摘要：随着城市化建设的不断发展，人们的生活和物质水平也在不断提高，对于天然气工程的要求也越来越高。为了充分保证人们对于天然气的需求，相关工作人员需要不断发现和解决我国天然气管道中出现的问题，并在设计过程中有效避免问题的发生。本文首先对天然气管道进行概述，然后对拱形天然气管道设计和优化要点进行分析，旨在为促进我国天然气管道建设发展提供参考。
1天然气管道概述
天然气管道系统作为城镇基础设施建设的重要组成部分之一，对于城镇现代化建设进程影响重大，可以说其建设效果直接决定了城镇经济发展和现代化水平，更是对人们的日常生活具有不可替代的作用和意义。现代化的天然气管道设计呈现出不同的特点。①天然气管道设计更加专业化。由于城镇天然气管网运行对于居民生活影响巨大，一旦发生泄露或者爆炸，会造成不可挽回的负面影响，严重威胁人们的生命和财产安全。因此天然气管道变得更加专业化，在面对事故发生时具备更加高效、专业的反应和解决能力。②天然气管道的自动化。天然气管道的设计与实际应用过程是一个复杂且多变的过程。因此，为了提高天然气管道的运行稳定性，在设计阶段需要充分考虑和引用现代化自动控制技术，提高各个天然气管道设备之间的转换和衔接速度。
2 拱形天然气管道
2.1 简述
在管道建设中常常遇到河流、湖泊、构建筑物及其他障碍物，管道建设不得不采用穿越或者架空跨越的方式，在河床稳定性差边坡冲刷严重的地方开挖管沟困难，架空跨越往往比较经济合理。拱形天然气管道是利用钢管自身的刚度，煨成一个圆弧形无铰拱的大跨度结构。拱形天然气管道除运输作用外，还可兼作支撑结构。一般跨越铁路、公路、河流和山谷时，采用拱管结构。拱形管道示意图见图 1。
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图1.拱形天然气管道示意图
2.2 矢跨比确定
拱形管道设计时，首先要确定管道的合理的矢跨比，即管拱的矢高与跨距之比（f/L），矢跨比的大小，主要和管道自重、风荷载和温度有关，一般为 1/12～1/4。
3 拱形天然气管道的施工需要注意事项
3.1 拱形管道的施工要求
施工时，拱管的弯曲半径要与图纸相符，管弧要光滑；管子对接时，应先开好“V”形坡口，使管壁焊透，确保焊接质量；弯曲好的拱管、拱顶与拱趾要平，不可扭曲；安装管托与拱形管道及管架面上的金属件焊接要牢固。
3.2 拱形管道的制作
3.2.1 拱管长度
拱形管弯制时，直管总长度[S]的确定如下式中：
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S指拱跨内的拱管弧长；d h 指拱管的管子外径；x指系数，一般根据管径大小确定，其选用原则：当 ，取 x=6；当 ，取 x=4；当 ，取 x=2.5。
3.2.2 拱形管道的弯制
拱形管道的弯制常用三种施工方法：热弯法，冷弯法和焊接法。采用热弯法弯制时，必须把灌沙烘干。采用冷弯法时，先弯后接法：根据直管长度，先把它一根根弯好，最后拼成一根整体的拱形管道，先接后弯法：按照设计的整根拱形管道弧长把直管段一根根焊接起来，最后整根的弯成拱形管道。采用焊接法时，对于钢板卷成的管子冷弯有困难时，可把一节节钢板卷管，拼焊成折线状多边形管道。拱形管道按照圆拱设计的不可采用此法制作。
3.3 拱形管道的安装
拱形管道安装方法主要有两种：立杆安装和坦克吊按装。
3.3.1 立杆安装
采用两根扒杆，每边一根，其中一根为独脚扒杆，另一根为摇头扒杆。起吊前先将拱形管道放置在两只管架的中间，吊装时，两根扒杆需同时起吊。
3.3.2坦克吊安装
拱形管道使用坦克吊安装时，施工比较方便，吊装完毕可即可离开。跨度较大时，应采用多点起吊。以上两种安装方法比较，坦克吊安装与立杆安装相比较，它可以减少管子移位，省去了立杆安装的许多准备工作，缩短安装时间。
3.4管网设计参数
天然气管道的设计内容包括对于天然气管道内部压力差值和输入输出流量数值的选择和确定。因此在天然气管道设计过程中，需要加强对于相关参数的选择和应用。合理的选择参数不仅能够优化天然气管道路段，而且能够通过排列组合的优化分析，选择最为科学且实用的设计参数，提高天然气管道设计与实际应用情况的匹配程度。比如对于天然气管道的经过街道的各项参数，综合考虑街道结构、街道人口、街道面积、管道面积等，通过多次实地调查，进行合理的管网设计参数选择，从而综合提高天然气管道运行的可靠性和稳定性。??
3.5天然气管道材料选择
随着经济和科学技术的不断发展，天然气管道的材料选择也更加多样化和专业化。过去常用的天然气管道材料往往使用钢制材料或者铁质材料的。并且将天然气管道深埋地下，进行天然气输送。这种方式结构较为简单，但是实际应用过程中容易出现故障问题，比如由于复杂环境造成的天然气管道腐蚀和损坏。并且，由于外部环境复杂多变，钢制管道长时间深埋地下容易造成综合性能和使用寿命降低，逐渐被腐蚀破坏。这种情况一旦发生，不仅为工作人员造成巨大的维修困难，而且影响范围较广，维修成本较高，对周围天然气用户造成长时间的不利影响。经过长时间应用摸索，目前我国天然气管道中大多使用PE管。这种天然气管道材料不仅后期维修操作便利，而且对于经济水平和安装结构要求较低，有利于天然气企业的发展。
4 结论
综上所述，通过应力的比较，校核选用的矢跨比的是否满足要求。若拱形管子满足强度要求，可进行拱形管道刚性支架的设计；若拱形管道不满足强度或稳定性要求，则参考计算数据采取相关措施后进行调整。天然气管道的设计规划对于我国城市化建设产生了重要影响，合理的天然气管道设计优化能够减少能源浪费，提高天然气管道运行效率，为人们提供更加便利的生活和居住条件。我国城市化进程的发展与天然气管道设计发展之间联系密切，为了不断提高我国天然气管道的运行稳定性和安全性，需要相关工作人员不断提高自身专业素养，充分把握设计要点，结合实际情况进行优化创新。
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