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1、压力管道设计审批人员培训教材第四章 公用管道中国市政工程华北设计研究总院 江孝禔,前言,一、公用管道定义：城市或乡镇范围内输送最高工作压力大于或者等于0.1Mpa(表压）公称直径大于25mm的城镇燃气管道及温度大于或者等于100的水及蒸汽的市政热力管道。二、公用行业与公用管道公用行业：气源，热源；输配系统，应用。城镇燃气行业包括：长输管道GA，公用管道GB1，工业管道GC。城镇供热行业包括：公用管道GB2，工业管道GC，动力管道GD。公用管道：是行业中输配系统的市政部分的压力管道。GB1城镇燃气管道。GB2城镇热力管道。,5/27/2023,2,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,三、课程内
2、容：根据培训教材要求，课程内容安排按如下原则：1、以GB1与GB2内容为主。2、介绍公用行业与管网输配系统。3、重点以保证输配管网安全为重点。4、GB1危险性比GB2大，内容安排上GB1比GB2多。*由于我国将压力管道进行了GA、GB、GC、GD的分类，其管理模式也按此进行，这与美国、欧洲的管理模式不同。它们是以各种管道系统作为管理模式，与公用管道关系密切的如油气管道系统。,5/27/2023,3,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第一部分 城镇燃气管道第一节城镇燃气输配介质,一、城镇燃气气源种类（1）天然气：从气井开采出来的气田气或称纯气田天然气；伴随石油一起开采出来的石油伴生气；含石油
3、轻质馏分的凝析气田气；开采煤矿时从井下煤层抽出的煤矿矿井气；煤成气。（2）人工燃气：1）固体燃料干馏煤气；2）固体燃料气化煤气；3）油制气；4）高炉煤气。,5/27/2023,4,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,（3）液化石油气：天然气中分离出来C3、C4的烃类，石油加工过程中获得。（4）工业余气：石油化工、化肥等工业生产时排除大量可燃气体。（5）掺混气：不同类别的燃气或燃气与空气按照城镇燃气质量要求混合配制供城镇作为气源。（6）沼气：含有蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等有机物、在缺氧情况下借助厌氧菌的作用，使之发酵分解生成可燃气体。,5/27/2023,5,压力管道设计审批人员培训教材 J
4、XT,二、城镇燃气组成1、城镇燃气中可燃成分 城镇燃气中常见的可燃气体有低级烃类与非烃类两个系列，低级烃类包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷，非烃类包括氢、一氧化碳。2、城镇燃气中有毒成分 天然气中主要是硫化物，特别是以硫化氢形态存在，属高度危害介质。人工燃气中含有一氧化碳、硫化氢，氨、萘、焦油。液化石油气中主要是硫化物。重碳氢化合物对人体也是有害的。,5/27/2023,6,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,三、对城镇燃气质量要求1、主要质量要求：1）热值：要求低热值3500kcal/Nm3（14.65MJ/Nm3）2）波动范围：华白数及燃烧势 3）有毒有害物质的限量2、加
5、臭 1）加臭标准 无毒燃气漏入空气达爆炸极限下限20%时能觉查。有毒燃气漏入空气达到人体允许有害浓度时能觉查。当有毒成分是CO时，空气中CO含量达0.02%（体积分数）时，应能觉查。2）加臭剂要求,5/27/2023,7,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第二节城镇燃气输配系统,一、城镇燃气管网的分类及其选择（一）燃气管道的分类1、根据用途分类（1）长输管道（2）城镇燃气管道 1）输气管道 2）分配管道 3）用户引入管 4）室内燃气管道（3）工业企业燃气管道 1）工厂引入管和厂区燃气管道 2）车间燃气管道 3）炉前燃气管道,5/27/2023,8,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2、
6、根据敷设方式分类（1）地下燃气管道（2）架空燃气管道3、根据压力分类4、高压燃气管道地区等级划分（1）一级地区：（2）二级地区：（3）三级地区：（4）四级地区：（二）城镇燃气管网系统及其选择1、城镇燃气输配系统构成（1）低压、中压、次高压以及高压等不同压力的燃气管网；（2）门站、储配站；,5/27/2023,9,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,（3）分配站、压送站、调压计量站、区域调压站；（4）监控系统与电子计算机中心。2、城镇燃气管网系统（1）一级系统（2）两级系统（3）三级系统（4）多级系统3、城镇燃气管网采用不同压力级制的必要性4、城镇燃气输配管网系统的选择（三）城镇燃气管网系统举
7、例,5/27/2023,10,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,11,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,二、城镇燃气管道的布线1、城镇燃气管道的布线原则（1）城镇燃气管道的布线依据（2）城镇燃气管道的平面布置（3）城镇燃气管道纵断面布置2、城镇燃气障碍物的穿越（1）穿越铁路、高速公路、电车轨道、城镇主干道 1）穿越铁路和高速公路的燃气管道，其外应加套管；2）穿越铁路的燃气管道的套管。,5/27/2023,12,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,13,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,14,压力管道设计审批人员培训教材
8、JXT,5/27/2023,15,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,3）燃气管道穿越电车轨道和城镇主要干道时宜敷设在套管或地沟内。4）燃气管道宜垂直穿越铁路、高速公路、电车轨道和城镇主要干道。（2）穿跨越河流 利用道路桥梁跨越河流，应符合要求。（3）穿越河底要求（4）室外架空燃气管道要求,5/27/2023,16,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,三、燃气管道及其附属设备（一）管材及连接方式1、管材（1）钢管 1）无缝钢管 2）焊接钢管（2）铸铁管（3）塑料管（4）钢骨架聚乙烯塑料复合管。（5）其他管材,5/27/2023,17,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2、连接方式 钢管
9、的连接：以焊接为主，还有法兰连接和螺纹连接。铸铁管的连接：分刚性连接和柔性连接两种。塑料管的连接：塑料管普遍采用粘接和焊接。3、城镇燃气管道采用的材质（1）中低压燃气管道材质 中压和低压燃气管道宜采用聚乙烯管、机械接口球墨铸铁管、钢管或钢骨架聚乙烯塑料复合管。（2）次高压、高压燃气管道材质（二）附属设备1、阀门,5/27/2023,18,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,19,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,20,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,21,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,22,压力
10、管道设计审批人员培训教材 JXT,2、补偿器,5/27/2023,23,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,3、凝水缸,5/27/2023,24,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,4、放散管5、阀门井,5/27/2023,25,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,四、燃气管道防腐（一）腐蚀机理1、腐蚀定义：材料与周围环境反应而引起材料破坏或变质，称为腐蚀。所有物质都具有腐蚀特征。2、管道（固态物质）分为金属与非金属两类。按固体材料中原子聚集状态又分为晶体与非晶体。3、金属为晶体，金属原子由金属键连接，具有很强的结合力，排列紧密，故其腐蚀破坏在表面产生4、非金属多以离子键和共价键为主要结
11、合键，以聚乙烯为例，,5/27/2023,26,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,聚乙烯分子的晶态结构 聚乙烯的片晶示意连结相对松散，故腐蚀多在内部发生，如溶解、溶胀及紫外线导致聚合物老化。,5/27/2023,27,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5、埋地金属管道腐蚀（1）腐蚀分类 1）内壁腐蚀 2）外壁腐蚀除全面性的化学腐蚀而外，一般还有如下三类腐蚀：电化学腐蚀杂散电流对钢管的腐蚀细菌作用引起的腐蚀,5/27/2023,28,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,（2）电化学腐蚀机理1）锌铜原电池,5/27/2023,29,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,锌铜原电池,2）腐
12、蚀原电池微电池钢管在受冷弯的部位被腐蚀1-阴极区；2-阳极区,5/27/2023,30,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,宏电池 管道下部腐蚀穿孔 管道通过砂土、碎石层（I）和K-阴极区；A-阳极区 粘土段（II）交接处的腐蚀,5/27/2023,31,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,6、腐蚀原电池形成条件和作用过程（1）、形成条件1）有电解质溶液与金属相接触；2）金属的不同部位或两种金属间存在电极电位差；3）两极之间互相连通。（2）过程1）阳极过程：金属溶解，以离子形态转入溶液，电子留在金属上Fe Fe2+2e2）电子转移：在电路中电子由阳极流至阴极3）阴极过程：阳极流入溶液中被氧
13、化剂接受，本身被还原2H+2e H2,5/27/2023,32,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,（二）、管道防腐方法根据腐蚀形成条件与过程，使其“条件”与“过程”不能产生，则腐蚀可得以控制与防止。具体方法有：1、埋地管道防腐（1）防腐涂层1）防腐层等级2）防腐层种类（2）电保护法1）外加电源2）牺牲阳极3）排流法2、架空管道防腐,5/27/2023,33,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,3、PE管道防腐（1）避光、埋地（2）保证环境温度、并进行温度修正。,5/27/2023,34,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第三节燃气管道的计算,5/27/2023,35,压力管道设计审批
14、人员培训教材 JXT,元流能量方程的推证,5/27/2023,36,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,37,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,38,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,39,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,40,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,层流底层与管壁粗糙的作用,5/27/2023,41,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,42,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,43,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,4）补强计算5）稳定
15、校核6）地震计算,5/27/2023,44,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第四节城镇燃气站场,一、门站、储配站工艺流程1、门站、储配站功能2、门站、储配站工艺流程（1）储配站低压储存工艺流程（2）储配站高压储存工艺流程二、总图布置1、总平面布置要求,5/27/2023,45,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2、罐区布置（1）罐区布置位置（2）罐区或罐与站内建、构筑物间距（3）罐区或罐之间防火间距（4）高压储罐站区集中放散与站内外安全间距 3、压缩机间布置（1）压缩机间工艺要求（2）压缩机间平面布置（3）加压机房布置,5/27/2023,46,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,
16、三、储罐1、高压储罐2、低压储罐3、其他储气方式,5/27/2023,47,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,48,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,49,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,50,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第五节调压装置,一、城镇燃气调压装置的功能与调节过程1、调压装置功能2、调节过程3、调压器二、调压装置的分类1、按在燃气系统中位置与作用分（1）站场调压装置（2）网路调压装置1）网路连接调压装置2）区域调压装置（3）专用调压装置（4）用户调压装置,5/27/2023,51,压力管道设计审批人员
17、培训教材 JXT,5/27/2023,52,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2、按调压装置围护结构分（1）露天调压装置（2）调压站（3）调压柜（4）调压箱3、按压力调节范围分（1）高高调压装置（2）高中调压装置（3）高低调压装置（4）中中调压装置（5）中低调压装置（6）低低调压装置4、按建筑形式分（1）地上调压装置（2）地下调压装置三、调压装置附属设备1、附属设备种类2、安全装置,5/27/2023,53,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,54,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,55,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023
18、,56,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,57,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,58,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,（1）安全装置类别（2）安全阀启动放散压力四、调压装置工艺流程与布置1、各类工艺流程差别2、布置（1）调压装置外部布置（2）调压装置内部布置,5/27/2023,59,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第六节施工与验收,一、钢管铺管检验要求1、城镇燃气钢管焊接焊缝质量要求2、防腐绝缘层检验3、铺管质量要求二、管道强度试验与气密性试验（一）强度试验1、试验介质及试验压力2、试验前的准备工作3、试验步骤4、强度试验合格标准
19、,5/27/2023,60,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,（二）气密性试验1、试验介质与试验压力2、试验方法及要求3、气密性试验合格标准（1）气密性试验的允许压力降（2）气密性试验的实际压力降（3）气密性试验合格标准三、管道封闭四、调压站试验验收（一）试验准备（二）吹扫（三）强度试验（四）气密性试验,5/27/2023,61,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第七节液化石油气供应,一、液化石油气供应系统,5/27/2023,62,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,二、液化石油气管道输送的压力分级及设计压力1、液态液化石油气管道设计压力2、液态液化石油气管道设计压力分级三、液态液
20、化石油气管道流速确定四、液态液化石油气管道强度计算五、液态液化石油气管道敷设,5/27/2023,63,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,六、液化石油气压缩机进出口附件设置七、液化石油气供应基地储存站、储配站、灌瓶站八、气化站九、混气站,5/27/2023,64,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第八节压缩天然气供应,一、压缩天然气供应系统 1、压缩天然气的生产、运输和利用系统,5/27/2023,65,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2、城镇压缩天然气供应系统城镇压缩天然气供应系统由压缩天然气加气总站、压缩天然气储配站和压缩天然气瓶组供气站三部分组成：（1）压缩天然气加气总站的
21、功能是：由天然气输配管道、储配站或气田的集气处理站等引入天然气，经净化、计量、压缩并向气瓶车或气瓶组充装压缩天然气，同时也可兼有向天然气汽车加气的功能；（2）压缩天然气储配站的功能是：运至本站的气瓶车或气瓶组，经卸气、加热、调压、储存、计量和加臭，通过城市天然气管道或工业用户供气管道向城镇各类用户供应天然气；（3）运至本站的压缩天然气气瓶组，经卸气、加热、调压、加臭，通过管道向城市居民小区用户、商业用户和小工业用户供应天然气。,5/27/2023,66,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,二、压缩天然气站场工艺流程1、压缩天然气加气总站工艺流程,5/27/2023,67,压力管道设计审批人员
22、培训教材 JXT,2、压缩天然气储配站工艺流程,5/27/2023,68,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第九节液化天然气供应,一、液化天然气特性及供应系统 1、液化天然气的主要特性（1）液化天然气主要成分是甲烷，其在常压下的沸点为-162，密度约为424kg/m3；（2）液化天然气由液体转为气体时，体积大约扩大625倍左右；（3）由于液化天然气温度很低，必须对其储存，运输设备（如：储罐，槽车）和管道设置良好的隔热措施。但隔热效果即使很好，也总会在储罐、槽车等储运设备中产生一定数量的气体，因此对储罐、槽车充装时，必须留有足够的气相空间；,5/27/2023,69,压力管道设计审批人员培训
23、教材 JXT,（4）液化天然气泄漏后，极易气化，并大量吸收周围空气的热量，使空气中水分在低温下形成水蒸气，而产生白色蒸气云雾；（5）液化天然气泄漏后产生气化，并与空气混合形成可燃和爆炸气体，遇到明火可产生火灾和爆炸事故；（6）天然气在-107时的密度大致与空气密度相等，当温度高于-107后，则比空气轻而易扩散；在产生大量泄漏的条件下，由于液化天然气温度很低，则会对设备、设施和操作人员造成危害。,5/27/2023,70,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2、城镇的液化天然气供应系统（1）液化天然气气化站；（2）液化天然气瓶组气化站。二、城镇天然气气化站简明工艺流程,LNG槽车,空温气化器,
24、LNG储罐,BOG储罐,水浴气化器,调压计量、加臭,BOG,用户,5/27/2023,71,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第十节燃气汽车加气站,5/27/2023,72,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第二部分 热力管道第一节集中供热系统,集中供热系统是指一个热源或多个热源通过供热管网向多个热用户供应热能的系统，它主要由热源、热网和用户组成。集中供热有如下几种：一、根据热源分类 1、热电厂供热系统 2、区域锅炉房供热系统 3、地热供热系统,5/27/2023,73,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,二、按热媒分类1、蒸汽供热系统（1）全部为生产负荷供热系统（2）生产、采暖负荷
25、兼有，且生产负荷量较大，采暖负荷量小，采暖期较短的供热系统。2、热水供热系统（1）闭式：需设换热器，2%补充水量。（2）开式：作为热媒的循环水部分或全部用与热用户中，不回收，优点是不设换热器，简单，但补充水量大。3、根据供热管网分 单管制；双管制；多管制。,5/27/2023,74,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,75,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,76,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第二节热负荷,一、热负荷分类及计算1、生产热负荷2、采暖热负荷3、通风热负荷4、空调热负荷5、生活热热水负荷二、年耗热量,5/27/2023,77,压
26、力管道设计审批人员培训教材 JXT,第三节供热管网,一、管网形式1、枝状管网2、环形管网3、多管制管网二、管网布置与敷设方式1、管网布置原则 2、管道敷设方式（1）地上敷设（2）地下敷设,5/27/2023,78,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第四节、管材、管道连接及附件一、管材城市热力网管道应采用无缝钢管、电弧焊或高频焊焊接钢管。二、管道连接三、管道附件,5/27/2023,79,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,1、阀门 热力网管道干线、支干线、支线的起点应安装关断阀门，热水热力网干线应装设分段阀门。热力管网一般采用双偏心硬密封蝶阀。分段阀门的间距宜为：输送干线20003000
27、m；输配干线10001500m。蒸汽热力网可不安装分段阀门。多热源供热系统热源间的连通干线、环状管网环线的分段阀应采用双向密封阀门。工作压力1.6MPa且公称直径500mm的管道上的闸阀应安装旁通阀。旁通阀的直径可按阀门直径的十分之一选用。公称直径500mm的阀门，宜采用电动驱动装置。由监控系统远程操作的阀门，其旁通阀亦应采用电动驱动装置。,5/27/2023,80,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2、放气、放水装置热水、凝结水管道的高点应安装放气装置，低点（包括分段阀门划分的每个管段的低点）应安装放水装置。疏水阀的作用是自动排出蒸汽管路、供热设备及汽水分离器中不断产生的凝结水，同时又阻
28、止蒸汽逸出，常用的疏水阀有脉冲式疏水阀、热动力式疏水阀等.,5/27/2023,81,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,82,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,3、检查室地下敷设管道安装阀门、放水和除污装置等设备附件时，应设检查室。四、保温与防腐涂层1、保温材料选用原则2、保温结构 1）保温层 2）保护层3、保温计算 1）计算参数 2）保温计算 4、防腐涂层,5/27/2023,83,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第五节热力管道位移及补偿方式,一、热位移1、直管段 2、“L”型管段3、“Z”型管段 4、立体“Z”型管段 二、热补偿方式三、补偿器类型1、方型补
29、偿器2、波纹补偿器3、套筒补偿器4、球形补偿器在进行热补偿设计时，应注意以下几点：,5/27/2023,84,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,85,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第六节管道应力计算和作用力计算,一、管道计算参数二、许用应力取值、管壁厚度计算、补偿值计算及 应力验算 三、管道作用力计算及合成1、管道作用力计算 2、管道作用力合成四、管道支吊架1、支吊架类型 1）支架（1）固定支架（2）活动支架,5/27/2023,86,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,87,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,88,
30、压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2）吊架（1）刚性吊架（2）弹簧吊架2、支吊架间距 1）活动支架 2）固定支架 3、支吊架荷重 1）支吊架受力分析 2）荷重分类 3）荷重计算 4）固定支架推力计算（1）架空和沟槽敷设（2）直埋敷设,5/27/2023,89,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第七节热力管道敷设,1、架空敷设2、沟槽敷设3、埋地敷设,5/27/2023,90,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,第八节中继泵站与热力站,一、中继泵站二、热力站 1、热力站作用 2、热力站类型 3、热力站位置及规模4、水水热力站 1）主要设备选择（1）循环水泵（2）补水装置（3）水处理设备（4）换热器,5/27/2023,91,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,2）热力站布置 3）热力站自动控制5、汽水热力站 1、热力站设备选型与布置 2、热力站自动控制,5/27/2023,92,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,93,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,5/27/2023,94,压力管道设计审批人员培训教材 JXT,
