1 概述
1985年华北油田第一条进京输气管线建成，北京市管道供气增加了天然气气源。1997年9月陕甘宁长庆气田开始向北京市供应天然气，由此北京天然气进入了飞速发展的时期。随着北京市城市大气环境治理的深入，特别是2008年将在北京举办奥运会，北京能源结构进一步向清洁能源发展，为此加大了天然气置换人工煤气的力度，2006年7月焦化厂停止向城市供气。
近50年的发展历程，使北京市天然气供应规模不断扩大，管网输配系统逐步完善。截止2005年底，天然气居民用户为286万户，当年购入量为30.8亿立方米，天然气管网总长度为7004.5公里。调压站613座，调压箱3108座，四个储备厂总储气能力为70万立方米。
2 天然气输配系统现状
2.1 天然气气源
北京市的天然气目前由华北油田和陕甘宁长庆气田两家供应。
从1987年底开始，华北油田气分别由东线和南线两条输气管线送到北京市。东线管径DN200，全长69公里，输送到北京市东郊(垡头)门站。南线管径 DN500，全长64公里，输送到北京市南郊(潘家庙)门站。目前华北油田平均日供气能力10万立方米。1997年9月长庆气田气由陕京一线向北京市供气，陕京一线管径DN660，全长900公里，设计压力6.4兆帕，接受门站为衙门口和次渠门站，2005年7月陕京二线通气，接受门站为采育门站。陕京二线管径DN1000，全长900公里，设计压力10兆帕。
陕京线配套地下储气库共4个，分别为：大张砣、板876、板中南高点、板中北高点(一期)，储气能力合计14亿立方米。
2.2 天然气输配设施
到2005年底，市内天然气管道总长7004公里，其中高压A(4.0兆帕)管道29公里，高压B(2.5兆帕)管道264公里，次高压A(1.0兆帕)管道423公里，中压管道2227公里，低压管道4061公里。管网压力级制为五级，高压A(4.0兆帕)，高压B(2.5兆帕)，次高压A(1.0 兆帕)，中压(0.2～0.4兆帕，目前为0.1兆帕运行)，低压(5000帕，目前为3000帕运行)。高压A管道管径为DN500～1000，高压B 管道管径为DN300～700次高压A管道管径为DN200～500，中压管道管径为DN100～500，低压管道管径为DN50～500。
目前，北京市天然气地下管线管材为钢管和PE管两种。管道的敷设方式为直埋。天然气管道的防腐方法为：中低压管道防腐一般采用塑化沥青胶带，次高压管道防腐一般采用环氧粉末喷涂加牺牲阳极保护，高压管道防腐采用三层PE加牺牲阳极保护。
现有天然气调压站613座，其中高压14座，高中压50座，中低压549座。储罐站4座(东郊、北郊、南湖渠、小屯)，总储气能力70万立方米，占日供气能力约3%。其中东郊罐站有罐容5000立方米球罐4个，储气能力10万立方米。北郊、南湖渠、小屯储罐站各有几何容积1万立方米球罐4个，每个储罐站储气能力20万立方米。
2.3 天然气输配管网特点
2.3.1 供气规模大、供应领域多，输配设施复杂
2006年预计供应天然气为38～40亿立方米，2010年将达到60～70亿立方米，2020年将达到120亿立方米。其用户类型包括居民、公服、工业、采暖、制冷、汽车、热电厂、区域三联供系统等，管网压力级制为五级。这样庞大复杂输配系统国内是首屈一指的。
2.3.2 输配设施技术及设备先进，供气安全可靠性较强
北京市自陕北天然气进京以来，天然气发展迅速，各输配设施建设项目也相应大幅度增加，由于对首都燃气供应安全的充分重视，新建了一大批先进的输配设施，特别是建立了目前达到国内先进水平的SCADA系统，同时我们投入大量的技术力量和投资对原有煤气管线进行了改造，这些管网设施有利地保证了天然气供应的安全性与可靠性。
2.3.3 城市管网储气能力不足，调峰能力弱
为改善首都环境质量，采暖用气量持续多年大幅度增加，目前采暖量占年用气量的60%以上，采暖量的增加使冬夏季用气量峰谷差加大，给输配管网调度造成了极大的压力。根据近年的用气量统计，冬季计算月用气量约是年平均月用气量的5～8倍，极端高峰日与低峰日用气量比值高达10：1。但城市内的储气设施只有70万立方，不足近年冬季预测高峰日3300万立方米的2%，储气能力的不足，对冬季供气安全造成极大的隐患。
3 六环高压管网设计标准及主要技术参数
北京市六环路建设的天然气高压管线一期工程，将承担接收外部气源来气、向市区配气、向郊区县新城及有条件城镇供气、保证天然气热电厂用气的重要任务。
2005年为满足天然气发展的需要建设了六环天然气高压一期工程，起点为京开高速公路西侧与六环路交汇处的大兴区念坛，终点为昌平区西沙屯，全长约107公里，沿线建设4座高压A级调压站，管径DN1000，设计压力4.0MPa。(规划图见图3－1)
由于北京首次建设4.0兆帕高压管线，我们开展了4.0兆帕高压管线相关问题的研究，并将研究结果运用到了管线建设中，取得了较好效果，现对高压管线设计标准及主要技术参数介绍如下：
3.1 依据标准
本项目共收集美国、英国、原苏联、日本、加拿大、欧洲等国家相关规范10部，国内相关规范4部。从适用压力范围、强度设计系数、选线水平净距等方面内容对规范进行了对比研究。通过对比情况来看，《城镇燃气设计规范》GB50028-93(2002年版)整体上偏于严格和保守，六环路4.0MPa天然气管道设计时执行的是国标。
3.2 管材
通过对国内外近10项标准的对比研究，钢管的选择采用标准化钢管系列，与国际接轨，并为今后设备安装、管网运行检修带来方便，增加通用性。六环4.0兆帕管道则选用了X70钢级的钢材。
关于采用螺旋缝管和直缝管的问题我们进行了大量论证，并召开了专家论证会，虽然直缝管与螺旋缝管相比在加工工艺上存在单位长度内焊缝短的优势，但由于同等板材下直缝管造价高，且对于4.0MPa压力的管道，在长输管道中属于较低的压力，用螺旋缝管满足要求，故在大部分地区采用了螺旋焊管，这一举措使管材总费用下降约20%。
对于钢管焊接问题，因焊接时热量作用，急速加热冷却部分，多少会呈现与母材不同的性状，特别是高屈服点和厚度大的材料的焊接部，会产生裂缝，施工时要特别引起注意。
3.3 管道防腐和电保护
国内目前对三层PE外防腐层开始在长输管线和城市输配干线中大规模应用。陕京管线和西气东输工程外防腐层采用三层PE外防腐层。结合该工程的重要性、管线建设场地的地质、环境条件，管道外防腐层推荐采用三层PE方案。
六环天然气管线建设地域跨度大，包围了除内城四个城区的北京所有行政区域，据有关资料表明，此区域土壤环境腐蚀性相对较强，而且地质地貌变化明显，地面、地上情况复杂。在考虑采取的腐蚀控制措施时，不但要考虑土壤环境因素引起的土壤电化学腐蚀、细菌腐蚀及杂散电位干扰，还应考虑由差异电池引起的各种腐蚀效应。
北京六环路高压管线的阴极保护采用多站、小电流、高性能柔性阳极强制电流阴极保护方案。采取这一方法，既能避免采用牺牲阳极对有效保护寿命的担忧，又能充分发挥外加电流法阴极保护的优点而避免可能产生的干扰、污染等缺点，真正实现扬长避短。
3.4 管线阀门
通过对国内外燃气管道设计规范的研究，管线阀门可以是手动、自动或遥控阀门。根据北京市敷设管线的具体情况和管道沿线的环境条件，分段阀门以手动阀门为主，管线的控制宜结合厂站布置采用电动控制阀门。阀门根据管线中轴线设置在半地下的阀室内，阀门前后设放散，放散管上均为双阀，根部为球阀，其后为放空专用截止阀。线路干线阀室内不安装波纹管，阀门采用焊接体和焊接端球阀。分支阀门形式根据运行管理需要确定。
3.5 通球
设置清管设施一方面是为了进行必要的清管，另一方面也是为了正常生产时的管道检测。管道内壁粗糙及管内存有污物是管输效率降低的主要原因，同时，管内污物还造成下游厂站设备的损毁。电子检管在发达国家已日益普遍，已被认为是一有效的管道状况检查办法，且无须挖掘或中断燃气供应。高压燃气管道及管件设计应考虑日后清管或电子检管的需要，并预留安装电子检管器收发装置的位置。
3.6 调压工艺
燃气输配系统中各种压力级制管网之间调压站的基本结构之间没有本质上的差别。调压站的大小和配置的范围，要根据要求的供气能力、上下游管网的设计压力和运行压力，调压设施在输配系统中的位置、作用和重要性来确定。完整的调压站工艺流程如下：
调压器入、出口压差大于1.6MPa并且调压器入口最大工作压力大于出口管道强度测试压力时，应安装两个安全装置。全流量的放散阀只能用做第二安全装置，与非排放式的安全装置一起使用。结合北京市燃气输配系统的具体情况和运行管理水平，厂站调压工段的调压流程如下：
门站：运行人员长期运行
4.0MPa→2.5MPa： 切断阀+调压器
4.0MPa→1.0MPa(及以下)： 切断阀+监控器+调压器
2.5MPa→1.0MPa: 切断阀+调压器
2.5MPa→0.4MPa及以下： 切断阀+监控器+调压器
调压站：运行人员定期运行
4.0MPa→2.5MPa： 监控器+调压器
4.0MPa→1.0MPa及以下： 切断阀+监控器+调压器
2.5MPa→1.0MPa： 监控器+调压器
2.5MPa→0.4MPa及以下: 切断阀+监控器+调压器
环网上的调压站，以上几种方案即能基本满足要求，但对于下游为独立管网系统、站址比较特殊和设计压力不低于2.5MPa的调压站，不论调压器出口压力高低，从安全角度出发，应采用切断阀+监控器+调压器方式比较稳妥。例如：李桥调压站调压，进口设计压力4.0MPa；一期高压B出口设计压力 2.5MPa，采用监控器+调压器形式，中压A出口设计压力0.4MPa，采用切断阀+监控器+调压器。
4 引起思考的几个问题
4.1 尽快开展天然气管网合理布局的研究
管网设计压力级制和运行压力选择适宜，门站及各级调压站分布及工艺流程布置合理，是保证各类天然气用户需求，满足管网建设运行经济性最重要条件之一。
全国各城市天然气供气规模越来越大，用户类别越来越多，市内基础设施占地审批越来越困难，如何利用有限的土地资源，合理的进行天然气管网及设施布局，节约管网建设和运行费用是亟待解决的问题。
4.2 城市供应安全保障的研究
随着天然气占能源消费比例的提高，天然气供应安全越来越重要。如何保障天然气供应安全，城市天然气的应急保障方案如何，是否具有操作性，各城市是否需要建立天然气应急或战略储备，这些问题都需要我们尽快解决。
4.3 提高管网输送能力的研究
城市天然气管网峰谷比值的增加，造成天然气管网的输送能力的降低，如何改善目前的用气结构，加大常年均衡和夏季负荷，如何利用价格杠杆鼓励发展直燃机用户和热电冷三联供用户，也是我们长期不懈要解决的问题。
4.4 优化调度的研究
北京市天然气管网SCADA的系统的建立，有利地保障天然气安全运行，但对于天然气经济运行没有做进一步深入研究，今后应积极开展这方面的工作。
