城市燃气管网规划设计分析

邓绍聪

摘要：随着城市化建设规模的持续扩大，城市内部对于燃气管网的需求量也在不断上升。由于管网结构复杂，必须确保前期规划设计的合理性，以此降低工程造价避免影响城市居民生活。此次研究主要是探讨分析城市燃气管网的规划与设计，通过动态规划法和神经网络发到多种现代化规划设计方法建立数学模型，以此优化城市燃气管网布局，应用价值比较高。

关键词：城市燃气管网；规划设计；模型建立

1、城市燃气管网规划的基本构成

当前城市建设规划期间所应用的管网系统，包括一级，二级，三级和混合型管网。一级管网只具备一个压力等级，因此安全性比较低。二级管网中存在两个压力等级，包括中压管网和高压管网，二级管网主要应用到大型城市规划建设当中，通过中压管网或者次高压管网进行输气，在调节压力之后，能够将燃气直接传输到用户管道当中，此种管网系统的安全性和经济性比较高，具备较强的适应能力。由于不同用户和区域需要的燃气压力差异比较大，因此在规划建设城市燃气管网时必须考虑到经济性和安全性指标，燃气管道需要采用不同的压力等级。

2、城市燃气管网规划设计方法

在规划设计城市燃气管网是必须考虑到城市规划建设，地下工程，建筑特点以及气源等问题，并且结合城市建设规划目标，合理计算管网布局和参数信息，以此确保建设方案的最佳性，从根本上提升城市燃气管网建设的经济性和合理性，避免管网建设影响城市居民的日常生活。不管对于哪种发展级别的城市，在规划和设计城市燃气管网时，必须全面提升施工质量安全，以此确保后期请求维护的便利性。

2.1基本方法

在规划和设计城市燃气管网时，可以采用综合优化法，神经网络法以及动态规划法。其中动态规划法能够优化管网各节点压力，以此获得最佳压力值，确保管网原件和布局的合理性，然而此种方法需要明确调压站位置、管径以及管段长度，无法推广应用到大型网络系统中。神经网络法主要是通过能量函数明确神经元连接权，按照网络状态变化确保平衡性，此种方法具备自适应性和高容错性优势，能够推广应用到管网规模设计中。基于以上方面，本次研究主要是通过神经网络法和动态规划法建立数学模型。

2.2管网布线标准

对于城市燃气管网来说，高压管网和中压管网的作用在于输气，因此危险性比较大，在布线时应当注重运行安全性问题。在布设高中压官管网时，必须确保铺设距离的安全性，并且考虑到后期检修维护的便利性。由于低压管网是燃气管网中的基本管网，在铺设时应当注重网路密度问题。对于管网纵断面来说，需要埋设在土壤冰冻线之下，按照规划设计要求确定覆土深度。在埋设低压管网时，应当与电力管，热力管和给水管设置在同一地宫内，并且做好防护处理。在规划设计储备站时，应当将城市布局规划纳入到规划考虑范围内，满足输气干线大走向要求，并且在负荷集中地带进行规划建设。在布设调压计量站时，必须满足城市规划要求，以免影响周边地区功能。

3、建立数学计算模型

3.1计算供需平衡

在规划设计管网时，应当考虑到燃气供需平衡问题，通过城市用气量和工况确保平衡性。排除不满足燃气设备安装条件的管网，以免城市气化率无法达到100%。在分析供需平衡时，应当进一步研究城市现有用气量和增加的用气量。城市燃气用量主要包括公共建筑，居民生活以及工业生产等用气量，在计算气量时应当按照“城市年燃气用量=居民生活年用气量+工业生产年用气量+公共建筑年用气量+建筑采暖年用气量+其他用气量”公式计算。随着时间和季节的变化，城市燃气工况也会相应变化，且城市燃气需用工况与总用气量比重有关。在计算燃气需用工况时，必须深入分析和计算不同周期的用气工况问题，以此掌握气量峰值变化规律。尽管城市燃气需用工况存在不均匀问题，然而气源供应量却比较均匀，因此必须确保气源供应量和燃气需用工况之间的平衡性，确保不同用户都具备正常燃气压力和流量。然而在实际情况下，则应当通过机动气源平衡用户缓冲以及储气平衡等方式实现二者之间的平衡。

3.2计算管网压力降

管网压力将包括中压管网压力降、高压管网压力降和低压管网允许压力降。对于不同区域调度站的低压供气系统来说，当调压站和末端用户之间的距离不相等时，则会加大压力差，因此需要确保末端用户热负荷能力和燃烧效率，按照末端用户允许值范围内明确低压管网压力降。

对于中压管网和高压管网的压力将问题来说，在明确建设规模时必须考虑到前期建设投资和后期运行维护成本，还应当综合分析城市发展能力、规划布局以及运行能力等因素。通过调压器和低压管网连接，可以使中压管网和高压管网的压力波动影响低压用户燃气压力。此时应当保证中压管网和高压管网末端压力最小值，以此确保高峰用气量。

3.3计算管段流量

由于管道不同管段和用户连接存在差异性，可以按照管段沿途不输气燃气管段连接方式，管段与用户连接方式进行连接。对于沿途不输出燃气用户连接方式来说，管段燃气流量和传输流量都为常数，管段与用户连接方式来说，在传输过程中会将管段燃气全部输送给用户，管段中燃气流量和途泄流量数值一样。对于第三种连接方式来说，管断燃气不仅包括传输流量，还包括途泻流量。由传输流量和途泻流量共同组成管段燃气流量。

4、城市燃气管网规划设计应用实例分析

4.1案例概述

某城区规划面积为56平方公里，城市建成面积达到22.8平方公里，总人口数在23万左右。该地区长时间以液化石油气煤炭和电能源，煤炭和电能源为主，为了改善城市居民生活质量全面提升城市生态环境质量和综合实力，市政部门拟计划采用天然气能源，建设天然气中压管网，撬装站和配套设施供应能力为日均15万nm3，发展10万户天然气用户。

4.2确定基本参数

按照城市居民用气定额2000MJ为标准户均人口3.68人，公共建筑用户占气量在30%左右。该城市地区用气量在2628万nm3。按照每个月高峰系数1.2，每日高峰系数1.14，每小时高峰系数2.8进行计算，该市区日高峰用气量在12.37万nm3。在对地区城市未来发展和不可预见量进行分析之后，该城市燃气管网规划供气规模为15万nm3。

4.3管网布置

按照中压管网压力限制，在设置中压管网时应当在大用气量企业附近进行铺设，减少管网的跨越工程布设方式，以此确保供气合理性和安全性。通过枝状管网布设方式，能够确保城市发展与新设管网的同步。在选择管网管材时必须充分考虑到地区特点，可以将聚乙烯管作为低压管网管材，在连接管材时需要采用电容连接和热熔连接组合方式。市政部门还应当建立物理模型，将供给范围细化为不同区块，优化管网路径和节点，因此确保供气可靠与安全，从根本上减少管网建设成本。

5、结束语

由于城市燃气管网的投资量比较大，在实际建设期间会影响多个方面。由于该类工程属于地下工程，因此扩建和改建难度比较大。在建设城市燃气管网过程中，必须注重规划设计的合理性，以此提升工程建设经济性和布局合理性。本文主要是从参数优化和布局优化等方面，分析城市燃气管网的规划设计，希望能够对相关人员起到参考性价值。

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