燃气设计计算说明书解读.docx
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燃气设计计算说明书解读
第1章建筑概况及基础资料
1.1工程名称
南京市康盛花园三期工程燃气设计
1.2建筑概况
本工程位于江苏省南京市。
23号楼为四期工程这里不考虑。
小区三期工程共有8幢住宅楼。
总用户数为361户。
燃气接入管为低压管道。
用户分布如下表：
用户分布表1-1
楼号
用户数
楼号
用户数
24
63
28
32
25
42
29
30
26
44
30
63
27
35
31
52
1.3设计依据
1．《建筑燃气设计手册》袁国汀主编
2．《城镇燃气设计规范》GB50028-2006
3．《燃气输配》中国建筑工业出版社
4.《城镇燃气技术规范》GB50494-2009
1.4设计参数
燃气供应设计参数表1-2
参数
气种
运动粘度
燃气密度
引入管设计压力
ν（m2/s）
ρ（kg/m3）
Pa
人工煤气
1.88×10-5
0.63
5000
天然气
1.38×10-5
0.75
5000
低压燃气管道允许总压降表1-3
燃气种类
压力（Pa）
人工煤气
天然气
燃具额定压力Pn
1000
2000
燃具前最大压力Pmax
1500
3000
燃具前最小压力Pmin
750
1500
调压站出口最大压力
1650
3150
允许总压降
900
1650
100%用户选用双眼灶，灶具额定流量选用如下：
双眼灶：
Qn=1.4m3/h
第2章庭院管道计算
2.1管材选用
现有管材主要有钢管、铸铁管和PE管。
钢管承载应力大、可塑性好、便于焊接，与其他管材相比，壁厚较薄、节省金属用量，但耐腐蚀性较差，必须采取可靠的防腐措施；铸铁管抗腐蚀性能很强，但抗拉强度、抗弯曲、抗冲击能力和焊接性能均不如钢管好；PE管具有良好的柔韧性且具有良好的耐腐蚀性，埋地敷设不需要做防腐和阴极保护，弥补了钢管的最大缺点。
除此之外，PE管具有良好的气密性，严密性优于钢管；管内壁平滑，提高介质流速，提高输气能力，较之相同的金属管能输送更多的燃气；成本低，材质轻且卫生无毒。
综合以上的比较，本设计的庭院管道采用PE管以提高输送效率以及节省防腐投入。
聚乙烯燃气管道分为SDR11和SDR17.6两个系列。
SDR为公称外径与壁厚之比。
SDR11系列宜用于输送人工煤气、天然气、气态液化石油气；SDR17.6系列宜用于输送天然气，本工程输送的是人工煤气。
因此选用SDR11系列的聚乙烯燃气管材。
2.2管道布置
2.2.1地下燃气管道应埋设在冰冻线以下，本设计不存在冰冻线的问题，但同样，有最小覆土深度（路面至管顶）应符合下列要求：
埋设在车行道下时，不得小于0.8m；埋设在非车行道（含人行道）下时，不得小于0.6m；埋设在庭院（指绿化地及货载汽车不能进入之地）内时，不得小于0.3m。
在本设计中，考虑到现在小区内车辆的普及率，埋地深度都在0.9m及以上。
2.2.2地下燃气管道应坡向凝水缸，其坡度一般不小于0.003，本设计取用0.005。
布线时应尽量使管道坡度与地面坡度方向一致，以减少土方量；凝水缸设在管道坡向改变时管道的最低点，两相邻凝水器之间距离一般为200～500m。
管道坡向不变时，间距一般为500m左右。
2.2.3地下燃气管道穿越城镇主要干道时，应敷设在套管内，并应符合一定要求。
2.2.4燃气管道不得在地下穿过房屋及其它建筑物，不得平行敷设在电车轨道之下，也不得与其它地下设施上下并置。
2.3设计计算
2.3.1庭院管道水力计算图
2.3.2流量计算
城市燃气输配系统的管径及设备通过能力应按燃气计算月的小时最大流量进行计算。
小时计算流量的确定，关系着燃气输配的经济性和可靠性。
小时计算流量定得偏高，将会增加输配系统的材料用量和基建资金，定得偏低，又会影响用户得正常用气。
1.用累计法计算
假设Qn为n节点与用户之间的计算流量，n为节点号，例如：
编号为21的节点提供11户用户的用气量，同时工作系数为0.528，燃具额定流量为1.4Nm3/h，则Q21=11×0.528×1.4=8.13Nm3/h。
则此设计中各楼前管道计算流量分别为下表所列：
各楼前管道计算流量表2-1
楼号
节点编号
户数
同时使用系数
计算流量
楼号
节点编号
户数
同时使用系数
计算流量
n
N/户
K
Qn/（m3/h）
n
N/户
K
Qn/（m3/h）
24#
28
11
0.528
8.13
29#
7
6
0.640
5.38
27
11
0.528
8.13
6
6
0.640
5.38
26
20
0.450
12.60
5
6
0.640
5.38
25
15
0.480
10.08
4
6
0.640
5.38
24
6
0.640
5.38
3
6
0.640
5.38
楼号
节点编号
户数
同时使用系数
计算流量
楼号
节点编号
户数
同时使用系数
计算流量
n
N/户
K
Qn/（m3/h）
n
N/户
K
Qn/（m3/h）
25#
35
6
0.640
5.38
27#
42
5
0.680
4.76
34
6
0.640
5.38
41
5
0.680
4.76
33
6
0.640
5.38
40
5
0.680
4.76
32
6
0.640
5.38
39
5
0.680
4.76
31
6
0.640
5.38
38
5
0.680
4.76
30
6
0.640
5.38
37
5
0.680
4.76
29
6
0.640
5.38
36
5
0.680
4.76
楼号
节点编号
户数
同时使用系数
计算流量
楼号
节点编号
户数
同时使用系数
计算流量
n
N/户
K
Qn/（m3/h）
n
N/户
K
Qn/（m3/h）
26#
21
11
0.528
8.13
28#
48
21
0.446
13.11
20
11
0.528
8.13
47
11
0.528
8.13
19
11
0.528
8.13
18
11
0.528
8.13
楼号
节点编号
户数
同时使用系数
计算流量
楼号
节点编号
户数
同时使用系数
计算流量
n
N/户
K
Qn/（m3/h）
n
N/户
K
Qn/（m3/h）
30#
13
8
0.580
6.50
31#
15
11
0.528
8.13
12
11
0.528
8.13
14
8
0.580
6.50
11
11
0.528
8.13
46
11
0.528
8.13
10
11
0.528
8.13
44
11
0.528
8.13
9
11
0.528
8.13
43
11
0.528
8.13
8
11
0.528
8.13
系统中最远管段为1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16-17-18-19-20-21，每段的流量可根据上表计算得：
Q20-21=Q21=8.13m3/h；
Q19-20=Q20+Q21=8.13+8.13=16.26m3/h；
Q18-19=Q19+Q20+Q21=8.13+8.13+8.13=24.39m3/h。
2.用同时工作系数法计算
用同时工作系数法求管道计算流量的公式如下：
Qh=KtΣK0QnN（2-1）
式中：
Qh——庭院及室内燃气管道的计算流量（m3/h）；
Kt——不同类型用户的同时工作系数，当缺乏资料时，可取1；
K0——相同燃具或相同组合燃具的同时工作系数；
Qn——相同燃具或相同组合燃具的额定流量（m3/h）；
N——相同燃具或相同组合燃具数。
例如：
对管段20-21，有11个用户，同时工作系数为0.528，Qh=8.13m3/h；
对管段19-20，有22个用户，同时工作系数为0.442，Qh=13.614m3/h；
对管段18-19，有33个用户，同时工作系数为0.397，Qh=18.341m3/h。
3.比较
用累计法与用同时工作系数法计算流量，显然用累计法得出的小时计算流量大，耗材大，考虑到经济性，选择同时工作系数法来计算小时流量。
具体计算结果见附录2-2。
2.3.3根据计算流量预选管径并计算阻力损失
以管段20-21为例进行以下计算：
预选管径
预选管径通过平均压降法来确定。
根据预选管径从下表确定管道内径：
SDR11管道参数表2-2
外径
SDR11
≤4bar
kg/m
De
壁厚
内径
kg/m
20
3.0
14.0
0.15
25
3.0
19.0
0.20
32
3.0
26.0
0.26
40
3.7
32.6
0.40
50
4.6
40.8
0.62
63
5.8
51.4
0.99
75
6.8
61.4
1.38
90
8.2
73.6
2.00
110
10.0
90.0
2.98
125
11.4
102.2
3.87
160
14.6
130.8
6.34
将各管段依次进行节点编号，取管段1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16-17-18-19-20-21为干管，总长度为254.4m，取压降为350Pa，局部阻力取10%，则单位长度摩擦损失为：
以管段20-21为例，额定流量q=1.4m3/h，用户数N=11，同时工作系数k=0.528,则该管段的计算流量为：
Q=1.4×11×0.528=8.13m3/h
为了利用图6-3进行水力计算，要进行密度校正：
Pa/m
由Q=8.13m3/h，在
Pa/m附近查得d=40mm，
Pa/m，对应实际密度下的单位长度摩擦阻力损失
Pa/m，该管段长4.3m，则摩擦阻力损失
=1.134×4.3=4.88Pa
故管段20-21选De50，内径为40.8
实际流速:
根据计算流量以及预选管道的内径，确定实际流速。
（2-3）
式中：
v——实际流速（m/s）；
管段20-21：
判别流态并选用计算公式
用雷诺数来判别流态：
（2-4）
式中：
Re——雷诺数；
——运动粘度（m2/s）。
不同流态下摩擦阻力系数及单位管长的摩擦阻力计算公式如下：
层流状态（Re<2100）
（2-5）
临界状态（Re=2100~3500）
（2-6）
紊流状态（Re>3500）
燃气在聚乙烯管道中的运动状态绝大多数为紊流过渡区，少数在水力光滑区，极少数在阻力平方区，其低压燃气管道摩擦阻力损失计算公式同钢管的计算公式：
（2-7）
式中：
ΔP——燃气管道摩擦阻力损失（Pa）；
λ——燃气管道的摩阻系数；
l——燃气管道的计算长度（m）；
ρ0——1kg/m3；
Δ——管壁内表面的当量绝对粗糙度（mm）。
PE管一般取Δ=0.01mm；
T——实际的燃气温度（K）；
T0——273K。
管段20-21：
对于人工煤气而言Re=
单位长度管道阻力损失的密度修正
密度修正：
由于在上述单位管长摩擦阻力损失的公式中，密度为1kg/m3,则在输送人工煤气的时候，只需在上述阻力损失的基础上乘以人工煤气的密度值。
管段20-21：
修正后的单位长度管道阻力损失为
管段计算长度
管段的计算长度由两部分组成：
L1——实际管段长度；L2——当量长度。
当量长度的计算公式：
（2-8）
式中：
L2——当量长度（m）；
Σζ——计算管段中局部阻力系数的总和。
可以通过查文献[1]中表6-1查取；
管段20-21：
有一个分流三通（ζ=1.5）、一个直流三通（ζ=1.0）和一个变径管（ζ=0.35），局部阻力系数总和为Σζ=1.5+1.0+0.35=2.85，
L=L1+L2=4.3+2.9=7.2m
系统最远管段上其它管段的局部阻力系数总和见附录2-3。
管段阻力损失计算
该值即为管段的计算长度与经过密度修正的单位长度管道阻力损失乘积。
管段20-21：
ΔP=7。
2×1.00=7.2Pa
管段的累计阻力损失计算
该值为本管段的阻力损失与前面已经计算过的管段的阻力损失累计值。
具体计算按以上步骤，结果见附录2-2。
2.3.4确定允许压力降，并对阻力损失进行校核
根据文献[1]表7-2，对于人工煤气，燃具额定压力为1000Pa时，调压站出口最大压力为1650Pa。
根据文献[1]表7-3，对于人工煤气的多层建筑室内燃气管道允许阻力损失为250Pa，灶具前压力波动范围为750Pa-1500Pa。
按此计算庭院管道与引入管的接点压力可在1150~1900Pa之间。
即庭院管道阻力最大可达900Pa，最小需要150Pa
（1）由于本工程采用人工煤气输送，根据运行经验，管道虽然经过净化，但结垢仍然比较严重，从而减小流通断面，因此水力计算时应保留一定的富裕量，在具体计算后需要进行调整。
（2）管道的管径规格过多会给施工带来不便，且增加管道附件（如变径接头等）。
从经济方面考虑管道附件的价格远比管道价格高，所以尽量在选择管径的时候采用三种左右的规格。
例如：
计算出的管材De32、De40、De50均改用De63，De75和De90均改用De110。
最终管道管径有De63、De110、De125和De160。
（3）管道阻力损失除了有最大允许压力损失值外，还有一个最小允许压力损失值，在本工程中为150Pa。
上述三方面在设计中应综合考虑，修正管径并确定庭院管道的允许阻力损失。
本系统从调压站到管道最远点阻力损失即为从节点1到节点21之间管段的阻力损失，经过多次修正管径，最终累加结果为265.17Pa，该值小于管道允许的最大压力损失值（900Pa），大于管道允许的最小压力损失值（150Pa）。
2.4管道附属设备
2.4.1凝水器
凝水器的作用是收集煤气中的冷凝水、施工过程进入煤气管道中的水，以及地下水位高的地区透过管道不严密部分渗入低压煤气管道内的水；充气启动或修理时，用抽水管作为吹洗管、放空管；用抽水管做测压管。
安装地点：
管道坡向改变时，凝水缸设在管道的最低点，两相邻凝水器之间距离一般为200～500m；管道坡向不变时，间距一般为500m左右。
本设计中庭院管道的工作压力属于低压，所以选用低压凝水器。
2.4.2护罩
护罩是用于保护引至地面的检查管、凝水缸引来的凝水排放管。
小型护罩适合用于检查管及低压凝水缸上。
所以本设计采用小型铸铁护罩来保护凝水排放管。
2.4.3金属示踪线和警示带
管道敷设时，宜随管走向埋设金属示踪线；距管顶不小于300mm处应埋设警示带。
2.5设计图纸及说明
2.5.1设计图纸
庭院燃气管道平面布置图（RQ-1）
庭院燃气管道计算图（RQ-2）
2.5.2设计说明
设计说明阐述了在庭院燃气管道设计及施工的过程中需要注意的问题及实际的工程施工方法等。
设计说明及庭院管道的材料表附于RQ-1上。
第3章室内管道计算
3.1引入管
引入管是指室外燃气管道与室内燃气管道的连接管。
无论是低压还是中压（即自设调压箱的用户）燃气引入管，其布置原则基本相同，一般可分为地下引入法和地上引入法两种，地上引入法又分为低立管入户和高立管入户。
新建小区的燃气工程通常考虑到建筑的整体美观，并结合南京地区的气象条件，本工程是处于有冰冻期的地方，而且输送湿燃气的引入管一般由地下引入室内，则采用地下引入法。
3.1.1设置位置
燃气引入管应设在厨房或走廊等便于检修的非居住房间内。
如却又困难，可以从楼梯间引入，此时阀门井宜设在室外。
本设计将引入管设在厨房。
3.1.2坡度要求
输送湿燃气的引入管，埋设深度应在土壤冰冻线以下，并有不低于0.01的坡向凝水器或燃气分配管的坡度。
本设计引入管均有0.01的坡向燃气分配管的坡度。
3.1.3补偿方式
燃气引入管穿过建筑物基础、墙或管沟时，均应设在套管内。
本设计中考虑到26号楼为高层建筑，高层建筑因自重会产生一定量的沉降量，燃气引入管自室外进入室内时，此段管段在建筑物沉降过大时会受到损坏，为此，必须在燃气引入管处采取沉降量的补偿措施。
本设计采取在紧贴建筑物基础外侧设沉降箱，在沉降箱内可采取四种方式：
方式一：
多个弯头的组合方式
采用多个丝扣联接的弯头按顺时针方向组合，利用丝扣一定量的可旋转性产生的管道上下位移来进行沉降量的补偿。
方式二：
铅管方式
利用铅管的可挠性进行补偿。
方式三：
金属软管方式
选择不锈钢金属波纹软管，利用其可挠性进行补偿。
方式四：
金属通用型波纹补偿器方式
将通用型波纹补偿器垂直安装于引入管上，利用其伸缩能力进行沉降量的补偿。
方式的比较：
方式一中，多个弯头埋于地下，其螺纹部分较管道易于腐蚀，且在施工过程中极易形成反时针现象。
当管道下沉时，某些丝扣会反时针方向转动，从而影响其气密性。
方式二中，铅管在弯曲过程中易于扁平从而影响管道的通过能力。
方式四中，通用补偿器可通过计算选择来满足沉降量的补偿，但对其它方向位移的补偿能力有限，另外，波纹补偿器的安装要求也高于其它几种方式。
方式一、二、四对地震频发地区也不太适合。
因此，本系统采用不锈钢金属波纹软管进行燃气引入管的沉降量补偿。
3.2管材选用
根据2.1所述，庭院管道采用的PE管材有较多优点，但是由于PE管机械强度较低，若作明管容易受碰撞破损，导致漏气，同时受大气中紫外线与氧气的影响，会加速老化，气温的变化及油烟或其他化学剂的侵蚀对PE管道也不利。
因此作为易燃易爆的燃气输送管道，不应使用PE管作室内地上管道。
根据文献[1]，对于不大于DN80的室内燃气管道应采用镀锌钢管；对于大于DN80的室内燃气管道宜采用无缝钢管，材质10号钢，连接形式采用焊接或法兰。
本系统若采用镀锌钢管，根据已计算的设计流量以及镀锌钢管的经济流速6m/s（文献[2]），根据公式
（见公式（3-1）），初步得出燃气管道的管径远小于DN80，故采用镀锌钢管。
3.3设计计算
在室内燃气管道计算之前，画出管道系统图。
具体见附录3-1。
居民用户室内燃气管道的计算流量，应按同时工作系数法进行计算。
自引入管到各燃具之间的压降，其最大值为系统的压力降。
以26栋楼立管1为例进行以下计算。
3.3.1编号
在系统图上将各管段按顺序编号，凡是管径变化、气流方向改变或流量变化处均应编号。
对各层层高及支管处进行标高，同时标出管道附属设备。
3.3.2流量计算
求出各管段的额定流量，根据各管段供气的用具数得同时工作系数值，可求得各管段的计算流量。
如管段0-1，用户数为1户，额定流量为1.4m3/h，同时工作系数为1，则计算流量Qh=1.4×1=1.4m3/h。
其它管段见附录3-2。
3.3.3根据计算流量预选管径并计算阻力损失
预选管径
由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量预选各管段的管径。
预选管径可通过平均压降法或经济流速法来确定，本设计采用平均压降法来预选管径。
（3-1）
低压流体输送钢管GB3091-82（镀锌钢管）表3-1
管径DN
外径
普通管壁厚
管内径
重量
mm
in
mm
mm
mm
kg/m
8
1/4
13.50
2.25
9.00
0.62
10
3/8
17.00
2.25
12.50
0.82
15
1/2
21.25
2.75
15.75
1.25
20
3/4
26.75
2.75
21.25
1.63
25
1
33.50
3.25
27.00
2.42
32
11/4
42.25
3.25
35.75
3.13
40
11/2
48.00
3.50
41.00
3.84
50
2
60.00
3.50
53.00
4.88
65
21/2
75.50
3.75
68.00
6.64
取管段0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12为干管，总长为35.5m，取压降为200Pa，取局部阻力为10%，单位长度摩擦损失为：
那段以管段0-1为例计算，额定流量Q=1.4
，用户数N=1，同时工作系数为K=1，则该管段计算流量为：
Q=1.4×1×1=1.4
为了利用图6-3进行水利计算，要进行密度校正：
Pa/m
由Q=1.4
，
附近查得d=15mm，
，对应实际密度下的单位长度摩擦阻力损失
，该管段长0.69m，摩擦阻力损失
由文献[1]，且为了防止阻力损失过大，管径分别取大一号和两号，下面以管径取大两号为例，则预选管径DN15，管内径为15.75mm。
其它管段预选见附录3-2。
实际流速
根据计算流量以及预选管道的内径，确定实际流速。
公式如下：
（3-2）
如管段0-1，
判别流态并选用计算公式
同庭院计算相同，仍然采用公式（2-4）、（2-5）、（2-6）、（2-7），不同的是（2-7）中管壁内表面的当量绝对粗糙度镀锌钢管一般取Δ=0.1~0.2mm,本设计中人工煤气取0.15mm，天然气取0.1mm。
管段0-1，
属于层流状态，则
单位长度管道阻力损失的密度修正
密度修正：
在上述单位管长摩擦阻力损失的公式中，密度为1kg/m3。
只需在此基础上乘以人工煤气的密度。
管段0-1：
修正后的单位长度管道阻力损失为
管段计算长度
同庭院管道的计算，局部阻力损失的计算可以用将各种管件折成相同管径管段的当量长度，乘以单位管长阻力损失的方法。
当量长度的计算公式为公式（2-8）。
管段0-1：
有一个旋塞（ζ=4.0）和一个分流三通（ζ=1.5），局部阻力系数总和为
当量长度
管段长度
计算长度
管段阻力损失：
管段的总压力损失值即为管段的计算长度与经过密度修正的单位长度管道阻力损失之积。
例如：
管段0-1的总压力损失值为
附加压头：
由于燃气与空气的密度不同，当管段始末段存在标高差时，在燃气管道中将产生附加压头，在计算室内燃气管道时，必须将该值计入管道阻力损失之内。
计算各管段的附加压头，每米管段的附加压头值等于
乘以该管段终端及始端的标高差ΔH，可得该管段的附加压头值。
计算时需注意其正负号。
管段0-1没有标高差，则附加压头为0。
其余管段附加压头见附录3-2。
累计阻力损失：
该值即为本管段的阻力损失加上管段附加压头以及前面已经计算过的管段的阻力
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