nm³/h，工作系数参照《城镇燃气设计规范》GB50028-2006中系数。
在模型满负荷工作条件下左右半环压力损失接近（水力计算过程详见表2、表3），实际压力零点在假定零点附近，埋地干管总压力损失约为280Pa，调压装置出口压力为2,700Pa，庭院管、室内管及表具压力损失考虑200Pa，设备前压力为2,220Pa，满足灶具额定压力2,000Pa。
02/环状管网（故障工况，不考虑地暖）
该模型（如图3所示）在故障条件下，以保证正常用气需求为前提，参照正常工况用气状况，不考虑地暖，故障点选取燃气调压装置近端最不利故障点。
该模型满负荷工作条件下，埋地干管总压力损失为1,138Pa（水力计算过程详见表4），调压装置出口压力为2,700Pa，庭院管、室内管及表具压力损失考虑200Pa，设备前压力为1,362Pa，虽然低于灶具最小点火压力1,500Pa，但是仍能满足绝大部分故障条件下管网运行需求。
03/环状管网（未来发展，考虑地暖）
该模型（如图4所示）在考虑地暖情况下，每户考虑一台家用灶和一台地暖热水器，地暖热水器选取18KW（能满足120㎡以下户型供暖需求），地暖热水器同时工作系数取0.3（老旧小区），工作系数参照《城镇燃气设计规范》GB50028-2006中系数，总用气量3Nm³/h。
该模型满负荷工作条件下左右半环压力损失相差较大（水力计算过程详见表5、表6），实际压力零点在假定零点下方，埋地干管总压力损失为1,000Pa左右，调压装置出口压力为2,700Pa，庭院管、室内管及表具压力损失考虑200Pa，设备前压力为1,500Pa，满足灶具最小点火压力1,500Pa。
04/结论
对比可以发现，环状管网会增加管材和工程量投入，但供气可靠性、稳定性更强，结合苏州老旧小区现状并兼顾经济因素，可将规整小区内部低压主干管连接成环状。前期规划对老旧小区管网的负荷计算不仅要满足小区现状用气需求，还要结合运行故障情况和未来发展情况（管道的设计使用年限）综合考量，使管网改造工程进一步满足未来的发展要求。
然而并非姑苏区的所有小区均能实现环状供气，为保障供气稳定性，必须探索更加灵活实际的改造方案。
三、“以线带面”中低压管道相互结合优化管网
01/案例介绍
红旗新村调压装置始建于20世纪80年代，灰口铸铁管因耐腐蚀、使用寿命长、接口形式简单且对人工煤气有良好密封效果而成为管道燃气输送的主力军。后经西气东输和及城镇门站的落成，天然气逐步取代了人工煤气。不同于湿性人工煤气，天然气是干性气体，原来铸铁管道机械接口处的丁晴橡胶圈和水泥因失去水分而干燥开裂，接口处形成泄漏，调压装置后低压管道需要进行安全改造。
红旗新村中-低压调压装置为红旗新村、宝石御景园、日晖苑、谈家巷等共计约3600户的居民区及沿途商业区供气；低压管道沿阊胥路敷设，南至三香路，北至金门路，南北跨度约1.2km，供气面积约43万平方米。老旧管道途径交通干线和自然河道，施工需经规划、交通、市政等多部门审批，前期手续繁琐，施工难度大，容易对交通及生态环境造成不利影响。
02/改造方案
此项目辐射区域较大，且经过多条市政主路，环状管网敷设方式并不适用。若按枝状管网改造，延用原红旗新村中－低压调压装置，沿调压装置后低压管道走向，在老管网附近选取管位开挖埋置新建聚乙烯塑料管，工程范围（如图5所示）包括阊胥路（三香路至干将路段）市政道路施工，市政道路至各小区入口区间道路施工，小区红线内部施工。其中阊胥路（三香路至干将路段）市政道路施工包含阊胥路主干道西侧约500m的市政道路开挖作业，作业过程中（如图6所示）不仅会产生固体废弃物、扬尘、噪声等环境污染，同时会占据一侧车道，影响正常交通。
若采用中低压管道相互结合的方式改造此项目，可以干将路为界线（如图7所示），对阊胥路南北两侧分开供气。该方式利用阊胥路（干将路－三香路段）已改造的市政中压管道，从预留阀门处接出中压支管，在道路两侧绿化带中新建两处中－低压调压装置，为阊胥路西侧宝石御景园片区供气和东侧日晖苑片区供气，完成南侧供气改造；利用演艺中心已建中－低压调压装置和附近已建中压管网，对已建中－低压调压装置进行扩容改造，将改造后调压装置低压管道与阊胥路（阊胥路与景德路路口）已改造的低压管道连接并关闭阊胥路（干将路北侧）低压阀门，完成北侧供气改造。
此方式消除了阊胥路西侧市政道路的开挖作业及过路支管的敷设忧虑，保证了道路交通的正常运行。三处调压装置独立供气，调压装置后低压管网环状供气，既破解了干将路低压过路管及阊胥路（干将路-三香路）沿途低压管道的铺设困难，降低了后期风险，也提升了区域供气稳定性；大口径管材使用的减少，降低了施工难度，加快了工程进度。
03/结论
建议在市政中压管道改造的同时兼顾中压沿线的老小区低压管道，中低压同步规划，分批实施，新增中压支管的预留，为后期的低压改造提供更多方案比选的可能。
四、结语
燃气管网的安全运行是每个燃气人的责任，设计部门既要遵循规范，把好技术关卡，也要站在业主角度，对设计方案不断研讨思索，为管网改造提供更加安全、经济、长远的设计服务。