燃气课程设计.docx
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燃气课程设计
燃气课程设计
《燃气供应课程设计》
设计说明书
题目：
学院：
专业：
班级：
学生姓名：
指导教师：
2012年10月
1设计题目
登封市怡鑫园小区住宅楼燃气输配系统设计
2原始资料
2.1小区布局和有关资料
1.居住小区布局见平面图，该小区地势平坦，地形较规则，庭院燃气管道来向及位置见平面图。
2.该居住小区共5幢楼，99户。
3.每户平均人口3.8人。
2.2燃气需用量计算相关数据
（1）各类用户燃气气化率
区域居民生活：
80%；
建筑物采暖：
10%
（2）用气定额
居民生活用气定额：
2500MJ/（人·年）
（3）每户用气设备
一台双眼灶，额定热负荷3.4MJ/h，热效率60%；一台燃气热水器，额定热负荷20MJ/h，热效率85%。
3燃气性质计算
3.1气源基本参数
选用的天然气，其容积成分为，甲烷96%，丙烷1%，正丁烷1%，CmHn（按丙烯）1%氮气1%。
表3-1天然气组成及其标态下的主要特性值
成分
V（％）
分子量
密度
（kg/m3）
动力粘度
10-6（Pa.s）
低热值
Ht（MJ/m3）
高热值
Ht（MJ/m3）
甲烷
96
16.043
0.7174
10.395
35902
39.842
丙烷
1
44.097
2.0102
7.502
93240
101.266
正丁烷
1
58.124
2.7030
6.835
123649
133.886
丙烯
1
42.081
1.9136
7.649
87667
101.266
N2
1
28.0134
1.2504
16.671
—
—
3.2燃气性质的计算
1. 分子量的计算
M=
=
=17.124
式中M—混合液体平均分子量；
x1x2……xn—各单一液体分子成分（％）；
M1、M2……Mn—各单一液体分子量。
2．相对密度的计算
=0.767kg/m3
式中
—混合气体的平均分子密度
—各单一气体容积成分（%）
—标准状态下各单一气体的密度
按以下公式求混合气体相对比重即相对密度。
S
=0.59
式中
—混合气体的平均分子密度
S—混合气体相对密度（空气为1）
为标准状态下空气的密度
3．粘度的计算
将容积成分换算为质量成分
查得各组分的分子量，根据已知的各组分容积成分，通过计算得到
=1712.4434
按换算公式，各组分的质量成分为
查得各组分的动力粘度，按以下公式求混合气体动力粘度。
=
Pa·s
混合气体的运动粘度为
m2/s
4．热值的计算（热值计算中,低热值不计算生成的水蒸气放出的汽化潜热量,高热值计算了生成的汽化潜热量）
=41.53MJ/m3
=37.51MJ/m3
5．爆炸极限的计算
然后将组分的惰性气体按照图1-12（输配课本）与可燃气体进行组合，即
，
由输配课本图1-12查得各混合组分在上述混合比时的爆炸极限相应为4%～16%。
由表1-4查得未与惰性气体组合的甲烷的爆炸极限是2.1%-9.5%
丁烷的爆炸极限是1.5%-8.5%，丙烷的为2.0%-11.7%
—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（％）；
y1、y2……yn—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％）。
6．华白指数的计算
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W
MJ/m3
4燃气质量要求：
4.1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。
4.2天然气的质量指标应符合下列规定：
1）天然气发热量、总硫和硫化氢含量、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。
4.3城镇燃气应具有可以察觉的臭味，燃气中加臭剂的最小量应符合下列规定：
1）无毒燃气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%时，应能察觉；
2）有毒燃气泄漏到空气中，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至0.02%（体积分数）时，应能察觉。
4.4城镇燃气加臭剂应符合下列要求：
1）加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味。
2）加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害。
3）加臭剂的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。
4）加臭剂溶解于水的程度不应大于2.5%（质量分数）。
5）加臭剂应有在空气中应能察觉的加臭剂含量指标。
5输配管网系统设计
5.1燃气输配系统的组成
本设计的输配系统主要有以下几部分组成：
1.中压一级压力系统的燃气管网
2.专用调压器、楼栋调压箱
3.门站
系统框架图如下：
庭院与室内管道→用户
↑
低压燃气管网
↑
楼栋调压箱
↑
门站→中压燃气管网
↓
专用调压站→工业用户
5.2燃气管网的分类及选择
我国城镇燃气管道根据输气压力（Mpa）一般分为以下几种：
表5-2城镇燃气设计压力（表压）分级
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
输配系统的压力级制与供气规模和供气压力密切相关，压力级制的选择不仅要考虑气源情况，还要与现状输配系统的压力级制及城市的发展情况相适应。
根据国内外多数城市燃气管网运行情况并结合新乡市实际情况，经过经济技术性比较，高—中压两级系统较高—中—低压三级系统可节省投资，而且高—中压两级系统能够保证用户燃具前的压力稳定，提高热效率。
根据登封市发展规划及用户分布情况等，本次远景规划确定登封市的压力级制为中压一级系统，城网中压管道输配气方案。
居民用户和小型工业用户一般直接由低压管道供气，低压管道输送人工燃气压力不小于2Mpa；输送天然气时压力不小于3.5Mpa
中压B和中压A管道必须通过区域调压站或专用调压站才能给城镇分配管网中的低压和中压管道供气或给工业企业大型公共建筑用户以及锅炉房供气
一般无论是旧的城镇还是新建的城镇，在选择燃气输配管网系统时，应考虑许多因素，其中主要因素如下：
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。
对天然气气源和加压气化气源，可以采用次高压、中压A或中压B一级管网系统，以节省投资。
对人工常压制气气源，尽可能采用中压一级或中—低压二级管网系统。
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、各类用户的数量和分布情况。
对于大城镇应采用较高的输气压力，当采用一、二级混合管网系统时，输气压力一般不低于0.1兆帕，对于中、小城镇可以采用一、二级混合系统，其输气压力可以低些。
街道宽阔、新居住区较多的地区，可选用一级管网系统。
3）原有的城镇燃气供应设施情况。
4）对不同类型用户的供气方针、气化率及不同类型的用户对燃气压力的要求。
5）大型燃气用户的数目和分布。
6）储气设备的类型。
7）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。
8）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。
9）对城镇燃气发展的要求。
“城镇燃气干管的布置，宜按逐步形成管网供气设计”这是为保证可靠供气的要求，否则在管道维修和新用户接管安转时，影响用户用气的面就大了城镇燃气都是逐步发展的，故在条文中只逐步形成，而不是要求每一期工程都必须完成环状管网；但要求每一期工程设计都宜在一项最后“形成干线管网”的总体规划指导下进行，以便形成干线环状管网
设计城镇燃气管网时，在全面考虑上述诸因素进行综合，从而提出数个方案技术经济比较，选用经济合理的最佳方案，方案的比较必须在技术指标和工作可靠性相同的基础上进行，城镇燃气干管的布置，应根据用户用气量及其分布，全面规划，宜按逐步形成环状管网供气进行设计。
根据本小区规模，远景规划情况，街区和道路的现状和规划、人口密度、各类用户的数量和分布情况，设计采用长输管线储气、中压供气、低压用气、楼栋调压、专用调压相结合的供气方式。
本设计采用低压一级供气，具有运行可靠，管理方便，节省投资和运行费用低的优点，管网的压力机制为低压B级
6小时计算流量
6.1基础数据：
表6-1天然气成分（体积百分比）
CH4
C3H8
C4H10
N2
CmHn
96
1
1
1
1
天然气低热值H=37.51MJ/Nm³
密度ρ=0.767Kg/Nm³
运动粘度ν=13.24×10-6m2/s
计算温度T=288K
6.2管道计算方法的确定
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金属用量和基建资金，定得偏低，又会影响用户得正常用气。
确定燃气小时计算流量得方法有两种，不均匀系数法和同时工作系数法。
这两种方法各有其特点和使用范围。
由于居民住宅使用燃气的数量和使用时间变化较大，故室内和庭院燃气管道的计算流量一般按燃气用具的额定耗气量和同时工作系数K来确定。
表6-2居民生活用燃具的同时工作系数
同类型燃具数目N
燃气双眼灶
燃气双眼灶和快速热水器
同类型燃具数目N
燃气双眼灶
燃气双眼灶和快速热水器
1
1.00
1.00
40
0.39
0.18
2
1.00
0.56
50
0.38
0.178
3
0.85
0.44
60
0.37
0.176
4
0.75
0.38
70
0.36
0.174
5
0.68
0.35
80
0.35
0.172
6
0.64
0.31
90
0.345
0.171
7
0.60
0.29
100
0.34
0.17
8
0.58
0.27
200
0.31
0.16
9
0.56
0.26
300
0.30
0.15
10
0.54
0.25
400
0.29
0.14
15
0.48
0.22
500
0.28
0.138
20
0.45
0.21
700
0.26
0.134
25
0.43
0.20
1000
0.25
0.13
30
0.40
0.19
2000
0.24
0.12
6.3小区室内管道水力计算：
室内燃气管道设计：
燃气管道见平面图与系统图，每家用户装燃气双眼灶和快速热水器，额定热负荷为（3.4+20）kw，燃气热值为37.51MJ/m3,燃气密度为ρ=0.767㎏/m3，运动粘度ν=10.31×10-6㎡/s
1、根据上述资料，计算出灶具和热水器在该种燃气下的小时额定用气量。
Q=额定功率·3600秒/低发热值=2.25（m3/h）
2、根据楼房平面图和立面图定出燃气管线的布置草图
3、做出草图（室内燃气管道系统图），反管径变化或流量变化处均应编号，并标上各计算管段的实际长度L1
图6-3小区2号楼燃气管道系统图
4、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。
计算流量计算公式如下：
Q=KtΣKQnN
式中:
Q---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Kt=1;
K---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的数量。
5、由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量预定各管段的管径。
6、查表得各管段的局部阻力系数ζ，查图得ζ=1时的
值，求出其当量长度L2=
，从而可得管道的计算长度L=L1+L2=L1+Σζl2
式中L1—管段的实际长度（m）。
7、根据燃气种类、密度和运动粘度选择水力计算图5-5确定管段单位长度的压降值。
由于本设计的燃气密度ρ=0.767kg/m3，需进行密度修正。
由此得到各管段单位长度压降值后，乘以管段计算长度，即得该管段的阻力损失。
8、计算各管段的附加压头，每米管段的附加压头值等于
ΔP=10×（ρa-ρg）h
g---重力加速度；
ρg---燃气密度（kg/m3）；
9、求各管段的实际压力损失，为ΔP–ΔH
10、求出燃气管道总压力降，对于天然气室内计算压力降一般不超过200-500Pa（包括燃气表的压力降）。
ΔP=Pmax–Pmin=（k1–k2）Pn
11、以总压力降与允许的计算压力降相比较，如不合适，则可改变个别管段的管径，。
重复计算过程，直至满足要求.将上述计算完整填成室内燃气管道水力计算表.
表6-3室内燃气管道水力计算表
管段号
额定流量Qn（（m3/h）
同时工作系数k
计算流量Q（m3/h）
管段长度L1（m）
管径d（mm）
局部阻力系数∑ζ
L2
（m）
当量长度L2（m）
计算长度L（m）
单位长度压力损失ΔP/L（pa/m）
压力损失△P（pa）
附加压头△H（pa）
管段实际压力损失△P-△H（pa）
管段局部阻力系数计算及其他说明
1-2
2.25
1
2.25
3
15
10
0.45
4.5
7.5
3.2
24
0
24
90°直角弯头ζ=2×3=6旋塞ζ=4
2-3
2.25
1
2.25
3
40
1.0
0.85
0.85
3.85
3.2
12.32
27.06
-14.74
三通直流ζ=1.0
3-4
4.5
0.56
2.52
3
40
1.0
0.93
0.93
3.93
1.69
6.64
27.06
-20.42
三通直流ζ=1.0
4-5
6.75
0.44
2.97
3
40
1.0
0.9
0.9
3.9
2.30
8.97
27.06
-17.09
三通直流ζ=1.0
5-6
9
0.38
3.42
2.1
40
1.0
0.85
0.85
3.95
2.90
11.46
18.9
-7.44
三通直流ζ=1.0
6-7
11.25
0.35
3.94
10
50
7.0
1.05
7.35
17.35
2.2
38.17
0
38.17
三通直流ζ=1.0
90°直角弯头=2
旋塞ζ=4
管段1-2-3-4-5-6-7总压力降△P=2.48pa
9-8
2.25
1
2.25
3
15
10
0.45
4.5
7.5
3.2
24
-27.06
51.06
90°直角弯头ζ=2×3=6旋塞ζ=4
8-6
2.25
1
2.25
0.9
40
1.0
0.85
0.85
1.75
1.5
2.63
-8.12
10.75
三通直流ζ=1.0
管段9-8-6-7总压力降△P=99.98pa
7管材及管道防腐
7.1管材：
中低压管道大部分采用镀锌钢管，接口为焊接或法兰联接，所有穿越街道处均采用钢管套管。
7.2管道防腐设计：
1、依据
《城镇燃气埋地钢管管道腐蚀控制技术规程》如下：
①城镇燃气埋地钢管管道必须采用防腐层进行外保护；
②高压、次高压、公称直径大于或等于100毫米的中压管道和公称直径大于或等于200毫米的低压管道必须采用防腐层辅以阳极保护的腐蚀控制系统，管道运行期间阳极保护不应间断。
2、防腐层进行外保护
由于该城市土壤为黏土，土壤腐蚀等级为中级，土壤电阻率为20欧•米，防腐等级为普通绝缘。
表7-2埋地钢管各类沥青绝缘层结构
绝缘等级
总厚度
1
2
3
4
5
6
7
普通
底漆一层
沥青2mm
玻璃布一层
沥青2mm
玻璃布一层
沥青2mm
塑料布一层
6.0（+1.0，-0.5）
8参考文献
1段常贵主编.燃气输配（第三版）.北京：
中国建筑工业出版社，2001年
2袁国汀主编.建筑燃气设计手册.北京：
中国建筑工业出版社，1999年
3刘松林著.高层建筑燃气系统设计指南.北京：
机械工业出版社，2004年
4中国建筑技术研究院.聚乙烯燃气管道工程技术规程.北京：
中国建筑工业出版社，
5城镇燃气室内工程施工及验收规范.北京：
中国建筑工业出版社，2003年
6哈尔滨建筑大学.供热工程制图标准.北京：
中国建筑工业出版社，1998年
7方育瑜.聚乙烯管道.北京:
中国建筑工业出版社，1996年
8王伟等.城市室内燃气工程有关问题的探讨.煤气与热力，2004年3月第24卷第3期
9沈松泉等编.压力管道安全技术.南京：
东南大学出版社，2000年
10马良涛等编.燃气输配.北京：
中国电力出版社，2004年
11席德粹等编著.城市煤气管网设计与施工.上海.上海科学技术出版社.1987年
12《煤气设计手册》编写组.煤气设计手册.北京.中国建筑工业出版社.1987
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