【调研原创】吉林省长春市城市燃气管网改造的调研-燃气爆炸

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调研/刘海天
学校/华中科技大学
指导教师/蔡磊
摘 要：本文着重讨论了长春市燃气管网发展历程及管网改造实施的意义与重要性。分析了管网改造施工过程中面临的一些安全问题及解决方案，并对长春燃气今后的发展方向做了一些探讨，如：进一步完善燃气输配系统、提高燃气利用率、构建“智慧燃气”系统等。
关键词：管网改造
燃气泄漏、智慧燃气
目录
1 调研背景及意义
2 长春燃气的管网改造调研
2.1 管网改造的目标
2.2 管道线路目前存在的问题
2.3 燃气管网改造的方案
2.3.1 选用合适的管道材料
2.3.2 更换超期服役和有质量问题的管线
2.3.3 改善管网结构
2.3.4 为新技术引入做好准备
3 管网改造成果分析
4 改造过程中存在的问题及今后发展方向
5 调研体会
参考文献
1、调研背景及意义
近些年来，长春市城市建设步伐加快，各项城市大型工程不断实施，如“两横三纵”工程的开工，使城市进入了快速路时代，有效的缓解了城市内交通拥堵的问题；“长春地铁”的筹建，也旨在为居民们的交通出行提供更多的便利；同时，随着长春市市政府的南迁，城镇化的速度不断加快，大批如南部新城、净月开发区等的新城区也如雨后春笋般迅速建立了起来。
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虽然各种工程如火如荼的开展，长春市市政府并没有放松对环境质量的监管控制，大力倡导在环保、节能减排上取得新突破，并开展针对性项目，提高环境质量。经过多年努力，截至 2016年底，长春市污染物排放的总量中，氨氮、二氧化硫和氮氧化物排放总量分别较 2010年削减了 11.4%、12.8% 和7.5%[1]。现在，长春市的空气质量基本达到了国家二级标准，成为中国内陆生态环境质量最好的城市之一[1]。这些成果的取得不乏燃气工作者在城市燃气发展中取得的卓越成就，如，煤改气工程的实施，“气化吉林”工程的逐渐完成，实现人工煤气与天然气的置换等等单雄信简介。这些项目的开展，使长春市目前煤炭占能源消费总量比重降低到 65%以下，城市综合气化率达到了 94.5%[2]，极大的减少了污染，并提高了燃料的利用率，在节能、环保上取得了双丰收。
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燃气，作为现今长春市城市能源的主体之一，是维持工业生产、居民生活等社会各个领域正常运转的基石。管网输送是目前输配气的主要手段，燃气通过管网直接供给千家万户，在满足用户生产生活的需求同时，也为他们提供了极大的便利。因此，构建完善的城市燃气管网输配系统，对长春市的城市发展有着重要意义。
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长春市是国内最早有管道煤气的九座城市之一，并且是亚洲第一座全面普及管道煤气的城市[3]。其敷设的燃气管网自 20世纪30年代开始建设以来，最早的已有80多年的历史[3]。在当时输送管道煤气的九座城市中，主要的气源为人工煤气，燃气管网均采用灰口铁管作为输气主、干、支及庭院管，接口形式为青铅、水泥接口。这种工艺一直延续到 1987年底，长春市才开始在敷设燃气管网时采用灰口铸铁管胶圈压兰接口的新工艺[4]。
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随着长春市的城市建设快速推进，作为主要气源的人工煤气出现经常性的供应紧张的情况。所以，自1990年开始，长春市开始建设天然气长输管线，并于1996年由公主岭八屋地区引天然气入长[3]。截至2016年，长春已建长输管线共计825公里，设计输送能力124 亿立方米／年[5]。从城市燃气的发展趋势而言，人工制气的发展势头逐渐减弱，不仅如此，人工煤气污染、能源浪费大，制气成本高，且易引发燃气安全事故 [6]；液化石油气在一定时期内还占有一定的位置，但发展速度将会减慢；天然气污染小，储量丰富，并将随着我国的西气东输、中亚及俄气南供、引进液化天然气、近海气登陆以及煤层气开发等战略部署的实施，将得到飞速的发展。因此麻城三中，天然气已经逐步取代人工煤气成为长春市主要燃气供应源。
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但是，在天然气取代人工煤气的过程中，会在管网输送方面引起一些问题。天然气与人工煤气相比中泽祥，天然气是干气肝胆相照造句，水份极少，若仍采用在输送人工煤气的管道中运输，在输送过程中天然气就会吸收油麻中的水份，使油麻逐渐干燥，最终变成粉末而被气体带走。这破坏了管道接口密封性，造成青铅、水泥接口的铸铁管所有接口在短期内全部漏气。借鉴沈阳、哈尔滨、锦州等城市进行人工煤气与天然气置换试验的经验 [7]，可以发现，为了更好的适应天然气供给的需要，需要对原有的管网系统进行大范围的改造，对供气方式进行相应的技术更新。
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在老一批的的管道中，由于长期生产运行中的燃气管道老化、腐蚀、维护管理不善，以及各种其他外力因素影响，致使管道漏气量加大，隐患很多，燃气安全事故时有发生。人民群众遭受了生命财产损失，城市生产和生活秩序也受到了影响，燃气领域的新技术引入长春也因此遇到了许多困难零世界。因此，为了减少安全隐患，完善燃气输配系统，构建“智慧燃气”系统，紧跟时代与社会的发展，开展管网改造对长春市来说是势在必行。
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参考了近些年来发生的燃气事故分析[8]，发现在施工过程中存在的方法不当以及野蛮施工等问题也导致燃气事故频发。因此，本次调研就以燃气输送管网为主题，调研长春市燃气管网发展历程和改造施工过程中存在的一些问题及解决方案。
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目前，长春市内现有管道燃气供应企业两家：长春燃气股份有限公司（以下简称长春燃气）和长春天然气有限责任公司。由于长春燃气负责长春市绝大部分的城区燃气输送，反映的问题已经具有很高的普遍性。因此，本次调研主体即为长春燃气，研究长春燃气的管网改造历程。
2、长春燃气的管网改造调研
2.1
管网改造的目标
通过对燃气管网的改造，消除安全隐患，保证改造后管网具备煤气置换天然气条件，提升城市燃气输配系统输气、储气、调峰能力，完善城市燃气系统猫肉的做法，减少漏气损失。
2.2
管道线路目前存在的问题
目前长春市的燃气管网具体存在以下的一些问题[9]：
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1) 管道超期服役
长春市燃气管网敷设年代较早，期间部分管道虽有更换，但仍有大量管网超期服役。大量早期敷设的燃气管道仍在带病运行使用，且多数处在人口密集的繁华商业区，一旦泄漏，后果不堪设想；
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2) 管材问题
2003 年以前敷设的燃气管道多数为灰口铸铁管，这种管道材质脆，韧性差，在外力作用下易断裂而发生泄漏香粉世家。长春地处我国北方，每年春天和入冬季节是灰口铸铁管的断裂多发时期，主要原因是由于土壤冻涨等因素引起的，造成灰口铸铁管断裂事故频发；
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3) 管道密封问题
早期敷设的铸铁管道接口形式多种多样，有水泥接口、青铅接口、胶圈压兰接口川东猎犬。水泥接口和青铅接口韧性差，易断裂；胶圈压兰接口由于敷设时间过长、胶圈质量不过关和人工煤气对胶圈产生腐蚀等原因，胶圈老化变质，易造成管道漏气；
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4) 引入管问题
长春市敷设的燃气引入管大多为镀锌钢管，镀锌钢管与铸铁管采用螺纹连接， 2003 年以前做的镀锌钢管防腐处理大多不符合要求，腐蚀十分严重。镀锌钢管与铸铁管螺纹连接处由于地面和房屋的不均匀沉降，经常发生断裂，是事故发生最多、安全隐患最大之处；
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5) 管道堵塞
以输送焦炉煤气的管道为例，由于人工煤气净化不完全，含有粉尘、萘等杂质，重庆电视台娱乐频道在输送过程中沉积在管道壁上，日积月累，管道堵塞严重，天然气的进入使原有城市埋地管道中的煤焦油、萘和灰粉从管壁上干燥脱落，造成管道堵塞管道输送能力大大下降；
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6) 管道防腐问题
早期敷设的钢质燃气管道只采取单一的管道外防腐，且存在防腐材料不合格和施工粗糙等现象，造成钢管腐蚀严重。另外，在一些地区儿行千里简谱 ，杂散电流比较多，燃气管道缺少必要的保护措施，腐蚀泄漏严重；
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7) 管网布局不合理
长春市燃气管网建设较早，当时设计及规划的不合理导致目前燃气设施和站点布局不尽合理，燃气管网随意敷设，没有形成可靠的城市燃气输配系统。低压管网成环率高反而给检修维护带来不便，尤其是管网改造中废管和止气的难度加大，安全性降低；
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8) 城市燃气管道发展滞后
在城市燃气管道建设设计初期，对城市人口发展状况估计不准，又较少考虑工业用气，致使燃气管道设计管径偏小，不能满足城市发展需要。以城中心部位的吉林大学附属一院用气为例，大规模的直燃机的使用对市区原中压管网造成极大的负担，中压管网面临发展滞后的局面；
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9) 城市建设对燃气管道造成影响
近年来，城市建设步伐加快，道路建设等对地形地貌影响较大，许多原敷设在人行道下的燃气管道变为车行道下，埋深不够时，材质较脆的灰口铸铁管和凝水缸抽水管极易被重载车压断；
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10) 地下燃气管道错综复杂
老城区地下燃气管道由于历史久远，没有竣工资料，建了又建，接了又接，比较混乱，造成事故隐患；
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11) 旧管网不适应新气源
随着能源结构的不断调整，气源由煤制气到天然气，燃气管网在不适应新气源的情况下勉强运行。例如，在沈阳市，将原来的湿燃气人工煤气转换为现在的干燃气天然气，水泥接口和青铅接口的灰口铸铁管已经不能适应干燃气天然气的输送，部分胶圈干缩变形，发生燃气泄漏。
2.3
燃气管网改造的方案
由于存在以上以上的诸多问题，导致燃气安全隐患大大上升。近些年来，长春市发生了多起燃气泄漏，尤其是进行气源置换以后，燃气输配中出现的的问题成几何倍数增加，给居民的日常生活和生产带来了严重的经济损失，使得长春燃气不得不加快管网改造的步伐。
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如图 1所示[10]，近几年燃气泄漏的原因可以分为人为原因和自然泄漏两个方面湿宁膏。对于人为原因导致的燃气泄漏，2013年以前，泄漏频率整体较高，保持在年均 50次左右，2013年泄漏次数达到了顶峰（108次）。分析其中原因，一方面，在管网的初期阶段，进行了许多安全风险等级为特高风险及高风险管道设施的改造，施工难度较大；另一方面，改造初期经验不足甄继先，在有效的减少人为失误发生方面还有待提高。到了 2013年之后，人为原因导致的燃气泄漏大大减少，降至了年均 20次左右，取得了明显改善。这说明了随着管网改造的深入开展，施工人员的经验更加丰富，能规范化、安全的完成整个施工过程，减少泄漏，从而尽最大可能的降低人为原因导致事故的发生率。
图 1 泄漏原因统计图
对于自然泄漏，如图 1所示，自 2007年开始，连续多年泄漏的次数持续快速增加，并于 2011年达到了顶峰（473次），之后也一直保持在一个较高的水平。其中 2007、2008年增幅达 2.5倍，2009、2010年增幅也达到了 2.3倍，严重超出了自然增长率。分析其原因，2009年随着“长-长-吉”连接线工程、“八屋-长春”复线工程的建成[11]，天然气逐步替换了人工煤气。可以看到，燃气自然泄漏次数立即大大上升。这说明了现有的管网线路已经严重老化，或者现行管道线路已经无法适应以天然气为主要气源的管道输送要求，必须进行管网改造。
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再分析各年自然泄漏原因的统计，如图 2所示[10]，自然泄漏的主要原因就是在于接口处的问题，并且有着每年愈演愈烈的趋势。前文已经叙述，天然气是干气，煤气是湿气，更换气源后会导致青铅、水泥接口和铅油、油麻接口干裂，最终变成粉末而被气体带走将会出现大面积漏气现象。这类问题暂没有较好的解决方法，只能随着管网改造的全部完成才会取得较好的成效，那么现阶段的处理措施就是让管网管理中心做好监控，并安排好抢修队伍及时抢修，避免问题的进一步扩大。
图 2 自然泄漏原因统计
对于其他原因导致的自然泄漏，主要为腐蚀和断裂金喻良缘，这些管道大多是老旧或者废弃的管道。随着管网改造的开展，这部分管道逐渐被取缔、修复，泄漏发生率逐年下降，取得了积极的成果。
为保障居民用气安全为基础，综合各方面因素谭天澄，长春燃气针对上述问题提出了下列解决方案。
2.3.1
选用合适的管道材料
统计了长春市 2014-2016年各种管材自然泄漏的情况，如图3所示[10]。张翔玲铸铁管和镀锌钢管自然泄漏的发生率连续三年快速增长，其中铸铁管多为人工煤气为主时期主要的燃气输送管道，而镀锌钢管多作为燃气入户的引入管。
图 3 各种管材自然泄漏统计
对于镀锌管来说，一方面这些管道承压能力弱，随着春季冰雪的融化下渗，局部引入管下方的一部分冻土被融化后产生的水带走，使管道悬空，当土壤受压或冻土大面积解冻、沉降，使得管体被压断；另一方面，部分管道防腐措施做的不够，长期锈蚀导致极易被拉断，并且这类管道离楼较近，一旦泄漏，易窜入下水管等其他线路中，上返进入室内。由于长春市目前采用的是两套燃气线路并行的方式，老线路仍以人工煤气为主，新线路采用天然气与人工煤气混输的形式[12]，管道中仍含有很高浓度的一氧化碳，易使人中毒，引发安全事故。
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对于铸铁管来说，一方面，这些管道多为人工煤气时代的主要管道，管网大多老旧，腐蚀较为严重，极易漏气；另一方面，作为泄漏主要原因的接口泄漏主要就发生在铸铁管道和镀锌管道之间，老旧的线路和落后的技术，使得这两种管道成为燃气泄漏的“重灾区”。
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PE管材，与镀锌钢管和铸铁管相比伪装者孤狼，具有适应多种工作环境、耐腐蚀、柔韧、管道安全性好等很多明显的优势[13]，并且其使用寿命长、规格广泛，与新起源能很好的适配。参照这几年来各种管材泄漏发生频率的对比，PE管材成为了长春燃气近几年对老旧管网进行大面积修复的主要管材。未完待续＊
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