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城镇燃气一天内的用气量是随时间而波动的，为保证输配系统供气稳定性，储气调峰方式的选择是工程规划设计阶段的重要考虑因素之一。高压管道由于具备输气、储气双重功能且因其实用性、经济性、灵活性等优点，在工程应用中得到广泛应用。
本文通过分析某城市的高峰日小时用气规律，计算出调峰需求量，并结合稳态水力计算公式进行城镇燃气小时调峰和高压输储管道规格选用的关联分析。
一、小时调峰分析
（一）工程概况
已知某市的高峰日小时用气规律如表1，该市燃气经营企业计划自上游分输站接气，通过10Km高压管道自门站接收气源，并调压后向中压A管网供气。上游分输站供气压力4.0MPa（表压），一天内24小时供气量稳定，门站最低允许进站压力0.5MPa。该市仅此一个气源，管道路由的规划地区等级为四级，且目前管道路由周边20米范围内建筑物较多。
（二）计算小时调峰需求量
计算结果如表1，该城市小时调峰需求量为64094Nm?，占高峰日用气量的17.89%。
（三）小时调峰曲线分析
将各小时用气量、供气量及其调峰需求量制成图表以便于分析，如图1：
由图1可以看出，上午7点以后（如图中a点）用气量开始大于供气量，此刻管道内气体存量最大、压力最高，并处于递减的转折点，此后管道将发挥调峰补气作用。19点（如图中b点）以后，用气量开始小于供气量，管道调峰完毕并开始储气，此刻的管道内气体存量最小、压力最小，并处于递增的转折点，此后管道将发挥储气
作用。
二、计算管道理论内径
由以上分析可以看出，该城市高峰日用气量35.8×104Nm?，小时调峰需求量64094Nm?，在小时调峰曲线图中，a点和b点分别为管道储气结束和储气开始点，在此两时刻，管道内输出气量等于流入气量，即该点对应的小时流量为该日平均小时用气量。现采用《输气管道工程设计规范》GB 50251所推荐的稳态计算公式3.3.2-1，结合储气能力计算管道理论内径。
（一）稳态水力计算过程
1.根据管道始端最高工作压力（即上游供气压力）计算管道终端最高工作压力
2.计算储气结束时的管道最高平均压力
3.根据管道终端最低压力（本案例中门站最低允许进站压力为0.5MPa）计算管道始端最低工作压力
——管道终端最低压力
4.计算消耗终了、储气开始时最低平均压力
（5）求得管道储气量
（二）理论内径与储气调峰关联验算
采用以上稳态水力计算公式前，需预先设定一个理论内径来验算管道的储气调峰能力是否满足城市用气规律，并根据计算出的储气调峰量与实际需求量进行对比分析，调整内径试算值。经多次试算，460mm的理论内径在满足输气能力35.8×104 Nm?/日的工况下，储气能力约为64835 Nm?，可基本满足该城市64094Nm?的储气调峰及输气需求。
三、确定管道规格
（一）初设管道规格
1.钢管外径选择
按照《城镇燃气设计规范》要求，高压燃气管道选用的钢管应符合《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》GB/T 9711。经查询该规范推荐的钢管外径和壁厚的标准化数值（参考ISO 4200、ASME B36.10M、GB/T 21835），460mm理论内径的管道应选择D508mm系列钢管。
2.计算钢管壁厚
按照《城镇燃气设计规范》计算壁厚：
经计算，D508mm钢管的计算壁厚为9.407mm。
由于该工程处于四级地区，且周边20米建筑物较多，为避免拆迁补偿、节约工期，需采取措施使管道安全间距减小。按照《城镇燃气设计规范》GB 50028第6.4.15规定，“四级地区内高压A地下管道与建筑物外墙面之间的水平净距不应小于30m，当管壁厚δ≥9.5mm时安全间距可缩小至15米。”因此，该工程的高压管道初步选定规格为D508×9.5mm钢管，内径489mm。
（二）校核管道规格
经初步选定的钢管规格还需按《城镇燃气设计规范》和《输气管道工程设计规范》进行一系列参数校核：直管段当量应力校核、弯头组合应力校核、管道径向稳定校核、刚度校核，必要时还需考虑地震载荷和腐蚀余量，计算过程本文不再赘述。经校核，D508×9.5mm钢管满足校核要求，考虑到该地区为四级地区，虽然采取3PE加强级防腐层和牺牲阳极保护，但为安全运行起见，本工程考虑了部分腐蚀余量并结合市场上常规钢管规格最终选定D508×11.9mm钢管，内径484.2mm。
（三）复核输气储气能力
采用稳态水力计算公式，计算出该规格钢管在满足35.8×104 Nm?/d输气规模下，储气调峰能力为71884 Nm?，可以满足该城市的储气调峰需求。
四、结论
（一）高压管道的储气调峰能力与管道规格的选用是密切关联的，通常需要对两者进行反复验算方可得到最佳值。
（二）管道规格的确定与工程现场条件、钢管制造工艺、市场供货情况密切相关，工程中需结合规范要求的安全间距等情况综合考虑。
（三）管道摩擦阻力系数λ及燃气压缩因子Ζ对水力计算也有较大影响，计算过程中相对密度Δ、运动粘度υ的取值应尽量采用上游提供的经过分析的气质数据，以尽量减小雷诺数Re和阻力系数λ计算误差。
参考文献：
[1]输气管道工程设计规范 GB50251-2003.
[2]城镇燃气设计规范GB50028-2006.
[3]《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》GB/T 9711.
[4]《焊接钢管尺寸及单位长度重量》GB/T 21835.
本文通过分析某城市的高峰日小时用气规律，计算出调峰需求量，并结合稳态水力计算公式进行城镇燃气小时调峰和高压输储管道规格选用的关联分析。
一、小时调峰分析
（一）工程概况
已知某市的高峰日小时用气规律如表1，该市燃气经营企业计划自上游分输站接气，通过10Km高压管道自门站接收气源，并调压后向中压A管网供气。上游分输站供气压力4.0MPa（表压），一天内24小时供气量稳定，门站最低允许进站压力0.5MPa。该市仅此一个气源，管道路由的规划地区等级为四级，且目前管道路由周边20米范围内建筑物较多。
（二）计算小时调峰需求量
计算结果如表1，该城市小时调峰需求量为64094Nm?，占高峰日用气量的17.89%。
（三）小时调峰曲线分析
将各小时用气量、供气量及其调峰需求量制成图表以便于分析，如图1：
由图1可以看出，上午7点以后（如图中a点）用气量开始大于供气量，此刻管道内气体存量最大、压力最高，并处于递减的转折点，此后管道将发挥调峰补气作用。19点（如图中b点）以后，用气量开始小于供气量，管道调峰完毕并开始储气，此刻的管道内气体存量最小、压力最小，并处于递增的转折点，此后管道将发挥储气
作用。
二、计算管道理论内径
由以上分析可以看出，该城市高峰日用气量35.8×104Nm?，小时调峰需求量64094Nm?，在小时调峰曲线图中，a点和b点分别为管道储气结束和储气开始点，在此两时刻，管道内输出气量等于流入气量，即该点对应的小时流量为该日平均小时用气量。现采用《输气管道工程设计规范》GB 50251所推荐的稳态计算公式3.3.2-1，结合储气能力计算管道理论内径。
（一）稳态水力计算过程
1.根据管道始端最高工作压力（即上游供气压力）计算管道终端最高工作压力
2.计算储气结束时的管道最高平均压力
3.根据管道终端最低压力（本案例中门站最低允许进站压力为0.5MPa）计算管道始端最低工作压力
——管道终端最低压力
4.计算消耗终了、储气开始时最低平均压力
（5）求得管道储气量
（二）理论内径与储气调峰关联验算
采用以上稳态水力计算公式前，需预先设定一个理论内径来验算管道的储气调峰能力是否满足城市用气规律，并根据计算出的储气调峰量与实际需求量进行对比分析，调整内径试算值。经多次试算，460mm的理论内径在满足输气能力35.8×104 Nm?/日的工况下，储气能力约为64835 Nm?，可基本满足该城市64094Nm?的储气调峰及输气需求。
三、确定管道规格
（一）初设管道规格
1.钢管外径选择
按照《城镇燃气设计规范》要求，高压燃气管道选用的钢管应符合《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》GB/T 9711。经查询该规范推荐的钢管外径和壁厚的标准化数值（参考ISO 4200、ASME B36.10M、GB/T 21835），460mm理论内径的管道应选择D508mm系列钢管。
2.计算钢管壁厚
按照《城镇燃气设计规范》计算壁厚：
经计算，D508mm钢管的计算壁厚为9.407mm。
由于该工程处于四级地区，且周边20米建筑物较多，为避免拆迁补偿、节约工期，需采取措施使管道安全间距减小。按照《城镇燃气设计规范》GB 50028第6.4.15规定，“四级地区内高压A地下管道与建筑物外墙面之间的水平净距不应小于30m，当管壁厚δ≥9.5mm时安全间距可缩小至15米。”因此，该工程的高压管道初步选定规格为D508×9.5mm钢管，内径489mm。
（二）校核管道规格
经初步选定的钢管规格还需按《城镇燃气设计规范》和《输气管道工程设计规范》进行一系列参数校核：直管段当量应力校核、弯头组合应力校核、管道径向稳定校核、刚度校核，必要时还需考虑地震载荷和腐蚀余量，计算过程本文不再赘述。经校核，D508×9.5mm钢管满足校核要求，考虑到该地区为四级地区，虽然采取3PE加强级防腐层和牺牲阳极保护，但为安全运行起见，本工程考虑了部分腐蚀余量并结合市场上常规钢管规格最终选定D508×11.9mm钢管，内径484.2mm。
（三）复核输气储气能力
采用稳态水力计算公式，计算出该规格钢管在满足35.8×104 Nm?/d输气规模下，储气调峰能力为71884 Nm?，可以满足该城市的储气调峰需求。
四、结论
（一）高压管道的储气调峰能力与管道规格的选用是密切关联的，通常需要对两者进行反复验算方可得到最佳值。
（二）管道规格的确定与工程现场条件、钢管制造工艺、市场供货情况密切相关，工程中需结合规范要求的安全间距等情况综合考虑。
（三）管道摩擦阻力系数λ及燃气压缩因子Ζ对水力计算也有较大影响，计算过程中相对密度Δ、运动粘度υ的取值应尽量采用上游提供的经过分析的气质数据，以尽量减小雷诺数Re和阻力系数λ计算误差。
参考文献：
[1]输气管道工程设计规范 GB50251-2003.
[2]城镇燃气设计规范GB50028-2006.
[3]《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》GB/T 9711.
[4]《焊接钢管尺寸及单位长度重量》GB/T 21835.