合肥地区某市进行燃气管网的规划毕设论文.docx

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合肥地区某市进行燃气管网的规划毕设论文

摘要

城镇燃气化是城市现代化的重要标志之一。

城镇燃气在发展生产、提高人民生活水平、节约能源、减轻污染、改善环境等方面起着重要作用。

本设计主要是针对合肥地区某市进行燃气管网的规划，该设计采用天然气为气源，燃气管道主要采用钢管。

首先根据城市的面积及人口情况对该市的燃气需用量进行确定，然后根据用气量及规划要求进行管网设计。

在设计燃气管网时，应全面考虑经济、技术等方面因素，选择经济合理的最佳方案。

因此本设计选用了中压一级管网系统。

根据管网的布置和流量，经过水力计算的一系列步骤确定管径；再将管径作为已知条件，选取调压设施以及用户燃具以满足供应的压力要求，因此设计具有一定的技术性和经济性。

关键词：

天然气管网用气量水力计算门站管径

Abstract

Towngasisoneoftheimportantsymbolsofurbanmodernization.Towngasplaysanimportantroleinthedevelopmentofproduction,improvinglivingstandards,energyconservation,reducepollution,improvetheenvironment.

ThedesignisintendedforaplanningofcitygaspipelinenetworkinHefeiarea,thedesignusesnaturalgasasthegassource,gaspipelinesprimarilyusedinthesteel.Firstly,accordingtothecityareaandthedemographicsituationofthethisareatodeterminetheamountofgasneeded;andsecondlytodesignthenetworkaccordingtothegasconsumptionandtherequirementsoftheplan.Inthedesignofgaspipelinenetwork,theeconomic,technologicalandotherfactorsshouldbeconsideredcomprehensively;finally,weshouldchoosethebesteconomicalsolution.thereforethisdesignhasselectedcenterpresseslevelofpipenetworkssystems.

Intheabovepipenetworksystem,usedtheregiontoadjustthepressuretostandtotheregionairfeedway.Accordingtopipenetworkarrangementandcurrentcapacity,processwaterpowercomputationaseriesofstepsdefinitecaliber;Againthecalibertookthedatum,afterselectstheaccenttopressthefacilityaswellastheuseragainburnshassatisfiesthesupplythepressurerequest.Thedesignhastheverygoodtechnicalnatureandtheefficiency.

Keywords:

NaturalgaspipelinenetworkGasconsumptionHydrauliccalculation

NaturalgasGateStationDiameter

目录

摘要1

序言8

1概述9

1.1工程概况9

1.1.1地理位置9

1.1.2城区概况9

1.1.3自然条件与地质条件9

1.1.4气源情况9

1.2供气范围与原则10

1.2.1供气原则10

1.2.2供气范围10

2燃气质量要求及燃气的加臭11

2.1城镇燃气质量要求11

2.2城镇燃气的加臭11

3气源基本参数的确定13

3.1燃气成分及基本性质13

3.2基本参数14

3.2.1平均分子量14

3.2.2平均密度和相对密度14

3.2.3混合气体的临界温度与临界压力15

3.2.4混合气体的粘度15

3.2.5混合气体的爆炸极限16

3.2.6混合气体的热值的计算17

4用气量的确定18

供气对象18

供气原则18

规划人口及普及率19

4.1年用气量的确定20

4.1.1居民年用气量20

4.1.1.1影响居用户燃气耗热指标20

4.1.1.2年用气量指标的确定20

4.1.1.3年用气量的计算20

4.1.2公共建筑年用气量21

4.1.2.1影响公共建筑耗热的因素21

4.1.2.2公共建筑的用气量指标的确定21

4.1.2.3公共建筑年用气量的计算23

4.1.3工业企业的年用气量23

4.1.3.1影响因素23

4.1.3.2工业企业耗气量指标及班制24

4.1.3.3工业企业年用气量的计算24

4.1.4汽车用气量25

4.2高峰小时计算流量26

4.2.1居民和公共建筑不均匀系数及计算流量26

4.2.2工业企业的不均匀系数和计算流量28

5用气量的平衡和储气容积31

5.1用气量平衡表31

5.2储气容积的计算31

5.2.1平均小时供气量31

5.2.2储气容积的计算32

5.3储气方式的选择34

6燃气输配系统及调压室的确定35

6.1压力级制的确定35

6.2调压站的功能36

6.3调压站的分类36

6.4调压站的设置考虑因素37

6.5调压室的作用半径的计算37

6.5.1每人每小时计算流量E37

6.5.2管道造价系数b38

6.5.3调压室的造价38

6.5.4调压室及低压管网折旧费fg和fln38

6.5.5低压管网计算压降的确定39

6.5.6管网的密度系数39

6.5.7最佳作用半径40

6.5.8各调压站的最佳负荷40

6.6调压站的个数41

6.7调压站的其他设计42

6.7.1调压室的土建设计42

6.7.2调压室的电器设计42

6.7.3调压室的暖通设计42

6.7.4调压室净高42

6.7.5专用调压室42

6.7.6调压室的地面标高43

6.8调压器的选择43

6.8.1调压器应付和以下要求43

6.8.2调压器的类型主要有雷诺型和T型43

7管网及储气站布置44

7.1中压管网的平面布置原则44

7.2管线的布置原则46

7.2.1布线依据46

7.2.2管线的平面布置46

7.2.3管线的纵断面布置47

7.2.4燃气管道跨越障碍物47

7.2.5燃气管道穿越公路48

7.2.6燃气管道穿越铁路设计48

7.2.7燃气管道穿（跨）越河流48

7.3储配站设计原则50

8水力计算51

城区管网输配流程51

管网系统压力参数51

中压管道敷设52

8.1中压管网水力计算52

8.1.1一、二区中压管段水力计算52

8.1.2中压燃气管道水力计算公式55

8.1.3校正计算56

8.1.4各管段途泻流量57

8.1.5低压管网节点流量58

8.1.6各管段的计算流量58

8.1.7计算结果60

8.2中低压两级管网中压管网的计算60

8.2.1中压管网的计算流量60

8.2.2节点流量的计算61

8.2.3计算结果62

8.3中压一级管网水力计算62

8.3.1计算流量62

8.3.2节点流量的计算63

8.3.3计算结果64

9方案经济技术比较65

10管材及防腐68

10.1管材68

10.2管道防腐问题68

10.3燃气管道的防腐方法68

10.3.1绝缘层防护法68

10.3.2燃气管道的阴极保护方法69

11门站、LNG气化站、CNG供气站71

11.1功能及建设规模71

11.2站址选择71

11.3LNG气化站工艺72

11.4CNG供气站工艺72

11.5CNG汽车加气站73

11.5.1概述73

11.5.2发展天然气汽车的优势73

11.5.3适合车种的选择74

11.5.4天然气汽车加气站设计方案的确定74

11.5.5布局与选址75

11.6工艺流程75

12施工组织设计77

12.1按施工图所给定的条件设计77

12.2施工劳动定额77

13城市燃气综合信息管理系统79

13.1综合管理系统总体结构79

13.2SCADA系统79

13.2.1SCADA系统组成80

13.2.2功能、技术要求81

13.3其他信息管理系统功能简介82

14消防规划83

14.1编制依据83

14.2防范措施83

14.2.1总图布置83

14.2.2电气83

14.2.3自动监控84

14.2.4工艺84

14.3消防系统84

14.4生产安全管理84

15环境保护86

15.1环保规划依据86

15.2环境保护规划原则86

15.3本工程概述86

15.4工程对环境影响87

15.5环境保护及污染防治措施87

15.6规划的实施对环保的分析与评价88

16术语说明89

17结论90

谢辞91

参考文献92

附录93

附录一低压管网的计算93

附录二中低压二级中压水力计算结果95

附录三中压一级管网水力计算97

序言

城市燃气是现代化城市人民生活和工业生产的重要能源。

发展城市燃气可以节约能源，减轻城市污染，提高人民生活水平，促进工业生产，提高产品质量，对加速建设现代化城市，改善城市的生态环境和投资环境具有重要意义，其社会综合效益显著。

城市燃气的发展水平也是城市现代化水平的重要标志之一，是建设现代化城市的必要条件。

随着社会的发展进步，人类对生存环境的要求越来越受到重视，传统的以燃煤为主的燃料消费结构对环境造成的巨大影响，也越来越被人类所共识，治理环境刻不容缓。

增加优质能源在城市能源消费结构中所占的比重，特别是加大城市燃气的利用，可以大大减少主要大气污染物二氧化硫、烟尘的排放量，是减少大气污染物对人体损害，提高人民生活质量的最为直接、有效的方式。

城市燃气燃烧后的废气中二氧化硫、氮氧化物的含量远低于其它燃料。

发展城市燃气，具有较好的社会效益、经济效益。

利用城市气作为工业用燃料，可以提高工业产品质量和设备利用效益，节约能源；可以完善城市市政公共设施，改善城市的投资环境，社会效益和经济效益显著。

随着我国城镇居民生活水平的提高，人民对生活的舒适性有了更高的要求，经济性不再是消费者追求的唯一目标。

大力发展利用城市燃气，可以减轻城市居民生活的劳动量及劳动强度、改善家居环境，降低或消除液化石油气在运输、储存、销售、使用等环节上的安全隐患。

使用天然气在经济上比使用液化石油气及电能具有一定的优势。

“我国天然气大发展时代已经到来”。

随着社会的发展和生产、生活文明程度的提高，要求天然气工业有较快的发展，以改善能源结构，保护大气环境。

实现城市民用燃料气体化是城市现代化的重要标志之一，城市燃气使用采用管道供应是现代化城市的发

展趋势，也是城市燃气使用事业的发展方向。

近年来，合肥地区某市人民生活水平有显著的提高，新型居民和公共建筑大量涌现。

这就促使该城市要改变能源结构，向清洁型能源转变。

曾经该城以烧煤为主，污染严重，效率低下，造成了很大的人力，资源浪费。

为了改变此城市不合理的燃料结构，达到节约能源和改善人民生活条件的目的，发展新型节能型燃料已成为当务之急。

天然气的发展可以进一步促进该城经济的发展，为引进外资，发展大型工业企业奠定了基础，使该城快速的完成向现代化城市的转变。

1概述

1.1工程概况

1.1.1地理位置

该城位于江淮之间、巢湖之滨。

市域面积1622公顷，全市总人口60多万，预计10年发展人口增到112万。

该市位于江淮之间，全年气温变化的特点是冬寒夏热，春秋温和。

属于暖温带向亚热带的过度带气候性，为亚热带湿润季风气候，季风明显、四季分明、气候温和、雨量适中、春温多变、秋高气爽、梅雨显著、夏雨集中。

当然由于气候的过度型特征，冷暖气团交锋较为频繁，天气多变，降水变化大，常有旱、涝、风、冻、霜、雹等自然灾害出现。

1.1.2城区概况

该市城区占地1622公顷，总人口近62万。

城区北临大河，水资源丰富。

南北两条铁路干线交汇于该城，为该城的发展提供了便利的交通运输条件。

该城共分四区，均以铁路为界。

该城历史文化悠久，是一个由传统文化古城向现代化文明城市过度的城镇。

目前，工业企业的发展相对落后，主要以轻工业为主。

因此，该城市燃气管道规划刚进入起步阶段。

1.1.3自然条件与地质条件

该城属亚热带季风性湿润气候,气温：

（1）年平均温度为15.7℃

（2）历年极端最低气温-13.5℃，极端最高温度40.3℃,年主导风向：

以东风为主，冬季风速2.6m/s，夏季风速为3.2m/s。

最大冻土深度:

11cm

地质:

抗震防列度为8度。

1.1.4气源情况

随国家的能源的调整，天然气以其投资少，见效快，节约能源，无污染等优势在国内应用越来越广泛。

正在实施的“西气东输”战略工程为该城燃气事业的发展提供了契机，本设计本着统筹规划，合理实施的原则进行规划，以优先该城的能源结构，改善生态环境，加快经济发展步伐。

该城规划气源来源于天然气长输管线，门站站址选在该成南部三区东北部。

1.2供气范围与原则

1.2.1供气原则

国家的供气原则不仅涉及到能源政策及环境保护政策而且与当地的具体情况，条件密切相关。

首先应从提高热效率和节约能源的方面考虑。

（1）优先供应城市居民生活用气

（2）尽量满足供气范围内的公共建筑用气

（3）适当发展工业用户，对于有利于调峰及用煤气后对能节约能源，提高产品质量和生产效益的工业企业优先安排。

1.2.2供气范围

本设计主要气化该城四区，可气化的人口达60万居民，同时对供气范围内的宾馆，饭店，托幼，医院等公共福利设施以及对所有工业用户供应天然气。

由于该城城面积不大，属于中小型的城镇，此次设计采用的中压一级和中低压两级两种方案，均能对该城全城供气，覆盖面较广，本设计虽为近期规划，但规划的时间较长。

2燃气质量要求及燃气的加臭

2.1城镇燃气质量要求

城镇燃气质量指标应符合下列要求：

1.城镇燃气（应按基准气分类）的发热量和组分的波动应符合城镇燃气互换的要求；

2.城镇燃气偏离基准气的波动范围宜按现行的国家标准《城市燃气分类》GB/T13611的规定采用，并应适当留有余地。

3.采用天然气做气源时，天然气的质量指标：

（1）天然气的发热量、总硫量和硫化氢含量、水露点指标应符合现行国家标准《天然气》GB17820的一类气或二类气的规定；

（2）在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的烃露点应比最低环境温度低5℃；天然气中不应有固态、液态或胶状物质。

主要规定叙述如下：

1）天然气的高热值大于31.4

；

2）总硫量小于270

；

3）硫化氢含量小于20

；

4）二氧化碳含量小于3%（体积）；

5）无游离水。

2.2城镇燃气的加臭

城镇燃气是具有一定毒性的爆炸性气体，又是在压力下输送和使用。

由于管道及设备材质和施工方面存在问题和使用不当，容易造成漏气，有引起爆炸、着火和人身中毒的危险。

因此，当发生漏气时应能及时被人们发觉进而消除燃气的泄露。

所以需要对没有臭味的燃气进行加臭。

作为城镇燃气的气源，如干馏煤气、水煤气、油制气、天然气和液化石油气多数含有硫化物，因此其本身都具有臭味。

仅部分地区使用的天然气有时不含硫化物，要求经过加臭后才进行输配使用。

城镇燃气中加臭剂的最小量：

一是无毒燃气（一般指不含一氧化碳、氰化氢等有毒成分的气体）泄露到空气中，达到爆炸下限的20%时，应能察觉；二是有毒燃气（一般指含一氧化碳、氰化氢等有毒成分的气体）泄露到空气中，达到对人体允许的有害浓度时，应能察觉。

对于以一氧化碳为有毒成分的燃气，空气中一氧化碳含量达到0.02%（体积分数）时，应能察觉。

加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味，不应对人体、管道或与其接触材料有害，其燃烧产物不应对人体呼吸有害，并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物经常接触的材料。

常用的加臭剂有四氢噻吩（THT）、三丁基硫醇、乙硫醇、乙硫醚、甲硫醚等。

3气源基本参数的确定

3.1燃气成分及基本性质

燃气是由多种可燃气体和不可燃气体组成的混合气体。

其中可燃气体有碳氢化合物、氢和一氧化碳等，不可燃气体有二氧化碳、氮和氧等。

随着燃气工业的发展，城镇燃气的种类越来越多。

而确定城镇输配系统的压力级制、管径、燃气管网构筑物及防护和管理措施，都与燃气的种类有关；同时燃烧设备是按某一特定的燃气组分设计、制造的，虽然燃具能够适应燃气组分在一定范围的变化，但总有一个限度，若燃气的组分差异很大时，将引起燃烧特性的变化。

所以从燃气输配、燃烧应用和燃气互换性方面考虑，为了使燃气输配企业和燃烧设备制造厂都遵守一个共同的准则，必须将燃气进行分类。

按燃气气源的种类通常可把燃气分为天然气、人工燃气、液化石油气和生物气等。

该规划的气源是天然气，来源于西气东输干线，经城区南部的门站调压送入城市管网。

燃气的基本成分组成和性质见表3-1

表3-1天然气的组分及性质

成分

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

CO2

N2

%

95

2

1

0.5

0.5

1

分子量

16.043

30.07

44.097

58.124

44.01

28.0134

摩尔容积

22.3621

22.1872

21.9362

21.5036

22.2601

22.403

密度

0.7174

1.3553

2.0102

2.703

1.9771

1.254

气体常数

517.1

273.7

184.5

137.2

259.585

1.2504

临界温度

191.05

305.45

368.85

425.85

304.2

126.2

临界压力

4.6407

4.8839

4.3975

3.6173

7.3866

3.3944

临界密度

162

210

226

225

468.19

310.91

高发热制

39.842

70.351

101.266

133.886

/

/

低发热值

35.902

64.397

93.24

123.649

/

/

爆炸极限下限

5

2.9

2.1

1.5

/

/

爆炸极限上限

15

13

9.5

8.5

/

/

动力粘度

10.393

8.6

7.502

6.835

14.023

16.671

运动粘度

14.5

6.41

3.81

2.53

7.09

13.3

无因次数

164

252

278

377

266

112

3.2基本参数

基本参数主要有平均分子量、密度、临界温度与压力、气体的粘度和爆炸极限。

3.2.1平均分子量

平均分子量可由下式算得：

（3-1）

由式（3-1）得：

M=

*（95*16.043+2*30.07+1*44.097+0.5*124+0.5*44.01+1*28.0134）

=17.403kg/kmol

3.2.2平均密度和相对密度

混合气体的平均摩尔体积由下式算得:

Vm=

（3-2）

由式（3-2）得平均摩尔体积：

Vm=

*（95*22.3621+2*30.07+1*21.9362+0.5*21.5036+0.5*22.261+1*22.403）

=22.508Nm3/kmol

平均密度由下式算得:

ρ=

（3-3）

由式（3-3）得:

ρ=17.403/22.508=0.7732kg/Nm3

 相对密度由下式

S=

（3-4）

其中1.293----标态下的空气密度

则由式（3-4）得:

S=0.7732/1.293=0.5980kg/Nm3

3.2.3混合气体的临界温度与临界压力

平均临界压力由下式算得:

Tmc=

（3-5）

由式（3-5）得:

Tmc=

*（95*191.05+2*305.45+1*368.85+0.5*425.95+0.5*304.2+1*126.2）

=196.208K

临界压力可由下式算得:

Pmc=

（3-6）

由式（3-6）得:

临界压力

Pmc=

*（95*4.6407+2*4.8839+1*4.3975+0.5*3.6173+0.5*7.3866+1*3.3944）

=4.6393MPa

3.2.4混合气体的粘度

将容积成分按下式换算为质量成分:

gI=

（3-7）

根据式（3-7）得:

Σyimi=95*16.043+2*30.07+1*44.097+0.5*124+0.5*44.01+1*28.0134

=1740.3

根据式（3-7）得CH4的质量成分:

gCH4=95*16.043/1740.3=87.58

同理可得:

=3.46

=2.53

=1.67

=1.26

=1.61

那么，混合气体动力粘度可由下式算得:

μ=

（3-8）

又因为

=（87.58/14.5+3.46/6.41+2.53/3.81+1.67/2.53+1.26/7.09+1.61/13.3）×106

=8.2026×106

所以动力粘度为

μ=100/8.2026×106=12.19×10-6

运动粘度:

ν=

=12.19×10-6/0.7732=1.5766×10-5

3.2.5混合气体的爆炸极限

将成分中的惰性气体按《燃气输配》P23按照图1-23与可燃气体进行组合：

yC3H8+yN2=（2+1）%=3%比率=惰性气体/可燃气体=0.5

yC4H10+yCO2=（0.5+0.5）%=1%比率=惰性气体/可燃气体=1

由图1-13可查得上述组分爆炸极限相应为4%-15%和8%-73%

天然气的爆炸极限由下式算得：

L=

（3-9）

Yi—未与惰性气体组合的可燃气体成分在混合气体中