1、城市燃气用高压三通设计与煤气热力管道施工质量控制摘要：本文首先探讨了城镇燃气用高压三通的设计计算方法，针对设计影响因素进行分析。同时提出作为当今城市的一项重要的基础设施-城市煤气热力管道，针对当下我国城市煤气热力管道施工过程中质量控制与管理方面存在的若干问题进行详实地分析；针对这些问题提出加强城市煤气热力管道的施工过程中的质量控制与管理的对策。 关键词：高压三通 城镇燃气设计煤气热力管道质量控制 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 一、城市燃气用高压三通设计 近年来由于三通破坏造成的燃气泄漏爆炸事故高居首位。因此，高压三通设计是城镇高压燃气管道设计的重要组成部分，是保证城镇燃气管
2、道安全运行的重要环节。在此，笔者以城镇燃气用高压三通为研究对象，对高压三通设计计算及其影响因素进行分析。 1. 高压三通的设计计算 设计计算方法：目前常用的高压三通设计计算方法有等面积计算法、压力削弱系数法及设计验证试验法。等面积计算法、压力削弱系数法属设计计算方法。设计验证试验法是基于试验数据确定管件壁厚的方法，采用强度爆破试验的方法来实现，国外以该方法为主。基于国内管件厂的实际情况，不可能大规模进行验证试验，更多情况是通过管道元件的压力设计来保证安全性；因此，设计计算的重要性不言而喻。 等面积计算法以大平板开孔理论为基础，比较元件在补强区域内，主、支管所需设计壁厚外的多余厚度形成的面积以及
3、加强部件(焊缝、加强筋等)的面积之和，与主管开孔面积的差值，若剩余壁厚的面积与加强部件面积之和大于主管开孔面积，则视为强度合格，否则强度不合格即：A1 + A2 + A3AR 式中 A1-有效补强区内，主管承受内压所需设计壁厚外的多余厚度形成的面积，m2 ；A2-有效补强区内，支管承受内压所需设计壁厚外的多余厚度形成的面积，m2 ；A3 -有效补强区内，加强部件的面积，m2； AR-主管开孔削弱所需要补强的面积，m2。 压力削弱系数法是以塑性失效理论为基础，采用压力削弱系数法计算壁厚的三通，其主管长度一般取为 35 倍主管外径，但不宜小于 2 倍支管外径，支管端部至主管下部外壁的高度一般取 1
4、7 倍主管外径。对比这 3 种计算方法，等面积计算法计算结果相对保守，国家和行业标准倾向于使用等面积计算法。因此，对于高压三通的计算以等面积计算法为首选方法。 开孔补强方法：常用的高压三通开孔补强方法有补强圈补强、厚壁接管补强及整体补强 3 种。采用补强圈补强方法进行补强时，需要满足 JB / T 47362002补强圈的规定;厚壁接管补强方法一般应用于主管管径比支管管径大 3 倍的情况;整体补强方法主要在工况十分恶劣的条件下应用，一般采用拔制工艺加工生产。 2.影响因素分析。依据等面积计算法进行计算，依次分析设计规范、材料、腐蚀裕量等因素对高压三通设计计算的影响。 设计规范 GB500282
5、006城镇燃气设计规范规定，城镇燃气用高压三通的设计计算参照 GB50251输气管道工程设计规范(以下简称“输规”)。SY/T0518油气管道钢制对焊管件设计规程(以下简称“油规”)中也有相关规定，但两者存在差别，主要体现在主管补强面积A1 的计算上，计算公式分别为：A1= dc (err )A1= (2bdc ) (err ) 式中 dc-三通支管的内径，mm；er-三通主管有效壁厚，即选择的主管名义壁厚与钢管负偏差、腐蚀裕量的差值，mm；r-三通主管计算壁厚，即通过计算得到的壁厚，mm；b-有效补强宽度，取 dc 和 d 中的较小值( d 为三通中心到主管端部的距离，即三通半长)，mm。
6、对比分析式 A1= dc (err ) A1= (2bdc ) (err ) 可知，计算 A1 的主要区别在于 b 的取值，当 ddc 时， “油规 ”和“输规 ”计算值相等，但当 ddc 时， “油规”要比“输规”的壁厚计算值大，相对更安全。 为了保证燃气管道的安全运行，在两个规范都满足的条件下，进行高压三通设计计算时依据“油规 ”计算相对保守。 材料：天然气管道压力越高，天然气泄漏后引起爆炸产生的危害越大，因此对于城镇燃气用高压三通材料的性能要求非常高。选择高压三通材料时应遵循：a高压三通材料首选 GB / T 81632008流体输送用无缝钢管和 GB64792000高压化肥设备用无缝钢
7、管的 20 #钢、GB 7132008锅炉和压力容器用钢板的 Q345R，也可选用 GB53102008高压锅炉用无缝钢管的 20G、GB7132008锅炉和压力容器用钢板的 Q245R，当钢材需求量较大且强度要求较高时，可采用 WPHY 系列的管件钢。b高压三通管件不得采用螺旋焊缝钢管制作。c考虑管件用钢再次热加工对于钢材强度的影响。 腐蚀裕量：腐蚀裕量是考虑介质对管道的腐蚀造成管道壁厚减薄，从而增加的管道壁厚。管件的腐蚀裕量可按预期的管件寿命和介质对金属材料的腐蚀速率来确定。腐蚀裕量对设计水平的影响非常敏感，取值过大，会造成较大的资源浪费;取值过小，则会影响管件的安全运行。大多数情况下，还
8、是凭借经验确定腐蚀裕量。根据“油规 ”计算得到考虑和不考虑腐蚀裕量时主管的最小壁厚和支管的最小壁厚，无论是支管还是主管，考虑腐蚀裕量计算得到的最小壁厚要比不考虑腐蚀裕量计算得到的壁厚大一个等级，导致工程造价增加，但运行更安全。因此，在高压三通设计计算时，应考虑腐蚀裕量的影响。 总之，等面积计算法计算结果相对保守，国家和行业标准倾向于使用等面积计算法，在进行城镇燃气用高压三通设计计算时，计算方法应选用等面积计算法，开孔补强方法采用整体补强法。腐蚀裕量可使高压三通计算壁厚提高一个等级，计算时应考虑腐蚀裕量，计算结果较安全。采用“油规”计算得到的三通壁厚比采用“输规”计算得到的壁厚要大，更安全，设计
9、计算时应参考“油规” 。高压三通管件以 20#及 Q345 R 钢为材料首选，当钢材需求量较大且强度要求较高时，也可采用 WPHY 系列的管件钢。 二、城市煤气热力管道施工过程中质量控制与管理存在的问题 天然气由于具有资源丰富、使用方便、排放清洁等特点得到了广泛利用。近年来全国各大城市天然气用气量逐渐增大，敷设的高压燃气管道越来越多。为了减少燃煤污染，在大中城市以及其他环保要求高的地区，作为城市化的一项基础设施城市煤气热力管道也随着城市煤气进入千家万户而逐渐成为城市化所必需的一项基础设施建设。通过城市煤气热力管道地大量敷设，从而为加快我国城市化进程提供了一份强劲的“助推力” 。然而，在实际的城
10、市煤气热力管道的施工过程中，往往存在着质量方面的问题，从而增加了煤气热力管道的安全隐患。因此，在实际的施工过程中，应该加强城市煤气热力管道施工过程中的质量控制与管理。 1城市煤气热力管道工程在基础和主体施工阶段存在着一定的问题 一个煤气热力管道工程的基础和主体，对于其质量具有决定性的作用。基础和主体的好坏，会直接影响到一个煤气热力管道工程是否合格，达到国家相关的质量要求。在煤气热力管道工程施工现场，尤其是在一个煤气热力管道工程起初的建设阶段，一定需要对其进行质量控制。当前形势下我国煤气热力管道工程施工现场质量管理的一个非常棘手的问题，需要加以解决。 2城市煤气热力管道施工过程中的质量管理缺乏系
11、统性 城市煤气热力管道是作为城市的基础设施的角色而出现的。如在实际的运营过程中管道出现漏气现象、管道破裂、造成火灾和爆炸事故等。这些都会严重影响到人民的正常生活，成为典型的安全隐患。究其根本原因，还是在于城市煤气热力管道施工过程中的质量管理缺乏系统性，质量管理方面的步骤及流程、分类没能够理得非常清楚，而最终酿成安全隐患或是安全事故。 三、加强城市煤气热力管道的施工过程中的质量控制与管理 1加强各种技术在城市煤气热力管道施工中的应用 城市煤气热力管道在施工过程中，往往存在着技术欠缺或者欠科学等方面的典型问题，因而会导致整个城市煤气热力管道的质量下降或者达不到标准。笔者认为，应该加强各种技术融合于
12、市政煤气热力管道的施工过程之中，这样才能够提高整个城市煤气热力管道施工的质量，从而确保了城市居民能够安全使用燃气。在实际地煤气热力管道施工过程中使用较多的技术为顶管技术。顶管技术主要包括如下几个方面：一是顶管工作坑的设置。需要对套管的直径、套管长度、油缸长度、地坪至管顶深度、混凝土基础厚度以及平铺槽钢深度加以测量及确定；二是对顶推用的设备进行科学选择。主要设备有：（1）刃脚。由于刃脚是顶管系统的头部，是切开掘进作业空间的工具，它既承受垂直轴线的荷载，也要承受轴线方向的荷载，因此其规格尺寸要保证不发生有害变形为前提，一般使用的厚度为 1cm。 （2）千斤顶。千斤顶的选择是根据最大顶进阻力而定的，
13、而最大顶进阻力主要与单位面积上摩阻力、切土阻力、顶管长度、钢筋混凝土管周长、管道断面积、单位面积切土阻力等因素有关。 （3）垫铁。它是管道顶进时传递顶力的临时垫块，其抗弯、抗压强度应经得起最大顶力，因此垫铁一般选用碳钢，其钢板厚度和几何尺寸以顶力和活塞行程为依据，一般在施工现场配备。 除了对上述技术加以应用，还要注意一些部分的技术细节，如对管道焊接的质量控制。在燃气工程施工中，管道焊接是施工中的关键工序，也是燃气工程质量控制的重点和难点。随着国家能源政策的调整，天然气已成为各城市的首选气源，天然气在输送过程中常常采用较高的压力，同时许多城市采用城市外环管道高压储气作为城市燃气的调峰气源，这些管
14、道压力高、管壁厚，这要求我们在施工过程应更加注意管道的焊接质量，并从工程事前、事中(过程)、事后三个阶段进行严格控制。上面仅仅是举出这样的例子，以说明在城市煤气热力管道施工过程中应该加强多种技术的应用，这样才能够确保质量上的过关。 2加强城市煤气热力管道施工过程中质量管理的系统性 当下，城市煤气热力管道施工过程中的质量管理缺乏系统性。笔者认为，系统地对煤气管道施工过程中质量的管理，必须按照如下几个方面进行：一是设计质量管理。城市煤气热力管道设计质量管理是进行其他一切质量管理的前提条件，如果在这个环节存在问题，那么就会造成城市煤气热力管道工程的先天不足，具体可以从设计人员的综合业务素质和施工图设
15、计质量的提高两个方面进行抓起。在人员素质提高方面，可采取送设计人员到有关院校、设计研究院去学习培训；请有关专家对设计进行审查和指导；在施工图设计质量提高方面，要求在设计之前对地下管线进行全面调查，测绘出符合设计要求的地形图。二是施工质量管理。施工质量管理是决定因素，在城市煤气热力管道工程建设过程中，必须严把施工质量关。施工质量管理主要包括材料质量管理， 施工过程中的质量管理和施工验收管理。三是运行质量管理。做好运行管理是确保燃气输配系统安全、可靠运行的关键工作。在供气运行管理中， 应采取岗位目标责任制， 进行全面质量管理。对重点环节实施重点管理。 四、结论 综上所述，城市煤气热力管道在实际的设
16、计与施工过程中，专业设计技术人员要严格遵循相关标准原则；建筑施工单位要加强其质量控制与管理，这具有十分重要的意义，其意义具体表现在如下几个方面： 1加强城市煤气热力管道设计与施工过程中的质量控制与管理，完全迎合了国家所提出的“安全生产”的口号，并使城市煤气热力管道在实际发挥作用时不产生安全事故。 2加强城市煤气热力管道设计与施工过程中的质量控制与管理，是新时期下我国城市化进程不断加深的内在要求和必经之道。 3加强城市煤气热力管道设计与施工过程中的质量控制与管理，能够为城市煤气热力管道的施工单位高质、高效地施工提供了根本保证。 参考文献： 1王旭受外载作用三通的有限元分析 2田绪明，沈萍城市管道煤气工程质量管理初探 J.煤气与热力，1997（11） 3刘艺地下热气管道导向钻进非开挖敷设技术J.煤气与热力，2002（3） 作者简介：王斌、1983 年 01 月出生、男、籍贯（浙江天台） 、现在浙江城建煤气热电设计院有限公司工程师职务、本科毕业、研究方向（热能动力、热力设计） 。
