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摘要：文章结合锅炉房天然气管道工程实例，对天然气管道的管径设计进行了具体的计算，并从天然气管道的材料与规格选择、敷设方式的确定、管道补偿措施、管道安装工艺、管道投运前的试验等角度，对天然气管道布置方式的设计进行了较为全面的分析。
关键词：天然气管道系统；设计；管径；管道布置
引言：天然气是锅炉房生产运行的主要燃料，天然气管道系统以合适的压力、适当的温度、一定的天然气流量将天然气输送到锅炉炉膛进行燃烧，确保了整个锅炉的正常生产运行。本文将结合某天然气管道系统工程的现实特点，对天然气输送系统的设计展开具体探讨与论述。
一、系统描述
锅炉房天然气管道系统如图1所示。锅炉房天然气管道系统主要由调压站系统、管道输送系统及锅炉本体燃烧系统三大部分组成。其中，调压站系统与锅炉本体燃烧系统由设备厂家设计，调压站与锅炉房天然气操作台之间的天然气管道输送系统为本工程的设计重点，本文将对此展开具体探讨与论述。
图1天然气管道系统图
二、天然气管道的管径设计
根据甲方提供的数据，锅炉房有6台4T蒸汽锅炉（另预留3台4T蒸汽锅炉），用气量为320Nm3/h.台，合计用气量为2880Nm3/h；设备额定工作压力为30KPa（表压，以下同）。燃气管道水力计算所用参数：T=293K，T0=273K，K=0.1mm，运动粘度ν=12.56×10-6m2/s，燃气密度ρ=0.695kg/Nm3。
（一）调压柜前中压管道管径计算
中压管道的设计压力为0.4MPa，正常工作压力为0.3MPa，最低工作压力为0.2MPa。由于没有中压管网的实际压力，所以调压柜的最低进口压力按0.2MPa计算，中压管道管径采用经济流速进行计算。
1.工况下的计算流量
由公式6.2.1（Z=1）得出：
Q工=Q标× = =1030m3/h
2.选取经济流速
中压管道的经济流速一般为15-20m/s，本计算选取20m/s。
3.计算管道内径
由公式6.2.2-3得出：
D= = =135mm
故调压柜前中压管段管材选用PE管dn160SDR17.6，管道内径141.8mm，材质为PE100。
验算流速： = = =18.13m/s
满足经济流速15-20m/s要求的范围内。
（二）调压柜后中压管道管径计算及流量计选型
调压后中压管道的设计压力为60KPa，正常工作压力为30KPa。压力按30kPa计算，中压管道管径采用经济流速进行计算。
1.单台锅炉工况下的计算流量
由公式6.2.1（Z=1）得出：
Q工=Q标× = =264.2m3/h
2.計算管道内径
单侧管道按最大5台锅炉计算，由公式6.2.2-3得出：
D= = =153mm
故单侧管路选用D219x7无缝管。
根据锅炉燃烧管容单侧按2台同时开启计算：单侧管容量为：264.2x2x0.002=1.1m3。根据管段长度单侧D219x7无缝管40m管容为1.3m3；主管管径满足2台同时开启的管容要求。
3.参照附表计算结果
0～7计算压力损失为1.15KPa， 8～7计算压力损失为1.56KPa，局部阻力系数按约10%，加上流量计及过滤器压力损失，约为500Pa。所以调压柜出口压力应为：30+1.56+0.5=32.06KPa。故调压柜出口压力设置为32KPa，可满足要求。
4.流量计选型
根据计算，最大计算流量为264.2×9=2337.7m3/h
调压后计量，选用涡轮流量计TBQJ-250C（Q=200-4000m3/h）计量，流量范围符合计量要求。
三、天然气管道布置方式的设计与确定
（一）天然气管道的材料与规格选择
锅炉房天然气管道工程调压站出口管道工作的低温度为0摄氏度，设计温度为20摄氏度，调压前管道设计压力为0.4MPa，调压后管道设计压力为60KPa，根据天然气的流量与管道流速要求对管径进行有效的估算之后，再进行校核压降，锅炉房天然气管道公称通经为DN200，天然气管道的材质为20号无缝钢管，符合国家标准《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-2008。
（二）天然气管道敷设方式的确定
锅炉房天然气管道工程针对现实特点，选择了地下布置的方式，将天然气管道敷设在地下，选择了地上布置高支架架空敷设方式以及地址加沿地面敷设方式。在实际工程中，应当根据具体现实条件，天然气管道的管内介质、管径、天然气运输运行维护以及管道施工等因素的技术性、经济指标进行综合考虑和权衡，最终确定的管道敷设方案必须符合《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）规定。
锅炉房天然气管道的敷设施工具有如下特征：①用气点较多，本次设计6台锅炉，预留3台锅炉。②该天然气管道工程施工的地质条件较为复杂，土壤环境为强腐蚀性等级。③锅炉房天然气管道已规划设置了较庞大的厂区综合管架，并且对厂区燃油、蒸汽、疏水、压缩空气管道等进行了集中布置。④锅炉房天然气管道工程厂地规划空间有限，尤其是在相邻两台机组之间。
锅炉房天然气管道工程采用的是地下布置的埋地敷设，在实际施工中，应当注意以下方面的问题：
a.天然气管道在施工中可能会导致地质沉降问题，因此，需要对可能出现不均与怒沉降的地段采取有效的地基处理措施。
b.锅炉房天然气系统工程的管道选择的是地下敷设方式，对埋地管道应当采取有效防腐措施。锅炉房天然气管道工程所在地区的土壤具有强腐蚀性，天然气管道必须要采取有效的除锈处理工艺，管道表面需进行喷砂处理，在管道上涂刷防腐材料。此外，还应当针对该地段土壤的性质、电阻率、含水量、pH值等要素，与阴极保护法相统一。 （三）天然气管道的补偿措施
昼夜温差大、天然气温度或这边环境温度的变化容易导致管道程度随之发生变化，管道发生位移，从而产生较大的应力，更有甚至，会造成管道损坏，因此，需要对天然气管道系统采取补偿措施。
锅炉房天然气系统工程在管道敷设中，充分考虑了自然补偿器补偿管系所产生的位移，该工程中，通过针对管线自然弯曲布置的特点，并以此作为天然气管道的补偿方式。利用GLIF应力分析软件对自然补偿管道布置满足补偿要求进行可靠的核算。
（四）天然气管道安装工艺的确定
锅炉房天然气系统工程的管道安装施工中，应当做到如下几点：
（1）当天然气管道的敷设与其他管道存在交时，管道的垂直净距应当大于0.3米，如果管道的垂直净距小于0.3米，则应当在两管道之间设置坚固的绝缘隔离物加以保护。天然气管道在交叉点两侧各延伸10米以上的管段，必须采用最高绝缘等级的隔离物。
（2）锅炉房天然气系统工程天然气管道坡度在设置中，沿着天然气流动方向时，应大于0.003；逆气流方向时，天然气管道坡度应大于0.005；主管道上的低位防水点与高位放气点支路上应当分别设置两道阀门，阀门的设计压力为60KPa，为确保天然气管道系统的正常运行，以及运行时候的密封性，低位防水点与高位放气点支路上的第一个阀门采用球阀，低位防水点与高位放气点支路上的第二个阀门采用截止阀，放气管、放水管、放散管两道阀门前支管的都应当选择与主管相同的压力等级与材质。
（五）天然气管道投运前的试验分析
在天然气管道投入运行之前，锅炉房天然气系统工程项目组对管道系统进行了强度试验与整体严密性试验。
（1）室外埋地天然气管道强度试验与严密性试验应符合《城镇燃气输配工程施工及验收规范》
（CJJ33-2005）第十二章第三节、第四节的规定。中压A天然气管道强度试验压力应为设计压力的1.5倍（0.6MPa）；中压B天然气管道强度试验压力应为0.4MPa；进行强度试验时，压力应逐渐缓升，首先升至试验压力的50%，应进行初验，如无泄漏、异常，继续升压至试验压力，然后宜稳压1h后，观察压力表不应少于30min，无压力降为合格。试验用压力表应经检验，并在检验有效期内，其量程应为试验压力的1.5-2倍，弹簧压力计精度等级不得低于1.5级。
中压A天然气管道的严密性试验压力为0.46MPa，中压B天然气管道的严密性试验压力为0.1MPa，试压时的升压速度不宜过快，管内压力升至严密性试验压力后，待温度、压力稳定后开始记录，严密性试验稳压的持续时间应为24h，每小时记录不应少于1次，当修正压力降小于133Pa为合格。试验用压力计应在校验有效期内，其量程应为试验压力的1.5-2倍，其精度等级、最小分格值及表盘直径应满足《城镇燃气输配工程施工验收规范》（CJJ33-2005）中的12.4.2的要求。
（2）室内天然气管道强度试验与严密性试验应按《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》（CJJ94-2009）的有关规定执行。试验用压力表应在检验有效期内，其量程应为被测最大压力的1.5-2倍，弹簧压力表精度应为0.4级。天然气管道的强度试验压力为0.1MPa；进行强度试验时，应稳压不小于0.5h，应用发泡剂涂抹所有接头，无渗漏、压力计量装置无压降为合格，或稳压不少于1h，观察压力装置，无压力降为合格；
天然气管道强度试验后应进行严密试验，室内管道严密试验压力为0.1MPa；在试驗压力下，稳压不少于2h，并用发泡剂检查全部连接点，无渗漏、压力计量装置无压力降为合格。
四、结语
本文针对锅炉房天然气系统工程的现实特点，进行了综合的分析与全面的比较，按照该工程天然气管道系统的设计思路，阐述了天然气管道设计、安装以及投运前的试验。本次探讨希望能为同类燃油、燃气机组天然气管道的设计提供一定的参考价值。
参考文献：
[1]鲁德宏，阎海鹏.天然气管道设计安装、安全运行及维护[J].煤气与热力.2001（01）
[2]罗义英，尚毅.天然气管道设计问题刍议[J].河南城建高等专科学校学报.2000（03）
关键词：天然气管道系统；设计；管径；管道布置
引言：天然气是锅炉房生产运行的主要燃料，天然气管道系统以合适的压力、适当的温度、一定的天然气流量将天然气输送到锅炉炉膛进行燃烧，确保了整个锅炉的正常生产运行。本文将结合某天然气管道系统工程的现实特点，对天然气输送系统的设计展开具体探讨与论述。
一、系统描述
锅炉房天然气管道系统如图1所示。锅炉房天然气管道系统主要由调压站系统、管道输送系统及锅炉本体燃烧系统三大部分组成。其中，调压站系统与锅炉本体燃烧系统由设备厂家设计，调压站与锅炉房天然气操作台之间的天然气管道输送系统为本工程的设计重点，本文将对此展开具体探讨与论述。
图1天然气管道系统图
二、天然气管道的管径设计
根据甲方提供的数据，锅炉房有6台4T蒸汽锅炉（另预留3台4T蒸汽锅炉），用气量为320Nm3/h.台，合计用气量为2880Nm3/h；设备额定工作压力为30KPa（表压，以下同）。燃气管道水力计算所用参数：T=293K，T0=273K，K=0.1mm，运动粘度ν=12.56×10-6m2/s，燃气密度ρ=0.695kg/Nm3。
（一）调压柜前中压管道管径计算
中压管道的设计压力为0.4MPa，正常工作压力为0.3MPa，最低工作压力为0.2MPa。由于没有中压管网的实际压力，所以调压柜的最低进口压力按0.2MPa计算，中压管道管径采用经济流速进行计算。
1.工况下的计算流量
由公式6.2.1（Z=1）得出：
Q工=Q标× = =1030m3/h
2.选取经济流速
中压管道的经济流速一般为15-20m/s，本计算选取20m/s。
3.计算管道内径
由公式6.2.2-3得出：
D= = =135mm
故调压柜前中压管段管材选用PE管dn160SDR17.6，管道内径141.8mm，材质为PE100。
验算流速： = = =18.13m/s
满足经济流速15-20m/s要求的范围内。
（二）调压柜后中压管道管径计算及流量计选型
调压后中压管道的设计压力为60KPa，正常工作压力为30KPa。压力按30kPa计算，中压管道管径采用经济流速进行计算。
1.单台锅炉工况下的计算流量
由公式6.2.1（Z=1）得出：
Q工=Q标× = =264.2m3/h
2.計算管道内径
单侧管道按最大5台锅炉计算，由公式6.2.2-3得出：
D= = =153mm
故单侧管路选用D219x7无缝管。
根据锅炉燃烧管容单侧按2台同时开启计算：单侧管容量为：264.2x2x0.002=1.1m3。根据管段长度单侧D219x7无缝管40m管容为1.3m3；主管管径满足2台同时开启的管容要求。
3.参照附表计算结果
0～7计算压力损失为1.15KPa， 8～7计算压力损失为1.56KPa，局部阻力系数按约10%，加上流量计及过滤器压力损失，约为500Pa。所以调压柜出口压力应为：30+1.56+0.5=32.06KPa。故调压柜出口压力设置为32KPa，可满足要求。
4.流量计选型
根据计算，最大计算流量为264.2×9=2337.7m3/h
调压后计量，选用涡轮流量计TBQJ-250C（Q=200-4000m3/h）计量，流量范围符合计量要求。
三、天然气管道布置方式的设计与确定
（一）天然气管道的材料与规格选择
锅炉房天然气管道工程调压站出口管道工作的低温度为0摄氏度，设计温度为20摄氏度，调压前管道设计压力为0.4MPa，调压后管道设计压力为60KPa，根据天然气的流量与管道流速要求对管径进行有效的估算之后，再进行校核压降，锅炉房天然气管道公称通经为DN200，天然气管道的材质为20号无缝钢管，符合国家标准《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-2008。
（二）天然气管道敷设方式的确定
锅炉房天然气管道工程针对现实特点，选择了地下布置的方式，将天然气管道敷设在地下，选择了地上布置高支架架空敷设方式以及地址加沿地面敷设方式。在实际工程中，应当根据具体现实条件，天然气管道的管内介质、管径、天然气运输运行维护以及管道施工等因素的技术性、经济指标进行综合考虑和权衡，最终确定的管道敷设方案必须符合《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）规定。
锅炉房天然气管道的敷设施工具有如下特征：①用气点较多，本次设计6台锅炉，预留3台锅炉。②该天然气管道工程施工的地质条件较为复杂，土壤环境为强腐蚀性等级。③锅炉房天然气管道已规划设置了较庞大的厂区综合管架，并且对厂区燃油、蒸汽、疏水、压缩空气管道等进行了集中布置。④锅炉房天然气管道工程厂地规划空间有限，尤其是在相邻两台机组之间。
锅炉房天然气管道工程采用的是地下布置的埋地敷设，在实际施工中，应当注意以下方面的问题：
a.天然气管道在施工中可能会导致地质沉降问题，因此，需要对可能出现不均与怒沉降的地段采取有效的地基处理措施。
b.锅炉房天然气系统工程的管道选择的是地下敷设方式，对埋地管道应当采取有效防腐措施。锅炉房天然气管道工程所在地区的土壤具有强腐蚀性，天然气管道必须要采取有效的除锈处理工艺，管道表面需进行喷砂处理，在管道上涂刷防腐材料。此外，还应当针对该地段土壤的性质、电阻率、含水量、pH值等要素，与阴极保护法相统一。 （三）天然气管道的补偿措施
昼夜温差大、天然气温度或这边环境温度的变化容易导致管道程度随之发生变化，管道发生位移，从而产生较大的应力，更有甚至，会造成管道损坏，因此，需要对天然气管道系统采取补偿措施。
锅炉房天然气系统工程在管道敷设中，充分考虑了自然补偿器补偿管系所产生的位移，该工程中，通过针对管线自然弯曲布置的特点，并以此作为天然气管道的补偿方式。利用GLIF应力分析软件对自然补偿管道布置满足补偿要求进行可靠的核算。
（四）天然气管道安装工艺的确定
锅炉房天然气系统工程的管道安装施工中，应当做到如下几点：
（1）当天然气管道的敷设与其他管道存在交时，管道的垂直净距应当大于0.3米，如果管道的垂直净距小于0.3米，则应当在两管道之间设置坚固的绝缘隔离物加以保护。天然气管道在交叉点两侧各延伸10米以上的管段，必须采用最高绝缘等级的隔离物。
（2）锅炉房天然气系统工程天然气管道坡度在设置中，沿着天然气流动方向时，应大于0.003；逆气流方向时，天然气管道坡度应大于0.005；主管道上的低位防水点与高位放气点支路上应当分别设置两道阀门，阀门的设计压力为60KPa，为确保天然气管道系统的正常运行，以及运行时候的密封性，低位防水点与高位放气点支路上的第一个阀门采用球阀，低位防水点与高位放气点支路上的第二个阀门采用截止阀，放气管、放水管、放散管两道阀门前支管的都应当选择与主管相同的压力等级与材质。
（五）天然气管道投运前的试验分析
在天然气管道投入运行之前，锅炉房天然气系统工程项目组对管道系统进行了强度试验与整体严密性试验。
（1）室外埋地天然气管道强度试验与严密性试验应符合《城镇燃气输配工程施工及验收规范》
（CJJ33-2005）第十二章第三节、第四节的规定。中压A天然气管道强度试验压力应为设计压力的1.5倍（0.6MPa）；中压B天然气管道强度试验压力应为0.4MPa；进行强度试验时，压力应逐渐缓升，首先升至试验压力的50%，应进行初验，如无泄漏、异常，继续升压至试验压力，然后宜稳压1h后，观察压力表不应少于30min，无压力降为合格。试验用压力表应经检验，并在检验有效期内，其量程应为试验压力的1.5-2倍，弹簧压力计精度等级不得低于1.5级。
中压A天然气管道的严密性试验压力为0.46MPa，中压B天然气管道的严密性试验压力为0.1MPa，试压时的升压速度不宜过快，管内压力升至严密性试验压力后，待温度、压力稳定后开始记录，严密性试验稳压的持续时间应为24h，每小时记录不应少于1次，当修正压力降小于133Pa为合格。试验用压力计应在校验有效期内，其量程应为试验压力的1.5-2倍，其精度等级、最小分格值及表盘直径应满足《城镇燃气输配工程施工验收规范》（CJJ33-2005）中的12.4.2的要求。
（2）室内天然气管道强度试验与严密性试验应按《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》（CJJ94-2009）的有关规定执行。试验用压力表应在检验有效期内，其量程应为被测最大压力的1.5-2倍，弹簧压力表精度应为0.4级。天然气管道的强度试验压力为0.1MPa；进行强度试验时，应稳压不小于0.5h，应用发泡剂涂抹所有接头，无渗漏、压力计量装置无压降为合格，或稳压不少于1h，观察压力装置，无压力降为合格；
天然气管道强度试验后应进行严密试验，室内管道严密试验压力为0.1MPa；在试驗压力下，稳压不少于2h，并用发泡剂检查全部连接点，无渗漏、压力计量装置无压力降为合格。
四、结语
本文针对锅炉房天然气系统工程的现实特点，进行了综合的分析与全面的比较，按照该工程天然气管道系统的设计思路，阐述了天然气管道设计、安装以及投运前的试验。本次探讨希望能为同类燃油、燃气机组天然气管道的设计提供一定的参考价值。
参考文献：
[1]鲁德宏，阎海鹏.天然气管道设计安装、安全运行及维护[J].煤气与热力.2001（01）
[2]罗义英，尚毅.天然气管道设计问题刍议[J].河南城建高等专科学校学报.2000（03）