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燃气毕业设计论文
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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。
本设计主要是针对开发区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开发区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，再选取调压设施以及用户燃具后满足供应的压力要求，设计具有一定的技术性和经济性。
关键词：
天然气管网用气量管径
Abstract
UniversalityofGasincityisanimportantsignofthemodernizationofcity.Inthedevelopmentandproductionofcity,improvinglivingstandards,energyconservation,reducingpollutionandimprovingtheenvironment,gasplaysasanimportantrole.
Thethemeofthispaperistodesignthegasnetworkinthedevelopmentzone,takingthenaturalgasasthegassource,thesteelpipeasthemaingaspipeline.Firstly,accordingtothecityareaandthedemographicsituationofthedevelopmentzonetodeterminetheamountofgasneeded;andsecondlytodesignthenetworkaccordingtothegasconsumptionandtherequirementsoftheplan.Inthedesignofgaspipelinenetwork,theeconomic,technologicalandotherfactorsshouldbeconsideredComprehensively;finally,choosethebesteconomicalsolution.thereforethisdesigntheabovepipenetworksystem,usedtheregiontoadjustthepressuretostandtotheregionairfeedway.Accordingtopipenetworkarrangementandcurrentcapacity,processwaterpowercomputationaseriesofstepsdefinitecaliber;Againthecalibertookthedatum,afterselectstheaccenttopressthefacilityaswellastheuseragainburnsDiameter
第一章绪论1
1.1概述1
1.2自然地理环境概况1
1.2.1地理位置1
1.2.2气候条件2
1.3设计原始资料2
1.3.1城市面积2
1.3.2燃气用户2
1.4设计范围2
第二章燃气的性质计算3
2.1气源3
2.2气体性质3
2.2.1平均分子量3
2.2.2平均密度和相对密度4
2.2.3粘度4
2.2.4爆炸极限5
2.2.5混合物的热值6
2.2.6华白数7
2.3燃气质量要求及燃气的加臭7
2.3.1城镇燃气质量要求7
2.3.2城镇燃气的加臭8
第三章燃气需用量及供需平衡9
3.1用户类型及供气原则9
3.2城市用气量10
3.2.1居民生活用户用气量10
3.2.2商业用户用气量11
3.2.3工业企业用户用气12
3.2.4其他用气量13
3.3各类用户用气量计算汇总13
3.4计算流量13
3.5燃气输配系统的供需平衡14
3.6储气罐15
3.6.1所需储气量15
3.6.2高压球型储气罐容积的确定17
第四章输配系统方案的选择18
4.1城镇燃气输配系统的组成18
4.2燃气管网系统的选择18
第五章输配管网的布置20
5.1城镇燃气管道的布线原则20
5.1.1管线布置依据20
5.1.2高、中压管网的平面布置20
5.1.3低压管网的平面布置21
5.1.4管道的纵断面布置22
5.2燃气管道穿越障碍物的设计24
5.2.1跨越工程的设计考虑24
5.2.2燃气管道穿越公路24
5.2.3穿越道铁路设计24
5.2.4燃气管道穿（跨）越河流25
5.3燃气管道的防腐方法26
5.3.1绝缘层防护法26
5.3.2燃气管道的阴极保护方法26
第六章输配管网的水力计算28
6.1开发区输配系统选择及管网布置28
6.1.1开发区燃气管网系统的选择28
6.1.2开发区管网输配流程28
6.1.3管网系统压力参数29
6.2中压环网水力计算29
6.2.1计算各环单位长度途泄流量29
6.2.2各管段的计算流量30
6.2.3确定各管段的管径30
6.2.4校正计算31
6.2.5零点移动33
6.3中压枝网水力计算33
第七章小区及室内管网设计35
7.1工程概况35
7.2小区燃气管道布置及水力计算35
7.2.1确定管材35
7.2.2花园小区管道布置35
7.2.3小区水力计算35
7.4室内燃气管道的布置及水力计算36
7.4.1室内设计资料36
7.4.2室内管道的设计36
7.4.3画出水力计算图（系统图或立面图）37
7.4.4室内燃气管道水力计算37
7.2.5管段流量的计算38
第八章调压站设计40
8.1调压站的分类40
8.1.1按使用性质分类40
8.1.2按建筑形式分类40
8.1.3按调解压力范围分类41
8.2调压站的选址41
8.3调压站的组成41
8.4调压站的布置43
8.4.1区域调压站43
8.4.2专用调压站44
8.4.3楼栋调压箱44
第九章工程概预算45
9.1安装工程预算的组成45
9.1.1安装工程预算的构成45
9.1.2直接费45
9.1.3间接费46
9.1.4利润及税金46
9.2室内民用燃气工程工程量计算47
9.2.1民用燃气管道、管道附件及常用燃气用具安装47
9.2.2工程量计算规则及定额套用48
9.2.3管道工程量计算49
致谢51
参考文献52
第一章绪论
1.1概述
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。
1.2自然地理环境概况
1.2.1地理位置
新乡市地处河南省北部，南临黄河，与省会郑州、古都开封隔河相望；北依太行，与鹤壁、安阳毗邻；西连煤城焦作，与晋东南接壤；东接油城濮阳，与鲁西相连，是豫北的经济和交通中心，是中原城市群重要城市之一。
1.2.2气候条件
新乡地处北纬35°18′，东经113°54′属暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬寒夏热，秋凉春早，年平均气温14℃；7月最热，平均27.3°C；1月最冷，平均0.2°C；最高气温42.7℃，最低气温-21.3℃。
年均湿度68%，最大冻土深度280mm。
1.3设计原始资料
1.3.1城市面积
由平面图计算得出，城市面积为24.5平方公里，人口密度为8000人平方公里。
城市气化率：
气化率为90％。
1.3.2燃气用户
三大类用户，分别为居民用户，商业用户和工业企业用户，不考虑采暖通风和空调用气量，燃气汽车用气量。
1.4设计范围
设计范围：
门站围墙外阀门起至楼栋调压器的全部中压管道及所有庭院低压管道。
第二章燃气的性质计算
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。
2.1气源
本设计气源选择天然气，其组分如下：
成分
百分比
90.5%
2.8%
2.4%
1.5%
2.8%
2.2气体性质
2.2.1平均分子量
混合气体的平均分子量按下式计算
（2.1）
式中——混合气体平均分子量；
——各单一气体容积成分（%）；
——各单一气体分子量。
2.2.2平均密度和相对密度
混合气体的平均密度按下式计算
（2.2）
混合气体的相对密度
（2.3）
式中——混合气体平均密度（）;
——标准状态下各单一气体密度（）；
——混合气体相对密度（空气为1）；
——标准状态下空气的密度。
2.2.3粘度
混合气体的粘度与气体中各组分的质量分数有关，而各组分的质量成分可由式求得。
（2.4）
式中——各单一气体容积成分（%）；
——相应各组分在0℃时的动力粘度（Pa•s）。
则可求得设计中所用燃气中各组分的质量成分。
各成分的质量分数计算如下：
动力粘度按照式（2.5）计算
（2.5）
式中——混合气体动力粘度（）；
——各组分的质量成分（%）；
——相应各组分的动力粘度（）。
运动粘度按照式（2.6）
（2.6）
式中——混合气体的运动粘度（）；
——混合气体动力粘度（）；
——混合气体平均密度（）
2.2.4爆炸极限
可燃气体与空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。
其有爆炸上限和爆炸下限之分。
其计算公式如下：
（2.7）式中——含有惰性气体的混合气体的爆炸下（上）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（％）；
——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％）。
将组分中的惰性气体按要求与可燃气体进行组合，即：
由图查得混合组分在上述混合比时的爆炸极限相应为5%—16%和4%—16%
按下式计算该天然气的爆炸极限为：
式中——爆炸下限（%）；
——爆炸上限（%）。
2.2.5混合物的热值
可燃气体与空气完全燃烧时放出的放出的热量称为可燃气体的热值，根据燃烧产物中水分的形式可分低发热值和高发热值。
其计算公式如下：
（2.8）
则设计中所用燃气的高发热值为
设计中所用燃气的低发热值为
式中——燃气高低热值（）;
——各单一气体低热值（）；
——各单一气体容积成分（%）。
2.2.6华白数
燃气性质中影响燃烧特性的参数主要有燃气的热值H、相对密度s及火焰传播速度（即燃烧速度）。
为此导出与热值和相对密度有关的综合系数，即华白指数。
华白指数
（2.9）
式中——华白指数（）；
——燃气低热值（）；
——混合气体相对密度（空气为1）。
2.3燃气质量要求及燃气的加臭
2.3.1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》GBT13611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。
2.3.2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。
第三章燃气需用量及供需平衡
在设计燃气输配系统时，需要首先确定燃气管网的计算流量，而计算流量的大小又取决于燃气需用量和需用的不均匀情况。
城市燃气需用量取决于用户类型、数量和用气量指标。
3.1用户类型及供气原则
城市燃气用户包括以下几种类型：
1、居民生活用户；
2、商业用户；
3、工业生产用户；
4、其他用户。
居民生活用户用气主要是用于日常的炊事和生活热水。
商业用户是与城镇居民生活密切相关的一类用户，包括职工食堂、饮食业、旅馆、理发店、浴室、洗衣房、医院、幼儿园、托儿所、机关、学校和科研机关等。
燃气主要是用于炊事和热水供应。
工业企业用户主要是用于生产工艺。
其他用气主要包括两部分，一部分是官网的漏损；另一部分是因发展过程中出现没有预见的新情况而超出了原计算流量。
供气原则不仅涉及到国家的能源政策，而且和当地的具体情况、条件密切相关。
在确定用气量分配时，一般优先发展民用用气，即居民生活用气和商业用气，它们是城镇燃气供应的基本对象，其中，又应优先供给居民生活用户。
居民生活用户和商业用户数量多，而且分散，把燃气优先供给这些用户可以提高热效率，节约能源，改善大气和环境污染，节约劳动力，减少城市交通运输。
在发展民用用户的同时，也要发展一部分工业用气，二者兼顾，这有利于提高气源生产企业的经济效益，减少储气容积，增加售气收费，有利于用气负荷的平衡等。
对于工业用户，应优先供给工艺上必须使用燃气，用气量又不大，自建煤气发生站又不经济的企业。
3.2城市用气量
3.2.1居民生活用户用气量
居民生活用户用气量取决于居民生活用户用气量指标（用气定额）、气化百分率及城市居民人口数。
影响居民生活用户用气量指标的因素很多，如住宅燃气器具的类型和数量，住宅建筑等级和卫生设备的设置水平，采暖方式及热源种类，居民生活用热习惯及生活水平，居民每户平均人口数，气候条件，公共生活服务设施的发展情况，燃气价格等。
各种影响因素对居民生活用户用气量指标的影响无法精确确定，通常根据居民生活用户用气量实际统计资料，经过综合分析和计算得到用气量指标。
当缺乏用气量的实际统计资料时，可根据当地的实际燃料消耗量、生活习惯、燃气价格、气候条件等具体情况，按表3.1确定。
表3.1城镇居民生活用气量指标[]
城镇地区
有集中采暖的用户
无集中采暖的用户
东北地区
2303～2721
1884～2303
华东、中南地区
—
2093～2303
北京
2721～3140
2512～2931
成都
—
2512～2931
注：
①本表系指一户装有一个燃气表的居民用户，在住宅内做饭和热水的用气量。
不适用于瓶装液化石油气居民用户。
②“采暖”系指非燃气采暖。
③燃气热值按低热值计算。
气化百分率是指城镇居民使用燃气的人口数占城镇居民总人口数的百分数。
一个城镇的气化百分率很难达到100%，因为有一部分房屋结构不符合安装燃气设备的条件或居民点远离城市燃气管网。
居民生活用户用气量：
新乡经济开发区的人口密度为8000人平方公里，该区的面积为24.5平方公里，人口为15万人左右，气化百分率为90%。
根据居民生活用气定额、居民人数、气化百分率即可计算出居民生活年用气量（3.1）
式中——居民生活年用气量（）；
——居民人数（人）;
——居民生活用气定额,查表定为2100;
——气化百分率（%）；
——燃气低热值（）。
本设计中开发区居民年用气量为：
3.2.2商业用户用气量
商业用户用气量取决于商业用户用气量指标（用气定额）、城市居民人口数及商业设施标准。
影响商业用户用气量的因素很多，主要有城市燃气的供应状况，燃气管网布置情况，商业的分布情况，居民使用公共服务设施的程度，用气设备的性能、热效率、运行管理水平和使用均衡程度以及地区的气候条件等。
应按商业用户用气量的实际统计资料分析确定用气量指标。
当缺乏用气量的实际用气量统计资料时，也根据当地的实际燃料消耗量、生活习惯、燃气价格、气候条件等具体情况。
参照新乡经济开发区的标准及《燃气工程技术手册》确定用气量指标
表3.2商业用气量指标表
序号
用户类别
用气量指标q
商业设施标准Bi
1
职工食堂
2000MJ人.a
400人千人
2
饮食业
8500MJ座.a
50座千人
3
托儿所、幼儿园（全托）
2000MJ人.a
100人千人
4
旅馆、招待所
有餐厅
4000MJ床位.a
2人千人
无餐厅
800MJ床位.a
1床位千人
5
医院
4000MJ床位.a
5床位千人
6
高级宾馆
9500MJ床位.a
10床位千人
7
学校
1500MJ人.a
90千人
商业用户年用气量可按下式计算：
（3.2）
式中——公共建筑年用气量（）；
——某一类商业设施标准；
——居民人口数（人）；
——某一类用途的用气量指标；
——燃气低热值（）。
本设计中开发区商业用户年用气量为：
=4.72×106m3a
3.2.3工业企业用户用气
工业企业燃气用户主要用于生产工艺。
工业企业生产用气设备的燃气用量，应根据热平衡计算确定；或参照同类型用气设备的用气量确定；或由原有加热设备使用其他燃料的消耗量折算确定，根据实际情况确定工业企业用户用气量。
开发区使用天然气的工业用户有：
华宇铝业三班制企业3000Nm³天3000×350=105×
太行振动三班制企业2500Nm³天2500×350=87.5×
合力焊剂两班制企业2000Nm³天2000×350=70×
轻研材料厂两班制企业1800Nm³天1800×350=63×
本设计中开发区工业企业用户用气量为：
=（105+87.5+70+63）
=3.25
3.2.4其他用气量
包括管网的漏损量和未预见量，一般其他用气量按总用气量的3%～5%计算。
本设计中开发区其它用气量为：
=（7.6+4.72+3.25）×106×5%
=0.78
3.3各类用户用气量计算汇总
新乡经济开发区年总用气量为：
=（7.6+4.72+3.25+0.78）×
=16.35
3.4计算流量
在设计燃气输配系统时，需用到燃气的计算流量。
计算流量的大小，直接关系到燃气输配系统的经济性和可靠性。
计算流量偏大，输配系统的金属耗量和基建投资都会增加；偏小，又会影响用户的正常、可靠用气，因而应合理确定燃气的计算流量。
城镇燃气管道的计算流量，应按计算月的高峰日小时最大用气量计算。
确定方法有：
不均匀系数法和同时工作系数法。
根据实际统计资料及参考资料，本设计确定新乡经济开发区城镇居民和商业用户的用气
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