燃气工程中的燃气输配技术探讨

王超

（淄博港华燃气有限公司， 山东 淄博 255000）

近年来， 随着我国天然气开发利用水平的持续提高， 城市燃气公用事业的开放， 各地区新建大量燃气输配工程， 燃气逐渐成为工业企业与城市居民的首选能源， 这对于缓解全球能源供需矛盾、 加快环境友好型社会建设有重要意义。 与此同时， 随着燃气工程建设规格的提升， 燃气输配技术水平及输配系统使用性能都有更高的标准， 而传统的燃气输配技术方法存在弊端， 难以满足工程建设与投运使用需求。 为此， 在新形势下， 要加大对燃气输配技术的优化改进， 保证城市燃气工程安全稳定运行。

1 燃气输配工程特点

1.1 系统结构复杂

燃气输配系统由储气设施、 门站、 调压站、 输配管道、 计量装置与探测装置等部分组成， 其结构复杂。 在燃气输配技术应用期间， 需要根据现场实际情况来合理安排各处设施分布位置与相对空间关系， 根据工程投运使用需求来确定各组成部分的规格型号、 建设数量。 如果盲目制定技术应用方案与燃气输配系统布局结构， 将对后续系统运行状况造成明显影响， 导致系统长时间满负荷运行， 部分设施闲置浪费， 严重时还会形成安全隐患。

1.2 管道铺设距离长

现代燃气工程以城镇燃气输配系统为主， 铺设的燃气管道跨越各处城区， 管道铺设距离长。 一方面， 管道铺设与系统运行期间， 易受到外部因素影响， 如果沿途出现地基沉降、 地下水位超标、 施工扰动等问题， 都会对管道结构状态造成一定程度影响， 严重时出现管道破损、 燃气泄漏、 爆炸等质量通病与安全事故。 另一方面， 随着铺设距离的延长，对管道临界质量提出更高要求， 如果未采取相应处理措施， 容易在相邻节段管道接口处出现漏气等质量问题[1]。

1.3 现场环境复杂

从施工角度来看， 燃气工程现场分布大量地下设施与地面设施， 包括道路结构层、 建筑基础、 市政给排水管网等， 现场环境较为复杂， 不利于燃气输配管道敷设作业开展， 尽管采取地下设施迁移、重新规划管道走向等方法， 燃气输配施工质量与系统运行状况仍有可能受到外部环境影响。 而从系统维护保养角度来看， 由于燃气输配管道采取地下暗敷方式， 工作人员很难实时掌握管道与其他燃气设施的实时运行状况， 在出现漏气等故障时难以迅速锁定故障点， 因而对燃气输配技术的安全水准提出严格要求。

2 燃气工程中燃气输配技术的应用方法

2.1 预测用气量与用气规模

考虑到我国各座城市与各处城区的社会经济发展水平、 人居环境密度存在明显差异， 如果盲目制定燃气输配技术方案， 容易出现燃气设施闲置浪费、燃气输配管道管径偏小、 系统长期满负荷与超负荷运行等问题， 不但会提高系统故障出现率， 还会增加造价成本， 造成资源浪费。 因此， 在燃气输配工程建设前， 工作人员应收集工程相关资料并综合分析， 例如， 调查燃气供应范围内居民户数、 生产企业数量与规模、 城区面积等。 借鉴同类工程技术案例， 在其基础上准确预测用气规模， 确定用气量指标， 合理选择燃气设施型号与数量、 燃气管道管径与材质， 从根源上预防上述问题的出现。 此外， 由于我国当前正处于城镇化发展关键时期， 城市规模持续扩大， 燃气用气规模将随着时间推移而不断提升[2]。 因此， 为延长燃气输配工程实际使用寿命，避免在后续频繁进行改扩建处理， 需要在用气量与用气规模基础上额外设置一定比例的冗余量， 如适当增加燃气输配管道管径值， 以此来满足未来一定年限的燃气输配系统使用需求。

2.2 压力级制

在早期燃气工程中， 普遍选用低压、 中压或是中低压两级的燃气输配管道系统， 气源供气压力较低， 对输配管道材质与厚度等指标要求宽泛。 然而，随着用气规模与用气量的逐年稳步增加， 早期燃气输配系统难以满足实际供气需求， 在过高气源供气压力作用下容易出现管道变形扭曲、 破裂与渗漏问题， 存在安全隐患。

因此， 需要在现代燃气输配工程中应用到压力级控制技术， 由高压输气管取代原有的中低压输气管， 使输配管道可以在较高气源供气压力下始终保持良好结构状态与稳定运行工况， 技术内容包括管道焊接、 防腐保护、 清管试压等部分。 例如， 在高压燃气管道焊接环节， 可采取CO2半自动下向焊技术， 配备STT型CO2半自动焊机， 凭借液态金属表面张力来实现熔滴过渡， 可以明显减少焊道部位熔池面积， 彻底解决传统燃气管道焊接飞溅大、 焊缝成形不理想等工艺问题。 在管道防腐保护环节， 准备H06 -1 环氧富锌防锈底漆、 H06 -3 环氧云铁防锈漆等漆料， 清理燃气管道表面残留锈迹、 氧化皮与毛刺， 采取高压喷涂方法在管道表面涂刷多遍防腐漆层， 详尽检查是否存在针孔、 气泡、 漏涂等问题， 对质量缺陷部位进行补涂处理。 而在清管试压环节， 明确试压段长度， 确定试验压力、 注水时间等参数， 使用清管器清除燃气管道内部掉入杂物与管壁上附着的灰尘污渍， 封闭管道， 在管道内充气升压， 分多次提升试验压力， 每次升压后稳压3min左右， 并在到达试验压力后稳压1h， 检查管道是否出现渗漏、 变形等质量问题， 以此来掌握燃气输配管道在最大工况压力时的运行工况条件[3]。

2.3 LNG气化调峰

根据早期建成燃气输配系统实际运行情况来看，各个时间段的用气量存在明显差异， 具有用气量分布不均的特征， 导致燃气输配系统时常处于满负荷、超负荷运行， 既加快了燃气设施与输配管路老化速度， 还会出现无法满足全部用户用气需求的状况，不利于燃气供应服务品质的提升。 因此， 要在燃气输配系统中采取LNG气化调峰技术， 在燃气输配系统中设置若干座LNG加压气化调峰站， 当用气量超过一定标准时， 凭借静压差控制储罐内LNG气体进入低温泵内进行高压处理， 再进入气化器内进行气化处理， 最终排入燃气输配管网当中。 同时， 考虑到LNG气化调峰站建设成本较为高昂， 也可选择采取高压管束储气方法或是高压管道储气方法。 其中，高压管束储气是在地下敷设大量钢管管束来组成储气设备， 用于燃气系统昼夜调峰， 把管束直径控制在1.0 ～1.5m区间内。 高压管道储气是对原定输配管道管径值进行扩大， 利用最后压气站至终点配气站间输配管线来临时存储一定体积的燃气， 由于输配系统末端压力较高， 将在压力作用下驱使管道内燃气排出， 此项方法不适用于输配管道铺设距离较短、 气源供气压力较低的燃气工程。

2.4 安全供气

在燃气输配系统运行期间， 受到管道加工与安装质量、 气源质量、 人为破坏、 外部环境侵蚀等因素影响， 存在一定的安全隐患， 甚至产生燃气泄漏、燃气爆炸等安全事故。 例如， 所选用燃气输配管道焊缝部位存在夹渣、 气孔等质量缺陷， 在系统运行期间， 受到过高气源供气压力影响， 焊缝部位扭曲变形或形成渗漏点， 造成燃气泄漏后果。 而在所选用气源品质较低时， 燃气中夹杂多种杂质组分， 杂质与管壁接触后产生氧化现象， 导致管道老化速度加快， 管道性能随时间推移持续下降， 最终因严重腐蚀导致管道不堪使用。

因此， 要在燃气输配工程中采取安全供气技术，具体可采取人工监测、 模型检测和信号处理三项手段。 其中， 人工监测是在输配管道敷设完毕与维护保养期间， 由工作人员手持便携式红外检测仪、 激光检测仪等设备对输配管路与配套储气的结构状态进行检查， 标记管道渗漏等故障点位， 将问题反馈给施工单位进行返工处理， 或是由维修部门委派专人前往现场维修。 模型检测是在燃气输配管网铺设前建立管网模型， 检查模型中各条燃气输配管道与周边设施物间是否存在软硬碰撞问题， 在燃气输配管网投运使用前开展仿真模拟试验， 在模型中设定流体力学特性以及流体热力学特性， 模拟管道运行状态， 预测燃气输配系统在不同假定条件下的运行工况， 提前发现质量隐患并采取防治处理措施。 而信号处理则是根据燃气输配系统反馈信号来判断运行状态， 如采取负压波法， 当气源供气压力骤然降低或出现负压波现象时， 表明燃气输配管网大概率出现管道破裂、 刺破等质量问题。 或是采取流量平衡法， 通过观察管网内燃气流量变化情况来判断是否出现管道泄漏问题。

3 燃气工程中燃气输配技术的应用策略

3.1 健全检测机制

在现代燃气输配工程中， 虽然采取模型检测与信号检测等多项手段， 用于检查输配管道敷设与运行期间是否出现管道碰撞、 渗漏、 变形破损等问题，但所采取检测技术不成体系， 存在优化改进空间。因此， 在燃气输配技术应用期间， 需要建立起一套更为完善的输配系统检测机制， 具体采取明确报警标准、 动态跟踪检测、 故障隐患预测三项措施。 第一， 明确报警标准， 提前设定各类故障的判定依据与报警机制， 当传感器等终端感知设施检测到异常情况时， 根据已掌握信息来判断故障类型、 故障程度， 根据判断结果采取恰当等级的响应措施， 如在管道泄漏量超过一定标准后自动发送报警信号。 第二， 动态跟踪检测， 待检测系统发出报警信号后，仍旧控制传感器等装置跟踪检测故障点位， 将故障信息同步提交给管理人员， 引导维修人员前往故障点开展应急维修作业， 帮助其掌握故障状态与持续过程， 迅速恢复燃气输配系统正常工况， 并在后续跟踪检测故障问题是否再次出现， 如渗漏点经过维修后是否持续渗漏[4]。 第三， 故障隐患预测， 提前在系统中导入管道泄漏等典型故障的样本数据， 当燃气输配系统运行期间出现参数幅度明显变化等异常状况时， 预测各类故障出现率， 根据预测结果采取相应防治措施， 或是临时关闭管道阀门、 组织维护人员前往现场检查与维修， 避免造成实质性损失，或是引发爆炸等安全事故出现。

3.2 创新燃气输配技术

在早期燃气输配工程中， 普遍采取长输管线形式， 随着供气规模的扩大， 长输管线系统运行能耗较为高昂， 并存在无法按需供气、 末端缺乏调节手段等多项问题有待解决。 因此， 为全面提高燃气工程综合效益， 可选择运用动力分布式燃气输配技术，输配系统由气源、 主循环调压器、 分循环调压器、输配管路等部分组成， 在燃气管网中安装主循环调压器， 在用户处安装分循环调压器并与用气设备保持串联状态， 采取一用一备并联监控调压方式， 由两部分循环动力在系统运行期间共同承担系统压力。相比于传统燃气输配系统， 动力分布式燃气输配系统有着更加优异的应用表现， 可以取得理想的节能效益， 实现按需供气和保护调压设备。

3.3 现场勘察与技术管理

首先， 考虑到燃气输配工程现场环境复杂， 为保证燃气输配技术方案得以顺利实施， 需要提前做好现场勘察工作。 工作人员前往现场实地考察， 重点收集临近地下设施种类、 位置、 埋深值、 地层条件等方面信息， 在其基础上判断燃气输配技术方案是否具备可行性。 例如， 根据工程现场土层冰冻线来确定输配管道埋设值， 如果输配管道铺设在土层冰冻线上方， 在冬季受到低温影响， 容易出现水分凝结、 管道冻裂问题[5]。

其次， 为取得理想工程建设成果， 需要加强技术管理力度， 委派专人对燃气输配系统施工过程进行监督， 重点检查施工现场情况与技术方案内容是否一致， 如输配管道埋深值、 敷设位置、 管道坡度偏差值是否在允许范围内， 及时纠正错误操作行为，向班组成员提供技术指导。 同时， 在技术方案实施效果与预期产生明显偏差、 方案缺乏可行性时， 还需要将问题向上反馈， 必要情况下对技术方案进行变更处理。

3.4 智能化改造

近年来， 得益于科技水平的不断提高， 提出智能燃气管网概念， 在燃气输配系统中安装大量信息化设施与运用人工智能、 大数据等新型技术， 使燃气输配系统具备强大的环境感知、 决策分析能力，这对保证燃气输配系统平稳运行、 预防故障出现有着重要意义。 经过智能化改造后， 燃气输配系统将具备调压诊断、 管道防腐检测、 泄漏检测、 智能巡线等多项使用功能。 例如， 调压诊断是由系统持续接收调压设备状态信息， 将信息导入智能算法进行分析处理， 根据输出结果来判断设备运行工况， 发现异常状况后自动报警、 确定故障类型和生成维护计划。 管道防腐检测是通过感知设施来持续监控燃气管道腐蚀程度， 如在采取阴极防腐保护措施时，定期提取阴极桩电位值， 根据电位变化趋势来判断管道防腐情况， 并在界面综合视窗中以特殊颜色符号来描述各节段管道腐蚀程度。 泄露检测是在燃气输配管道沿线布置若干检测设备， 持续检测管道周边环境中的燃气含量， 当燃气含量超标时， 判定为管道泄漏故障， 发送报警信号， 并在后续持续采集泄露， 系统矫正路线、 缩小泄漏点分布范围[6]。 而智能巡线是对各区域燃气输配管网的实时运行状态进行全面评估， 用于发现异常问题和上报反馈， 并在综合视窗中以颜色来描述管网状态， 如紫色区域为运行盲区区域、 黄色线内为整体片区范围、 绿色区域为已运行区域。

4 结语

为建设高规格燃气工程， 实现对燃气输配能力、供气安全的完美兼顾。 燃气公司理应提高对燃气输配技术的重视程度， 了解燃气输配工程特点， 全面掌握燃气输配技术在用气量与用气规模预测、 压力级制、 LNG气化调峰与安全供气方面的正确应用方法， 积极落实健全检测机制、 创新燃气输配技术、现场勘察与技术管理、 智能化改造等技术策略， 为燃气输配技术应用奠定坚实基础。