三供一业燃气改造工程施工技术研究及应用

杨文楠

(太原天然气有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概况

山西省太原市西山煤电(集团)西山矿区居民小区，有500余栋职工家属楼24 000余户的天然气设施设备原由西山煤电集团后勤维修中心自行维护管理。家属楼燃气设施设备大多是在20世纪80年代建成投运的焦炉煤气设施设备的基础上，于2010年前后通过天然气置换改造而成。原管道中运行的燃气气源为焦炉煤气，因焦炉煤气杂质较多，焦油、奈等易造成管道堵塞，氨、苯等腐蚀性气体对管道及设备腐蚀严重，加之管道及相关设施已运行30多年，截止到2020年已超过设计使用寿命，存在很大的安全隐患,燃气设施从运行、管理和维检上都亟待改造。

本文从老旧小区燃气设施改造工程施工方案选择、燃气表的选用、工程经济性、消除安全隐患等方面出发，讨论并分析了“三供一业”供气设施改造工程过程中需考虑的因素及燃气设施改造后的实际应用、安全保障等实际情况，为今后类似老旧小区燃气改造工程提供参考。

2 燃气管线改造方案

已有燃气管线改造与新铺设燃气管线有着诸多不同，在设计方案、施工要求、材料选择、管线送气等多方面均有较大的变化。首先，新铺设燃气管线在房屋建筑前期设计时已综合燃气管线及设备位置，而燃气管线改造须根据现场实际情况重新确定管线和设备位置，前期无法明确需结合改造现场情况确定。其次，新铺设燃气管线无需考虑送气环节等因素，而燃气管线改造项目须把因管线改造而造成的用户停气时间将到最低。

2.1 管线输配方案

本项目涉及西山煤电(集团)西山矿区家属区24 000余户居民，家属区现状均已接入管道天然气。本次改造方案是以各个小区周边天然气现状中低压管道为起点，起点之后已超期运行的中低压燃气干线、支线和调压站以及所有小区的庭院管线、户内管线、燃气表，全部更换。市政道路上中低压燃气干线、支线改造管材以钢管为主，调压站优先改造为调压柜，为避免对用户出行造成不便，尽量减少路面开挖，楼前燃气管改造为室外架空管道，为减少对用户户内厨房的破坏，燃气表统一改造为室外集中表箱形式，表后管道采用燃气输送用不锈钢波纹金属软管。改造完成后，原有的调压站和废弃燃气管道由燃气企业进行专业的安全拆除或惰性气体置换。

结合项目现状充分利用周边现有的燃气管网设施，在满足项目区域规划发展用气负荷的前提下，尽量减少工程量，降低投资。考虑本项目现运行的燃气管道压力级别及本工程燃气用户的用气需求和特点，对本工程区域内现状调压站在原址进行升级改造，以满足改造小区内居民用户使用要求。

2.2 埋地及架空燃气管道材料选用

根据《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)并结合目前实际燃气工程使用情况，用于燃气输送用的城镇中低压燃气工程管材主要有：钢管，铸铁管和聚乙烯塑料管(PE管)。

1)钢管：目前燃气常用钢管有焊接钢管和无缝钢管。钢管的特点是耐高压、耐振动、管壁薄、重量较轻、管材易加工。但钢管价格高，耐腐蚀性差。但是目前防腐技术较高，可以直接在厂内预制，所以防腐问题很好解决。

2)铸铁管：常用的铸铁管分为灰口铸铁管和球墨铸铁管两种。灰口铸铁管因其加工工艺简单、耐腐蚀性能好、使用寿命长，在过去应用最广。但由于存在机械强度低、脆性大、接口质量不易保证、容易发生爆管等问题，近年来已经被建设部列为淘汰产品。球墨铸铁管强度几乎接近于钢材，同时又保持了铸铁耐腐蚀等优点。球墨铸铁管一般采用推入式楔形胶圈柔性接口及法兰压盖承口连接，施工安装方便，接口的水密性好，抗震效果好，其使用寿命是灰铸铁管的1.5～2.0倍，是钢管的3～4倍。但是在使用天然气或者煤层气的过程中由于密封性能不好，容易泄露，所以很少使用。

3)聚乙烯塑料管(PE管)：因PE管独特的物理、化学特性，具有耐腐蚀、重量轻、管道内壁流动阻力小、使用寿命长、抗拉强度较大、抗变形性能较好、生产周期短、施工速度快等优点，近年以来，PE管因其原材料的性能、管材及管件的生产工艺、连接方法的成熟，施工技术经济优势较为明显且小管径管材采购成本较低，所以无论是在燃气输送领域或是其他给水、排水等领域，都得到了广泛的应用，而且作为首选材料进行推广使用。但PE管机械性能不如钢管，大管径管材价格较高，并且管道对防晒有一定要求，以避免管材老化不能长时间露天存储。

通过对以上三种燃气常用的管材进行综合比较，PE管在施工方式、施工周期、管输能力、使用寿命等方面比钢管有较为明显的优势，因此，本工程埋地燃气管道在管径不大于DN300时使用PE管，当管径达到DN300时，由于PE管焊接难度大，管材、管件成本较高导致工程造价高于钢管，因此，埋地燃气管管径达到DN300时采用钢管。架空管道因须暴露在室外环境中，机械性能、抗老化及防腐性能要求较高，故选用工厂定制的涂刷高等级防腐层的燃气专用无缝钢管。

2.3 燃气表挂表方案

本项目为老旧住宅楼燃气改造，故主要施工作业不能对住户户内现有居住环境造成影响，若采用户内挂表方式势必对居民屋内装修造成一定的破坏。鉴于以上因素，本项目燃气表安装采用户外集中挂表方式。户外集中挂表方式有以下优点。

1)燃气表户外安装，使用户室内燃气管道的接头数量大幅减少，潜在漏气隐患也相应大幅减少，极大降低了燃气泄漏的风险，同时有利于燃气公司后期的集中管理和安检维护、检查。

2)燃气表户外安装，可以实现燃气公司安检人员随到随检，能有效避免管道燃气的偷盗现象，对降低燃气公司降低供销差率有利。

3)燃气表户外安装，可以大幅降低燃气公司生产经营成本，燃气表户外挂表不仅使燃气抄表、安检等作业效率大幅度提升，同时作业人员数量也可以相应减少，降低了燃气企业在该方面的经营性支出。

因燃气表户外集中安装，燃气表为电子、机械元件较多，须提供较好的环境保护。本项目燃气表集中安装后设置304不锈钢表箱进行保护，不仅使燃气表避免了雨淋、风吹、阳光暴晒、人为破坏等因素，而且外表美观、大方，提升了小区整体环境。在不锈钢表箱进行选型时考虑到居民观察用气量、更换电池等情况，表箱在每块燃气表安装处单独设置单独开启并上锁的可视化窗口，便于居民日常使用。

2.4 燃气表后管改造方案

考虑到改造现场的实际情况及可操作性，每户燃气表后管选用不锈钢波纹金属软管延建筑物单独敷设在用户厨房外墙打眼并引入户内，考虑到美观及固定集中从每个表箱后引出的不锈钢波纹金属软管用安装在DN100的PVC管内并束缚。

不锈钢波纹金属软管整盘通常为30～100 m，可根据现场用户实际情况确定用料长度，软管安装完成后只在燃气表及户内阀门处安装接头，其他位置无需安装任何管件减少了燃气泄漏的安全隐患，且燃气用不锈钢波纹管与快装接头的连接方式多采用端面密封，可有效避免螺纹密封不严而造成的燃气泄漏，且因其弹性好、变形性好、整管长度可任意裁剪，在安装过程中可大幅减少弯头和接头数量，与传统的镀锌钢管安装相比，其燃气泄漏概率将大大减少。不锈钢波纹金属软管安装简便快捷，安装可用手弯曲，暗埋时在墙体内或装饰层内中间无任何接头，减少了泄漏风险，因为没有弯头、活接头等管件，可敷设于吊顶，装饰层内，安装范围较广，在引入户内后可满足居民个性化装修的需要。

3 燃气表特点

本项目选用NB-IoT物联网智能燃气表，是以NB-IoT窄带物联网技术为通信基础，通过窄带无线网络与后台服务系统进行数据通信，而发展出来的无线远传物联网智能燃气表。

3.1 智能化方面

NB-IoT物联网智能燃气表采用机械计量、电子计量、机电转换、智能阀控、信息安全管理、一体化结构设计、低功耗通信等技术，是物联网技术在仪表行业的典型应用。物联网智能燃气表作为物联网系统中的一个终端设备，通过物联网网关、通信基站，实现燃气公司远程管理平台与燃气表的远程通信和数据交换。燃气表不仅支持远程管理平台的远程抄表、充值、无卡预付费、价格调整、安全阀控、实时监控管理等功能，而且支持用户手机APP查询缴费、远程阀控、数据推送等智慧化服务。

3.2 燃气表管理方面

NB-IoT物联网智能燃气表具有传输信号稳定、传送距离不受限制等优点，可自动上报燃气表数据进行大数据分析，可有效避免住户不在家无法获取数据、人工抄表的误读漏报等问题。物联网智能网关和燃气表传感网络管理系统有效实现了与燃气公司远程系统服务平台的双向通信，燃气公司远程系统服务平台能够实现对智能燃气表远程充值、燃气相关信息查询、燃气表端状态实时监测、燃气表远程安全切断等功能。燃气公司远程系统服务平台经电信、联通、移动等社会运营商服务器、燃气公司后台服务器、政府机构服务器与用户终端使用设备进行双向通信，用户可以直接通过手机APP或其他终端设备实现远程在线充值缴费、用气相关信息查询及缴费账单实时推送等有效管理，从而节省了人工成本。在智能控制和信息安全、服务时效性等方面，物联网智能燃气表具有实时远程抄表、实时远程关阀、实时阶梯气价、实时远程调价、实时远程充值、实时远程监控等智慧化管理功能，下一步将为用户带来更加完善、美好的体验。

3.3 安全性方面

NB-IoT物联网云智能燃气表带有燃气泄漏报警功能，远程开关阀、分析用户使用偏好等功能，显著提高燃气使用的安全性，在系统分析出现燃气泄漏等安全隐患使后台服务器远程关闭燃气阀门消除安全隐患。

4 工程经济性

1)从燃气公司的经营成本角度出发，本项目采用户外集中挂表，燃气表后采用不锈钢输送软管单独入户的方式供气的方式，较之前传统的户内公用燃气立管的施工方式从材料选用、施工工艺、施工措施等方面都不同程度地增加了工程成本(根据燃气公司以往工程实际结算数据比对，工程成本约增加500元/户)，但从长远来看本项目完成后燃气公司在抄收管理、安全检查、日常维护均提高了效率，从而最大幅度地降低了生产管理成本。

2)从燃气用户角度出发，本项目为改造工程，如采用传统的户内立管供气模式，用户厨房内须重新安装一趟燃气立管，立管安装将不可避免地拆除厨房内部分橱柜及灶台，整个安装时间较长，在给用户带来时间影响的同时势必给用户造成橱柜、灶台修复的损失。本项目采用的施工方式不会破坏厨房内原有橱柜、灶台，燃气输送不锈钢软管只需在厨房外墙或玻璃处打孔入户并敷设至燃气具使用位置旁即可，从而最大程度地降低了用户的损失。

5 结 语

西山煤电(集团)西山矿区居民小区供气设施改造完成后，大幅度降低了燃气使用安全隐患，也提高了燃气公司后期的抄收、安检等效率，供气设施改造过程在未大幅提高工程成本的基础上对居民日常生活影响降到了最低程度，且改造完成后对居民购气、燃气工程检修也带来了极大的方便，本工程改造方式在今后类似的老旧小区供气设施改造中值得大力推广。

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