燃气设计说明书.docx
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燃气设计说明书
—
摘要
城市燃气是城市建设的重要基础设施之一，也是城市能源供应当中一个重要组成部分，它为城市工业、商业和居民生活提供优质气体燃料。
城市燃气输配系统的绝大部分系统的绝大部分工程量，属与城市地下基础工程。
本设计的主要内容为老城区天然气供应的规划。
该设计使用的天然气管道主要是无缝钢管。
XX区总供气面积为237公顷，人口达万，属于小型城市，居住也比较集中。
进行规划时除建设接收长输管线天然气的门站外，还设置区域调压站。
因此，除管网的水利计算外，还有门站，区域调压站的设备选型计算。
本设计囊括了从长输管线到门站，经过区域调压站最后进入区域管网的过程。
幸福小区有79栋楼，共948户，包括了平面管网的布置，用户引入管的设计，单管阀门井的设计，凝水缸的设计。
关键词：
天然气门站管道工艺流程节点压力流量
"
Abstract
`
Citygasisanimportantcity-buildinginfrastructureasurbanenergyisalsoanimportantcomponentoftheurbanindustrial,commercialandresidentialgasbythewaysofprovidingqualitygas.Citygastransmissionanddistributionsystemisabasicprojectoftheurbanundergroundworksinthevastmajorityofengineeringsystems.
ThemainelementsofthedesignistheplanningofnaturalgassupplyinLaochengdistrict.Seamlesssteelpipeisusedasgaspipelineinthisdesign.Laochengdistrictwhichcoversasupplyareaof237hectares,population94,800,isasmallcityandthelivingisalsorelativelyconcentrated.Notonlyisagasstorageanddistributionstationinneed,butalsoaregionalregulatorstationneedtobesetupwhenplanningtoreceivelong-distancepipeline.Therefore,inadditiontothewaterpipenetworkcomputing,thereareequipmentselectionsofStorageandDistributionStation,regionalregulatorstations.Thedesignmainlyincludeslong-distancepipelinesfromthereservoirdistributionstations,regulatorstations,aftertheregionalfinaltoentertheprocessofregionalpipelinenetwork.Therewere79residentialbuildings,atotalof948,inXingfulayoutofflatpipenetwork,thedesignofuserconductorandthedesignofcondensatewatertanksareincluded.
Keywords:
NaturalGas；StorageandDistributionStation；pipeline；Technologicalprocess；jointpressure；flux
1原始资料1
用气量指标1
基本参数2
"
2天然气性质的计算4
天然气平均分子量5
天然气的平均密度5
相对密度6
粘度6
爆炸极限8
干湿燃气的高低热值10
3用气量的计算12
—
各类用户用气量计算12
绘制储气变化曲线15
4燃气管网规划19
燃气管网系统选择和管线的布置原则19
调压站23
调压器27
管道、阀门的选择31
水力计算34
…
5门站设计40
门站设计40
门站平面布置41
储气罐的选择43
6小区燃气设计44
布线44
燃气区域调压柜49
水力计算50
》
设备选择56
管道埋设59
7设计总结61
参考文献62
致谢63
1原始资料
本设计所给的图纸包括城市规划资料（附城市规划图）、小区平面图（未标明层数的建筑以6层计）。
用气量指标
城市人口密度：
400人/公顷，气化率94%，无集中供暖。
城市用气量指标选择
（1）城市居民生活用气量指标可以按如下选择：
无集中供暖的用户：
1884-2303MJ/（人.年）
（2）公共建筑用气量指标按下表选择
表公共建筑用气量指标
类别
单位
用气量指标
职工食堂（人数为总人口的5%）
MJ/（人.年）
1884-2303
饮食业（28座/千人）
MJ/（座.年）
7955-9211
托儿所幼儿园（入托人数占总人口的15%，70%入托）
全托（30%）
MJ/（人.年）
1884-2512
半托（70%）
MJ/（人.年）
1256-1675
医院（10床/千人）
MJ/（床位.年）
2931-4187
旅馆（10床/千人）
MJ/（床位.年）
3350-5024
高级宾馆（2床/千人）
MJ/（床位.年）
8374-10467
理发（男女比例2：
1，男，12次/人.年，概率；女，6次/人.年，概率）
MJ/（人.年）
（3）工业企业用气量指标如下表
表工厂耗热指标及班制
序号
厂名
耗热指标（106千卡／月）
班制
１
玻璃仪器厂
144
1
2
糕点厂
82
2
3
糖果厂
80
1
4
铅笔厂
96
3
5
毛纺厂
100
3
6
印染厂
600
3
1班制工作时间为8-16时，2班制工作时间为8-24时，3班制工作时间为0-24时
小区用气量指标
居民用户：
50％用户安装双眼灶（负荷），50％用户安装双眼灶和快速热水器（负荷
基本参数
（1）天然气成分
CH489%，C2H65%，C3H83%，CO22%，N21%，D0.025Kg/NM3
（2）门站天然气压力：
最大冻土深度：
43cm
（3）不均匀系数
表月用气量占年用气量的百分数（％）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
系数
9
9
11
表日不均匀系数
星期
一
二
三
四
五
六
日
系数
表小时用气量占日用气量的百分数（%）
小时
0—1
1—2
2—3
3—4
4—5
5—6
6—7
7—8
系数
4
6
小时
8—9
9—10
10—11
11—12
12—13
13—14
14—15
15—16
系数
小时
16—17
17—18
18—19
19—20
20—21
21—22
22—23
23—24
系数
1
2天然气性质的计算
根据给定的燃气成分，进行混合气体性质的计算：
需要确定气体性质有平均分子量、平均密度及相对密度、粘度、爆炸极限、含湿量以及干、湿燃气的高、低热值。
设计中所用的天然气含湿量为：
dg=
干燃气
表天然气成分
组分
CH4
C2H6
C3H8
CO2
N2
容积成分
89%
5%
3%
2%
1%
天然气平均分子量
工程上将标准状态下，
天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。
其计算公式如下：
式（2-1）
式中：
—混和气体平均分子量
—各单一气体容积成分（%）
—混和气体中个单一气体的分子量
天然气的平均密度
单位体积天然气的质量，成为天然气的密度，用符号
表示：
式（2-2）
式中：
—混合气体的平均密度（
）
—混和气体平均分子量
—混和气体平均摩尔容积（Nm3/kmol）
平均摩尔容积计算公式：
式（2-3）
式中：
—各单一气体容积成分（%）
—各单一气体的摩尔容积（Nm3/kmol）
天然气平均密度：
相对密度
在标准状态下，天然气密度与干燥空气密度的比值成为相对密度，常用符号
表示：
式（2-4）
式中:
—混合气体相对密度（空气为1）
—混合气体的平均密度（kg/Nm3）
—标准状态下空气的密度（
）
天然气相对密度为：
粘度
气体或液体内部一些质点对另一些质点位移产生阻力的性质，叫做粘度，包含动力粘度和运动粘度。
粘度是气体或液体内部摩擦产生的阻力，当气体内部有相对运动时，就会因为摩擦产生内部阻力。
摩擦愈大，阻力愈大，气体流动就愈困难。
（1）动力粘度
近似计算公式如下：
式（2-5）
式中:
—混合气体在0°C的动力粘度（）
—各组分的质量成分
—相应各组分在0°C的动力粘度（）
将天然气个组分的容积成分换算成质量成分：
计算公式：
式（2-6）
表各组分的动力粘度表μ（）
CH4
C2H6
C3H8
CO2
N2
带入得天然气的动力粘度：
（2）运动粘度
混合气体的运动粘度可近似按下式计算：
式（2-7）
式中:
—混合气体的运动粘度（m2/s）
—相应的动力粘度（Pa
S）
—混合气体的密度（kg/Nm3）
带入得天然气运动粘度：
爆炸极限
可燃气体在空气中的浓度低于某一极限值时，氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量，使燃烧不能进行；当其浓度超过某一极值时，由于缺氧也无法燃烧。
前一浓度极限称爆炸下限，后一浓度极限称爆炸上限。
两边界值之间的这种浓度区间称为爆炸区间。
当燃气混合气体中含有惰性气体时，可将某一惰性气体成分与某一可燃气体组合起来视为混合气体中的一种组分，其容积成分为二者之和，按下面公式算得，爆炸极限可由《燃气输配》图1-12、1-13查的。
式（2-8）
式中
—含有惰性气体的燃气爆炸极限（体积%）
—由某一可燃气体成分与某一惰性气体成分组成的混合组分在混合气体中的容积成分（%）
—由某一可燃气体成分与某一惰性气体成分组成的混合组分在该混合比时的爆炸极限（体积%）
—未与惰性气体组合的可燃气体成分在混合气体中的容积成分（%）
—未与惰性气体组合的可燃气体成分的爆炸极限（体积%）
将成分中的CH4与N2组合，C3H8与CO2组合，剩余C2H6
由图1-12查得CH4与N2在上述混合比时的爆炸极限为5%-15%，由图1-13查得C3H8与CO2在上述混合比时的爆炸极限为3%-11%。
由《燃气输配》表1-2查得未与惰性气体混合的乙烷的爆炸极限为%-13%。
爆炸下限:
爆炸上限：
干湿燃气的高低热值
单位体积或单位质量的天然气燃烧时，所发出的热量称为天然气的燃烧热值，简称天然气热值，单位MJ/Nm3。
高热值是指1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值是指1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所放出的热量。
高低热值数值差为水蒸气的气化潜热。
1）干燃气高低热值
混合可燃气体的热值可由热量计测得或由单一气体的热值根据混合法则按下式计算：
式（2-9）
式中：
—混合可燃气体的高热值或低热值（
）
—各单一气体容积成分（%）
—燃气中可燃组分的高热值或低热值（
）
表可燃组分的高低热值表
组分
高热值（MJ/Nm3）
低热值（MJ/Nm3）
CH4
C2H6
C3H8
干燃气的高热值：
干燃气的低热值：
2）湿燃气高低热值
干湿燃气低热值的换算公式：
式（2-10）
式中:
-湿燃气的低热值（
湿燃气）
-干燃气的低热值（
干燃气）
-燃气的含湿量（
干燃气）
=
干燃气
干湿燃气高热值的换算公式：
式（2-11）
湿天然气的高热值：
湿天然气的低热值：
3用气量的计算
各类用户用气量计算
3.1.1居民用户的用气量
根据各小区的面积和人口密度可算得城镇总人口，有总人口和气化率可算得用气人口数，有该值和居民生活用气量指标最后得出居民用气量。
老城区面积为237公顷，人口密度为400人/公顷，无集中供暖用户的用气量指标为1884-2303MJ/（人·年），计算取2100MJ/（人·年），燃气低热值为Nm3。
老城区总口237×400=94800人
用气人口94800×94%=89112人
小区负荷89112×2100=0MJ/年
小区用气量0÷=Nm3/年
计算可得城镇总人口为94800人，用气人口为89112人，居民年用气量为年。
3.1.2公共建筑用气量
公共建筑用户：
根据由建筑面积确定的人口和公共建筑用气量指标，计算负荷。
综合考虑影响公共建筑用气量指标的重要因素，用气设备的性能，热效率、加工食品的方式和地区的气候条件等。
再结合《燃气输配》表2—2得公共建筑的用气量指标确定如下：
表公共建筑用气量指标表
类别
单位
用气量指标
职工食堂（人数为总人口的5%）
MJ/（人.年）
1884-2303
饮食业（28座/千人）
MJ/（座.年）
7955-9211
托儿所幼儿园（入托人数占总人口的15%，70%入托）
全托（30%）
MJ/（人.年）
1884-2512
半托（70%）
MJ/（人.年）
1256-1675
医院（10床/千人）
MJ/（床位.年）
2931-4187
旅馆（10床/千人）
MJ/（床位.年）
3350-5024
高级宾馆（2床/千人）
MJ/（床位.年）
8374-10467
理发（男女比例2：
1，男，12次/人.年，概率；女，6次/人.年，概率）
MJ/（人.年）
表各公共建筑用气量
部门类别
消费人次
用气量指标
用气负荷
（MJ/年）
用气量（Nm3/年）
职工食堂
5040
2100
.80
饮食业
2823
8500
.48
托儿所全托
3175
2200
托儿所半托
7409
1400
.18
医院
1008
3500
旅馆
1008
4000
高级宾馆
202
9200
理发男
564519
理发女
100807
以职工食堂为例，人口占总人口的5%，用气量指标取为2100MJ/（人.年）
该部门的消费人次94800×5%=5040
该部门用气负荷4740×2100=9954000MJ/年
该部门用气量9954000÷=年
由上表可得公共建筑总用气量为年
3.1.3工业用户用气量
表工厂用气量
厂名
班制
耗热指标
年用气负荷（MJ/年）
年用气量（Nm3/年）
小时用气量（Nm3/h）
（106千卡/月）
机械厂
3
560
木材加工厂
3
144
7231680
糖果厂
1
80
4017600
玻璃制品厂
3
2560
0
冶炼厂
3
3440
0
以机械厂为例，耗热指标为560
106千卡/月,相当于2343600MJ/月。
用气负荷2343600×12=MJ/年
年用气量÷=年
小时用气量÷12÷30÷24=h
由上表可得各工厂总的年用气量为Nm3/年
绘制储气变化曲线
3.2.1储气罐功能
储气罐的主要功能有以下三点：
1）随燃气用量的变化，补充制气设备所不能及时供应的部分燃气量。
2）当停电、维修管道、制气或输配设备发生短暂故障时，保证一定程度的供气。
3）可用以混合不同组分的燃气，使燃气的性质（成分、发热值）均匀。
3.2.2确定储气体积
确定储气罐容积时，主要根据上述第一项功能。
为平衡一天中的不均匀用气设置储气设备，则制气设备可以按计算月最大平均小时供气量均匀的供气。
夜间用气量低时，多余燃气储存在储气设备内，以补充日间用气量高于生产量时的不足部分。
利用日不均匀系数确定储气体积
表工厂小时用气量计算表
小时
0—1
1—2
2—3
3—4
4—5
5—6
6—7
7—8
三班制
总量
小时
8—9
9—10
10—11
11—12
12—13
13—14
14—15
15—16
一班制
三班制
总量
小时
16—17
17—18
18—19
19—20
20—21
21—22
22—23
23—24
三班制
总量
以0-1时为例，这一时段只有三班制工厂在运转，三班制工厂有机械厂、木材加工厂、玻璃制品厂和冶炼厂。
三班制工厂的小时用气总量+++=h
表城区总小时用气量计算表
小时
0—1
1—2
2—3
3—4
4—5
5—6
6—7
7—8
百分数
6
4
6
居民商业
工业
小时流量
小时
8—9
9—10
10—11
11—12
12—13
13—14
14—15
15—16
百分数
8
居民商业
工业
小时流量
小时
16—17
17—18
18—19
19—20
20—21
21—22
22—23
23—24
百分数
1
居民商业
工业
小时流量
以小时0-1为例
居民和商业的平均日用气量：
+÷365=Nm3/d
0-1时段的居民和商业用气量×％=h
0-1时段的所有用户用气量+=h
由上表可看出最大小时用气量即高峰小时用气量出现在16-17时，其值为h。
列储气容积计算表：
其中表中的第2项为从计算开始时算起的燃气供应量累计值；燃气小时供应量包含供给居民、商业和工业三部分的总和。
第4项为从计算开始算起的用气量累计值；第2项与第4项数值之差，即为该小时末燃气的储存量（储气设备中应有的储气量）。
在第5项中找出最大和最小的数值，这两个数值的绝对值相加即所需储气容积。
表储气容积计算表
小时（时）
燃气供应量的累计值
用气量
燃气的储存量
该小时内
累计值
0—1
1—2
2—3
3—4
4—5
5—6
6—7
7—8
8—9
9—10
10—11
11—12
12—13
13—14
14—15
15—16
16—17
17—18
18—19
19—20
20—21
21—22
22—23
23—24
燃气小时供应量：
（++）÷365÷24=h
确定储气罐的实际容积时，应考虑到供气量的波动，用气负荷的误差、气温等外界条件的突然改变以及储气设备的安全操作要求（如低压湿式罐不易升降至极限位置等）。
故储罐的实际实际容积应有一定的富余。
取储气罐留有20%的富余量。
所需的储气容积为：
（+×=6353Nm3
3.2.3绘制用气量和储气量变化曲线
图3。
1用气量和储气量变化曲线
4燃气管网规划
燃气管网系统选择和管线的布置原则
4.1.1燃气管网系统的选择
4.1.1.1城市燃气管网系统
城市输配系统的主要部分是燃气管网，根据所采用的管网压力级制不同可分为以下几个等级:
一级管网系统。
仅用低压管网来分配和供给燃气，一般只适合用于小城镇的供气。
两级管网系统。
由低压和中压B或低压和中压A两级管道组成。
三级系统。
包括低压、中压和高压的三级管网。
多级系统。
由低压、中压B、中压A和次高压B,甚至次高压A的管网组成。
本设计选用低压和中压A两级管网系统来完成该城市的规划。
4.1.1.2采用不同压力级制的原因
城市燃气输配系统中管网采用不同压力级制，其原因如下：
1）管网采用不同的压力级制是比较经济的。
因为大部分燃气系统有较高压力的管道输送，管道的管径可以选得小一些，以节省管材。
如由城市的某一地区输送大量燃气到另一地区，则采用比较高的输气压力比较经济合理，有时对城市里的大型工业企业用户，可敷设压力较高的专用输气管线。
2）各类用户需要的燃气压力不同。
如居民用户和小型公共建筑用户需要低压燃气，而大型工业企业则需要中压或高压燃气。
3）消防安全要求。
在城市未改建的老区，建筑物比较密集，街道和人行道都比较狭窄，不宜敷设高压或中压A管道，
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