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《燃气输配》

课程设计

设计题目：

某小区天然气中压环网设计

所在学院：

建筑工程学院

专业：

建筑环境与设备工程

班级：

建环111

学生姓名：

xxxxxx

指导教师：

xxxx

起讫日期：

2014.9

18

目录

1.原始资料 2

1.1地理资料.................................................................................2

1.2气象资料.................................................................................2

1.3城镇燃气有关资料.................................................................3

1.4燃气用户资料.........................................................................3

1.5参考资料.................................................................................4

2.各类用户用气量的计算....... 7

2.1居民用户....................................................................................................4

2.2公共建筑....................................................................................................5

3.燃气输配方案的计算比较 9

3.1燃气管网系统.........................................................................9

3.2燃气管网布线.......................................................................10

3.3燃气管网水力计算...............................................................11

附录水力计算表..........................................................................................18

1.原始资料

1.1城市地理资料

某市某新城位于某省南部，位于东经113°52′~114°21′，北纬22°27′~22°39′。

该小区规模6.95万人，人口密度7310人/平方公里，人民生活消费水平中等。

（图纸按1:

5万计算）

该市海拔高度7米；

平均大气压10.32m水柱。

1.2气象资料

属亚热带季风气候，降水丰富。

常年平均气温22.5℃（人最舒适温度18℃—22℃），极端气温最高38.7℃，最低0.2℃。

无霜期为355天，平均年降雨量1924.3毫米，日照2120.5小时，最冷的一月平均温：

15.4℃（平均最高：

20℃，平均最低气温：

12℃，天气和暖，冷空气侵袭时有阵寒）。

最热的七月平均温：

28.8℃，年平均风速二级（2.0米/秒）

1.3城市燃气有关参数

表1.1天然气组份

1.3.1气源种类：

天然气

组份

质量成分（%）

90.42

3.19

1.35

1.75

0.25

2.38

0.66

1.3.2天然气组份（体积%）

表1.2天然气物理化学性质

天然气物理化学性质

混合气体平均分子量

16.9790（kg/kmol）

动力粘度

10.28（Pa·s）

密度

0.721kg/m³

运动粘度

14.258m²/s

低热值

34747.6kJ/Nm³

临界压力Pm，c

4.6576MPa

临界压力Tm，c

195.6K

华白数W

46517

1.3.3城市门站出站压力0.3MPa，中低压调压设备进口压力≥0.28MPa

1.4燃气用户资料

1.4.1居民用户气化率90%；

1.4.2公共建筑用户

表1.3公共建筑用户所占人口比例

序号

项目

千人指标

备注

1

医院

10床

位置见图

2

宾馆

30床

位置见图

3

饭店（饮食业）

30座位

位置见图

4

学校

60

位置见图

1.4.3=1.1=1.05=2.2

1.5参考资料

1.城镇燃气设计规范（GB50028-2006）；

2.《煤气设计手册》；

3.《燃气输配》教材

4.燃气输配课程设计指示书

2.各类用户用气量的计算

2.1居民用户用气量

根据给出的建筑图纸一套，测出来新城区供燃气面积为9.025平方公里，人口密度为7310人/平方公里，炊事及不包括洗衣的日常及洗澡（住宅内设燃气灶及燃气热水器）的用气量指标q=5320MJ/人·年；燃气低热值为=34747.6kJ/Nm³。

查《燃气输配》居民生活年用气量计算公式为

Qa=

式中Qa——居民生活用气量（Nm³/a）；

N——居民人口数（人）；

k——气化率（%）；

q——居民生活用气定额（kJ/人·a）；

——燃气低热值（kJ/Nm³）

新城区总人口数N=9.0257310=65973人

气化率k=90%

新城区用气量Qa=659730.9532000034747.6=9090663Nm³/年

计算得到新城区总人口数为65973人，居民年用气量为9090663Nm³/年。

2.2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。

查《燃气输配》表2—1得到医院用气定额为9210MJ/床位·年；查《燃气输配》表2—2得到其它公共建筑的用气量指标如下

表2.1公共建筑用气量指标

类别

单位

用气量指标

医院

MJ/床位·年

9210

饭店（饮食业）

MJ/座·年

7955~9211

宾馆

MJ/床位·年

8374~10467

学校（日托）

MJ/人·年

1256~1675

表2.2各公共建筑年用气量

部门类别

消费人次

用气量指标

用气量

（Nm³/年）

医院

660

9210

174864

饭店（饮食业）

1979

8500

484152

宾馆

1979

9500

541111

学校（日托）

3958

1600

182269

以宾馆为例，人口占总人口的3%，用气量指标取9500MJ/床位·年。

查《燃气输配》，商业用户年用气量计算公式

Qa=

式中Qa——居民生活用气量（Nm³/a）；

N——居民人口数（人）；

M——各类用气人数占总人口的比例数；

q——各类商业用户用气定额（kJ/人·a）；

——燃气低热值（kJ/Nm³）

宾馆的消费人次：

65973301000=1979人

宾馆的用气量：

Qa=1979950010³/34747.6=541111Nm³/年

2.3新城区用气量

新城区总的年用气量=居民年用气量+公共建筑年用气量

Qa=1.05（9090663+174864+484152+541111+182269）=10473059Nm³/年

新城区小时用气量计算

查《燃气输配》城镇燃气分配管道的计算流量计算公式：

=

式中——燃气小时计算流量（Nm³/h）;

Qa——年用气量（Nm³/a）；

——月高峰系数；

——日高峰系数；

——小时高峰系数。

根据原始资料查的：

=1.1=1.05=2.2

=3038Nm³/h

3.燃气输配方案的计算比较

燃气管道的气密性与其他管道相比，有特别严格的要求，漏气可能导致火灾、爆炸、中毒等其他事故。

燃气管道中压力越高，管道接头脱开或管道本身出现裂缝的可能性和危险性越大。

当管道内燃气的压力不同时，对管道材质、安装质量、检验标准和运行管理的要求也不同。

我国燃气管道按燃气设计压力P（MPa）分为七级。

名称

压力（MPa）

高压燃气管道

A

2.5＜p≤4.0

B

1.6＜p≤2.5

次高压燃气管道

A

0.8＜p≤1.6

B

0.4＜p≤0.8

中压燃气管道

A

0.2＜p≤0.4

B

0.01＜p≤0.2

低压燃气管道

p≤0.01

表3.1燃气设计压力分级表

中压管道必须通过区域调压站或用户专用调压站才能给城市燃气管网中的低压管道供气，或给工厂企业、大型商业用户及锅炉房供气，当采用中压一级燃气管网系统时，应在各居民用气小区或商业用户处设调压箱。

3.1燃气管网系统

现代化的城镇燃气输配系统是复杂的综合设施，通常由门站、燃气管网、储气设备、调压设施、管理设施和监控系统等构成。

城镇燃气管网根据管网压力级制不同分为以下几种形式：

一级系统：

仅用一种压力级制的管网来分配和供给燃气的系统，通常为低压或中压管道系统。

一级系统一般适用于小城镇的供气，当供气范围较大时，输送单位体积燃气的棺材用量将急剧增加。

二级系统：

由两种压力级制的管网来分配和供给燃气的系统。

设计压力一般为中压B—低压或中压A—低压等。

三级系统：

由三种压力级制的管网来分配和供给燃气的系统。

设计压力一般为高压—中压—低压或次高压—中压—低压等。

多级系统：

由三种以上压力级制的管网累分配和供给燃气的系统。

燃气管网系统选择

无论是旧城市还是新建城镇，在选择燃气输配管网系统时，应考虑许多因素，其中主要因素有：

1.气源情况：

燃气的种类和性质、供气量和供气压力、气源的发展或更换气源的规划。

2.城镇规模、远景规划情况、街区和道路的现状和规划、建筑特点、人口密度及居民用户的分布情况。

3.原有的城镇燃气供应设施情况。

4.储气设备的类型。

5.城镇地理地形条件，敷设燃气管道时遇到天然和人工障碍物（如河流、湖泊、铁路等）的情况。

6.城镇地下管线和地下建筑物、构筑物的现状和改建、扩建规划。

设计城镇管网系统时，应全面综合考虑上述诸因素，从而提出数个方案进行技术经济比较，选用经济合理的最佳方案。

方案比较必须在技术指标和工作可靠性相同的基础上进行。

3.2燃气管网布线

城镇燃气管道布线依据

地下燃气管道宜沿城镇道路、人行便道敷设，或敷设在绿化带内。

在决定不同压力燃气管道的布线问题时，必须考虑到下列基本情况：

1.管道中燃气压力；

2.街道及其他地下管道的密集程度与不知情况；

3.街道交通量的路面结构情况，以及运输干线的分布情况；

4.所输送燃气的含湿量，必要的管道坡度，街道地形变化情况；

5.与该管道相连接的用户数量及用其情况；

6.线路上所遇到的障碍物的情况；

7.土壤性质、腐蚀性能和冰冻线深度；

8.该管道在施工、运行和万一发生事故时，对交通和人民生活的影响。

次高压、中压及低压燃气管道的布置

1.地下燃气管道不得从建筑物和大型建筑、构筑物的下面穿越。

为了保证在施工和检修时互不影响，也为了避免由于泄露出的燃气影响相邻管道的正常运行，甚至避入建筑物内，地下燃气管道与建筑物、构筑物以及其他各种管道之间应保持必要的水平和垂直净距，符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》（GB50028）的相应规定。

2.地下燃气管道埋设的最小覆土厚度应满足下列要求：

埋设在机动车道下时，不得小于0.9m；

埋设在非机动车道下时，不得小于0.6m；

埋设在机动车不可能到达的地方时，不得小于0.3m。

3.输送湿燃气的管道，应埋设在土壤冰冻线以下，燃气管道坡向凝水缸的坡度不宜小于0.003.布线时，最好能使管道的坡度和地形相适应。

在管道最低点应设排水器。

4.燃气管道穿越铁路、高速公路、电车轨道或城镇主要干道时宜于上述道路垂直敷设。

5.燃气管道通过河流时，可以采用穿越河底或采用官桥跨越的形式。

根据上面的依据和布置原则，把新城区共划分为五个区域并编号I、II、III、IV、V。

新城区各环的燃气分配如下表3.2

各环燃气分配表3.2

环号

面积（hm²）

居民数（人）

本环供气量（Nm³/h）

环周边长（m）

沿环周边的单位长度途泄流量（Nm³/（m·h））

I

1.564

11433

525

5220

0.101

II

1.965

14364

661

6260

0.106

III

1.5875

11605

534

8455

0.063

IV

2.0125

14711

677

5965

0.114

V

1.9

13889

640

6960

0.092

3037

以I环举例计算：

由图纸测出I环面积1.564平方公里，由图纸测出I环周长为5220m。

I环供气量：

30381.5649.025=525Nm³/h

I环单位长度途泄流量：

5255220=0.101Nm³/（m·h）

管网规划图3.1

3.3燃气管网水力计算

根据管网规划图，求出管网中每一段的计算流量，计算结果列于表3.3中。

以I环举例计算：

根据管网规划图可以找到零点的位置，8和10是零点。

I环共有四条边，编号为1—5、1—2、2—6和5—6，长度分别为1724m、532m、1816.5m和1147.5m。

途泄流量计算：

1—5途泄流量：

17240.101=174Nm³/h

1—2途泄流量：

5320.101=54Nm³/h

因为I环和IV环是邻环，所以5—6单位长度途泄流量为I环和IV环单位途泄流量之和：

0.101+0.114=0.215Nm³/（m·h）

5—6途泄流量：

1147.50.215=247Nm³/h

因为I环和II环是邻环，所以2—6单位长度途泄流量为I环和II环单位途泄流量之和：

0.101+0.106=0.207Nm³/（m·h）

2—6途泄流量：

1816.50.207=376Nm³/h

如果节点处后面的负荷由两侧管段供气，则转输流量以各分担一半左右为宜。

管段2—6和管段5—6的转输流量承担节点6之后的负荷，管段2—6和管段5—6的转输流量分别为节点6之后负荷的一半，计算结果为479Nm³/h；管段1—5的转输流量承担节点5的负荷，计算结果为989Nm³/h；管段1—2的转输流量承担节点2以后的负荷，计算结果为1871Nm³/h。

查《燃气输配》管段计算流量公式为：

Q=0.55+

式中Q——管段计算流量Nm³/h；

——管段途泄流量Nm³/h；

——管段转输流量Nm³/h；

管段1—2的计算流量：

0.5554+1841=1871Nm³/h

管段1—5的计算流量；0.55174+989=1084Nm³/h

管段5—6的计算流量：

0.55247+479=615Nm³/h

管段2—6的计算流量：

0.55376+479=686Nm³/h

各管段的计算流量表3.3

环号

管段号

管段长度（m）

单位长度途泄流量qNm³/（m·h）

流量（Nm³/h）

途泄流量Q1

0.55Q1

转输流量Q2

计算流量Q

I

1—2

532

0.101

54

30

1841

1871

1—5

1724

0.101

174

96

989

1084

5—6

1147.5

0.215

247

136

479

615

2—6

1816.5

0.207

376

207

479

686

II

2—6

1816.5

0.207

376

207

479

686

2—3

1321

0.106

140

77

846

923

3—7

2051

0.169

347

191

226

417

6—7

1071.5

0.198

212

117

228

345

III

3—7

2051

0.169

347

191

228

419

3—4

722.5

0.063

46

25

228

253

7—9

1703

0.155

264

145

188

333

4—10

3622.5

0.063

228

126

0

126

9—10

431.5

0.063

27

15

0

15

IV

5—6

1147.5

0.215

247

136

479

615

5—8

2305.5

0.114

263

145

0

145

6—8

2513.5

0.206

518

285

0

285

V

6—7

1071.5

0.198

212

117

228

345

7—9

1703

0.155

264

145

188

333

9—8

1747

0.092

161

88

0

88

6—8

2513.5

0.206

518

285

0

285

根据初步流量分配及单位长度平均压力降选择各管段的管径。

局部阻力损失取沿程摩擦阻力损失10%。

由供气点至零点的平均距离为5976m。

查《燃气输配》中压燃气管道摩擦阻力损失计算公式：

=1.27

式中——管道起点燃气的绝对压力（kPa）；

——管道终点燃气的绝对压力（kPa）；

L——燃气管道的计算长度（m）；

——燃气管道的计算流量（Nm³/h）；

d——管道内径（mm）。

根据原始资料，当地大气压10.32m水柱，城市门站出站压力0.3MPa，中低压调压设备进口压力≥0.28MPa。

10.32m水柱=101.136kPa

==2.375

由于课本所用的天然气密度kg/Nm³，故在查图水力计算表时，需要进行修正，即：

选定管径后，查的管段值，求出

全部计算结果列于表3.4（附表）

以I环计算举例：

管段1—5计算流量为1084Nm³/h，查《燃气输配》课本图6—4燃气管道水力计算图表（三），查得管段1—5的直径取150mm，单位压力降为2.52，1—5管段压力降=-2.521724=-4351kPa。

管段1—2计算流量为1871Nm³/h，查《燃气输配》课本图6—4燃气管道水力计算图表（三），查得管段1—2的直径取D2197mm，单位压力降为1.80，1—2管段压力降=1.80532=959kPa。

管段2—6计算流量为686Nm³/h，查《燃气输配》课本图6—4燃气管道水力计算图表（三），查得管段2—6的直径取125mm，单位压力降为2.52，2—6管段压力降=2.521817=4584kPa。

管段5—6计算流量为615Nm³/h，查《燃气输配》课本图6—4燃气管道水力计算图表（三），查得管段5—6的直径取125mm，单位压力降为2.09，5—6管段压力降=-2.091148=-2399kPa。

压力降闭合差的精度要求：

高、中压管网

式中——环网内各管段的压力平方差；

——环网内各管段的压力平方差的绝对值；

——工程计算的精度要求，一般＜10%。

I环网闭合差：

=

I环网的闭合差大于10%,需要对全部环网进行校正计算。

《燃气输配》中压燃气流量校正公式：

I环计算后的校正流量为=64.01

校正后再按照前面的计算步奏进行计算和校正。

校正结果列于表3.4（附表）中。

校正一次之后，各环的误差值均在10%以内。

因此计算合格。

管段9—8的计算流量由88Nm³/h减少到44.2Nm³/h，因而零点向点9方向移动L9

L9==476m

管段4—10的计算流量由126Nm³/h减少到122.15Nm³/h，因而零点向点4方向移动L4

L4==61m

新的零点重新标记。