地温对天燃气中压管道管材选择的影响

赵立春，　詹淑慧，　见　爽

(北京建筑大学 环境与能源工程学院， 北京　100044)



地温对天燃气中压管道管材选择的影响

赵立春，詹淑慧，见爽

(北京建筑大学 环境与能源工程学院， 北京100044)

摘要：介绍管道管顶地温对天然气中压管道管材选择的影响，以广东地区一段长为5 000 m的天然气中压管道为例，考虑温度对PMOP的影响，从工程投资、施工难易程度、后期管网运行维护等方面，对天燃气中压管网管材选择进行分析.

关键词：温度； 中压管道； 最大工作压力(PMOP)； 经济比较

作为城市天然气输配系统的主要组成部分之一，天然气中压管网承担着输气配气的重要功能. 管材的合理选择既提高了管网系统的安全性，还可以节约建设投资. 选择管材不但要考虑不同压力、流量的影响，还要考虑管道的PMOP，而PMOP的确定与埋地管道周围地温以及相关规范规定有关，所以埋地管道周围地温是影响天然气中压管道管材选择的重要因素. 燃气埋地天然气管道普遍使用的是钢管和PE管，目前国内燃气行业普遍使用的PE管有SDR11和SDR17.6两种系列.

1温度对PMOP的影响

最大工作压力(PMOP)指正常工作压力条件下，管线系统中最大实际工作压力，而最大允许工作压力(PMAOP)指管道系统中允许连续使用的最大压力，显然PMOP≤PMAOP. 在选择管材时一定要考虑管道所能达到的PMOP，PMOP的确定主要考虑两个方面，即埋地管道管顶地温以及相关规范.

城市燃气管道大多埋地敷设，我国幅员辽阔，南北气候相差较大，且四季温差较大，华南大部分地区从6～10月，地下0.8 m处的土壤平均温度在20 ℃以上，甚至会出现超过30 ℃的高温. 在选择天然气管材时要考虑管道周围土壤温度对管道工作的影响，一般以管道顶部土壤温度为准. 不同材质的管道受到温度影响亦不相同.

1.1温度对钢管的影响

Q235B材料的适用温度在-20 ℃～100 ℃之间，在壁温低于0 ℃时，要做低温冲击试验，保证钢管具有良好的低温冲击韧性. 燃气管道埋深一般大于0.8 m，北方地区要敷设在土壤冰冻线以下，管道周围土壤温度在管材适应范围之内，所以管道埋地周边温度对钢管工作压力无影响.

1.2温度对PE管的影响

聚乙烯是高分子聚合材料，与钢管比较，在耐腐蚀及抗震性能方面占有明显优势，但是聚乙烯作为一种热塑性材料对温度较为敏感[1]. PE管道的工作温度为-20 ℃～40 ℃，并且在工作温度范围内，不同温度下输送同种天然气，PE管的最大允许工作压力也会不同. CJJ63—2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(以下简称《规程》)规定了PE管道输送不同燃气时的最大工作压力以及工作温度对管道工作压力的折减系数，由《规程》可以得到PE管输送天然气在不同温度下的最大允许工作压力，见表1.

1.3相关规范阐述

PMOP的确定要同时满足几项规范的要求，即在同时满足以下几项规范的基础上确定管线系统中最大实际工作压力.

1.3.1《城镇燃气设计规范》

1)GB50028—2006《城镇燃气设计规范》(以下简称《燃规》)6.1.6中将城镇燃气管道的设计压力(P)分为7级，中压燃气管道A设计压力上限值为0.4 MPa[2]；

2)《燃规》6.6.9中规定在调压器燃气入口(或出口)处，应设防止燃气出口压力过高的安全保护装置(当调压器本身带有安全保护装置时可不设). 并且当调压器出口压力等于或大于0.08 MPa，但不大于0.4 MPa时，启动压力不应超过出口工作压力上限0.04 MPa[2].

1.3.2《聚乙烯燃气管道工程技术规程》

《规程》4.1.3中规定设计压力不应大于最大允许工作压力,即P≤PMAOP[3].

1.3.3《输气管道工程设计规范》

GB50251《输气管道工程设计规范》3.4.4中规定安全阀的定压应小于或等于受压设备和容器的设计压力，即PN≤P[4].

2PMOP的确定

2.1钢管的PMOP

钢管PMAOP不受周边地温影响，可以取中压管道A上限值0.4 MPa，根据《规程》设计压力P≤PMAOP，P取最大值0.4 MPa，因PMOP≤PMAOP，若PMOP取0.4 MPa，根据《燃规》PN≤PMOP+0.04，即PN≤0.44 MPa，此时与《输规》所述PN≤P矛盾，将PMOP调整到0.36 MPa，即为在满足以上规范的基础上中压钢管道可以达到的最大工作压力.

2.2SDR11PE管的PMOP

PE100SDR11管在输送天然气时，PMAOP为0.7 MPa，无论是否考虑周边地温对其工作压力的折减，在工作温度范围内其PMAOP都大于0.4 MPa，PMAOP取中压管道A压力上限值0.4 MPa，与钢管同理，在满足以上规范的基础上管道可以达到的最大工作压力为0.36 MPa，即PMOP=0.36 MPa；

2.3SDR17.6PE管的PMOP

1)埋地管道管顶上表面温度-20 ℃≤t≤20 ℃

当埋地管道管顶上表面温度-20 ℃≤t≤20 ℃时，PE100SDR17.6管的PMAOP为0.4 MPa，此时与钢管相同，PMOP=0.36 MPa;

2)埋地管道管顶上表面温度20 ℃

当埋地管道管顶上表面温度20 ℃

3)埋地管道管顶上表面温度30 ℃

同理，当埋地管道管顶上表面温度30 ℃

3管材选择的其他影响因素

在天然气中压系统中，管材的选择还要考虑施工的难易程度以及后期管网的运行维护，SDR11和SDR17.6两种系列的PE管在上述两方面没有差别，在此可以简化为PE管与钢管的比较.

3.1施工难易程度

中压燃气PE管和钢管的施工难易程度比较见表2.

3.2后期管网运行维护

中压燃气PE管和钢管的后期管网运行维护比较见表3.

4举例分析

以广东地区一段长5 000 m，终点压力要求不小于0.15 MPa的天燃气中压管道为例，考虑温度对管材PMOP的影响，利用水力计算软件计算不同流量时各种管材对应的末端压力，对比管材综合费用选择合适管材. 天然气物性参数见表4.

广东省土壤温度由传热学公式计算[5]：

t(y|τ)(tg(AeT(|y|(π/aZ))·

cos(2π/aZτ|y|(π/aZ))

(1)

(2)

式中：tg为土壤表面年平均温度，℃;A为地面温度波幅，℃;a为土壤导温系数，m2/s;Z为地表温度的变化周期，为8 760 h;τ为从Ag出现到计算时刻的时间，h;λ为土壤导热系数，取0.85 W/(m·℃);Ρc为体积比热容，取3 000 kJ/(m3·℃).

表4　天然气物性参数

由式(1)和式(2)计算得到广东地区距地表0.8 m处最高土壤平均温度t为28.64 ℃(考虑最高地温滞后于最高气温). 当20 ℃

计算结果见表5.

1)当0

2)当15 855 m3/h

3)当20 780 m3/h

表5　不同流量下不同管材及规格的经济比较

4)目前由于技术限制，天然气PE管公称外径不大于630 mm. 考虑其材料强度较低，管径越大受到外力破坏可能就越大，并且管径越大PE管的经济性越差，所以Φ400以上的管很少选用，当Q>30 560 m3/h，根据流量选择合适规格的钢管.

5结论

广东地区距地表0.8 m处最高土壤平均温度为28.64 ℃，在选择天然气中压管材时要考虑管道管顶地温的影响,以及管材的施工难易程度和后期管网的运行维护，建议如下：

1)当0

2)当15 855 m3/h

3)当20 780 m3/h

4)当Q>30 560 m3/h，选择合适规格的钢管.

参考文献：

[1]王同友.聚乙烯燃气管道在高寒地区的应用与研究[D].长春:吉林大学，2009

[2]GB50028—2006,城镇燃气设计规范[S]

[3]CJJ63—2008,聚乙烯燃气管道技术规程[S]

[4]GB50251,输气管道工程设计规范[S]

[5]牟灵泉.地道风降温计算与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1982：6-8

[责任编辑：王志兵]

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联系人：佟启巾

Ground Temperature Effects on the Selection of Natural Gas Medium Pressure Pipeline Material

Zhao Lichun,Zhan Shuhui，Jian Shuang

(School of Environment and Energy， Beijing University of Civil Engineering and Architecture， Beijing 100044)

Abstract:The effects of selection of nature gas medium pressure pipeline material caused by the ground temperature of tube top are introduced，and taking the 5 000 m natural gas medium pressure pipeline at Guangdong area as example, considering the influence of temperature, engineering investment, difficulty of coustruction and the maintenance of pipeline etc., the analysis of pipeline material selection of natural gas midium pressure is carried out.

Key words:temperature； medium pressure pipeline； maximum operating pressure； economic comparison

中图分类号：TU996.7

文献标志码：A

作者简介：赵立春(1990—)，男，硕士研究生，研究方向：城市燃气输配.

基金项目：北京市科技计划项目(D151100005515002)

收稿日期：2015-07-21

文章编号：1004-6011(2016)01-0070-04