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燃气设计说明书教材
摘要
城市燃气作为城市基础设施的重要组成部分，不仅关系到城市人民的生活质量、自然环境和社会环境，关系到城市经济和社会的可持续发展，是国民经济中具有先导性、全局性的基础产业。
大力开发利用天然气，改善和优化能源结构，促使能源结构从低效高污染型向高效清洁型转变，为我国国民经济中长期可持续发展作出贡献。
深化体制改革，扩大对外开放，面向市场，以经济效益为中心，充分有效地利用国内外两种资源、两个市场、两种资金和两种技术，来推动天然气产业快速发展。
本次设计主要做一个某小区天燃气中压环网设计。
通过对该区的地理位置和城镇规模等调查，人均耗气量、人口数、商业用气量、工业用气量等的统计之后，然后规划该区10至20年城镇用气情况，然后作出一个符合当地情况的一个规划。
规划内容包括城镇概况、燃气性质、燃气需用量及供需平衡、城镇燃气管网设计、某一高层居民建筑管网设计、调压站设计、门站设计。
由于燃气的易燃易爆特性直接关系社会公共安全和居民的人生、财产安全，为确保燃气行业的安全建设和运营，燃气建设必须安全第一。
设计应考虑实际情况，必须严格按照国家规范。
为应山县的燃气建设提供保障。
第一章课程设计任务书
一.设计题目：
某城市天燃气中压环网设计
二.设计目的
燃气输配课程设计是建筑环境与设备工程专业学生在学习完《燃气输配》后的一次综合训练，其目的是让学生掌握城市燃气管网的设计方法，了解设计流程，熟悉设计手册、图集、设计规范、设备样本的使用方法。
通过该课程设计进一步掌握燃气输配工程的专业知识，深入了解燃气所需流量计算，燃气分配管网计算流量计算，水力计算，环网平差计算的具体方法，学会绘制设计图纸，编制设计说明就算书，从而达到具有结合工程实际进行燃气输配系统设计的能力。
三．设计任务
根据某开发区基础资料设计该城市燃气输配管网工程，内容包括燃气中压管道的布线、平差及水力计算。
四．设计原始资料
1.某城区规划总平面图
2.设计基本资料
（1）该城市地处73°40＇E-96°18＇E，34°25＇N-48°10＇N。
该城市X万人，人口密度300人/每平方公里，人民消费水平中等。
（图纸比例1:
1000）
（2）城市地理有关资料
该市海拔高度654米；平均大气压9.33m水柱。
（3）气象资料
①明显的温带大陆性气候。
气温温差较大，日照时间充足，降水量少，气候干燥。
②年平均风速二级（2.47米/秒）。
③常年主导风向为西北风及东北风。
（4）城市燃气有关参数
①气源种类：
天然气
②天然气组分（体积%）：
组分
甲烷
乙烷
丙烷
异丁烷
正丁烷
氮气
体积（%）
94.7
0.55
0.08
1
0.01
4.64
该天然气物理化学性质
低热值（MJ/m3）
35.647
分子量（kg/kmol）
17.28
动力粘度（Pa.s）
1.126
10-5
密度（kg/m3）
0.770
运动粘度（m2/s）
14.62
10-6
华白数（MJ/m3）
51.21
爆炸下限（%）
5.30
爆炸上限（%）
16.05
③城市门站出站压力0.3Mpa，中低压调压设备进口压力≥0.28Mpa。
（5）燃气用户资料
①居民用户气化率90%；
②公共建筑用户
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座位
位置见图
③K1max=1.1
K2max=1.05
K3max=2.2
④居民公共用户用气指标见《燃气设计手册》及《煤气规划设计手册》。
⑤其他资料如布线原则等参照《城镇燃气设计规范》。
第二章各类用户用气量计算
2.1供气原则及供气对象
1、民用用气供气原则
①优先满足城镇居民炊事和生活用热水的用气。
②尽量满足托幼、医院、学校、旅馆、食堂和科研等公共建筑的用气。
③人工煤气一般不供应采暖锅炉用气。
如果天燃气气量充足，可以发展燃气供暖和燃气空调。
2、工业用气供气原则
①应优先供应在工艺上使用燃气后，可以使产品产量和产品质量有很大提高的工业企业。
②使用燃气后能显著减轻大气污染的工业企业。
③作为缓冲用户的工业企业，有利于平衡用气波动。
2.1.2居民生活年用气量
根据居民生活用气量指标、居民数、气化率即可按照下式计算出居民生活年用气量。
Qy=Nkq/Hl
式中Qy——居民生活年用气量（Nm³/a）；
N——居民人数（人）；
k——气化率（%）；
q——居民生活用气定额（kJ/人·a）
Hl——燃气低热值（kJ/Nm³）。
2.1.3公共建筑年用气量
在计算公共建筑年用气量时，首先要确定各类用户的用气指标、居民数及各类用户用气人数占总人口的比例。
对于公共建筑，用气人口数取决于城市居民人口数和共公建筑设施标准。
例入这种标准的有：
1000居民中托儿所、幼儿园的人数，为1000居民设置的医院、旅馆床位数等。
公共建筑年用气量可按下式计算：
表2-1-1
序号
项目
千人指标
备注
1
医院
3～3.75床
位置见图
2
宾馆
3～3.2床
位置见图
3
幼儿园
20～50床
位置见图
4
饭店（饮食业）
3～3.5床
位置见图
5
学校
30～35床
位置见图
Qy=M·N·q/Hl
式中Qy——公共建筑年用气量（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——各类公共建筑用气定额（kJ/人·a）
Hl——燃气低热值（kJ/Nm³）。
2.1.4燃气小时用气量计算
采用日用气不均匀系数计算，计算公式如下：
Q=（Qy/（365×24））×K1max×K2max×K3max
式中Qy——计算流量（Nm³/h）；
Qy——年用气量（Nm³/a）；
K1max——月高峰系数。
K2max——日高峰系数。
K3max——小时高峰系数。
根据设计任务书所给的范围去：
k1=1.1,k2=1.05,k3=2.2
以上各项计算过程如下所示：
1、年用气量：
人口数：
N=500002×2697.3647×10-12×7310=4.93×104
2、居民生活用气量：
Q=NKq/HL=（4.93×104×90%×5320×103）/（34747.6KJ/Nm3）=6.79×106Nm3/a
3、商业用户年用气量：
医院：
Qa1=MKq/HL=（10/1000×4.93×104×3000×103）/34747.6KJ/Nm3=4.26×104Nm3/a
宾馆：
Qa2=MKq/HL=（30/1000×4.93×104×9000×103）/34747.6KJ/Nm3=3.83×105Nm3/a
饭店（饮食业）：
Qa3=MKq/HL=（30/1000×4.93×104×8500×103）/34747.6KJ/Nm3=3.62×105Nm3/a
学校：
Qa4=MKq/HL=（60/1000×4.93×104×1500×103）/34747.6KJ/Nm3=1.28×105Nm3/a
4、月用气量:
居民：
Q=1.1×6.79×106/12=6.22×105Nm3/月
医院：
Qa1=1.1×4.26×104/12=3.91×103Nm3/月
宾馆：
Qa2=1.1×3.83×105/12=3.51×104Nm3/月
饭店（饮食业）：
Qa3=1.1×3.62×105/12=3.32×104Nm3/月
学校：
Qa4=1.1×61.28×105/12=1.17×104Nm3/月
5、小时用气量：
居民：
Q=2.2×6.79×106/8760=1.71×103Nm3/h
医院：
Qa1=2.2×4.26×104/8760=10.70Nm3/h
宾馆：
Qa2=2.2×3.83×105/8760=96.19Nm3/h
饭店（饮食业）：
Qa3=2.2×3.62×105/8760=90.91Nm3/h
学校：
Qa4=2.2×1.28×105/8760=32.15Nm3/h
6、未预见量
城市用气量中还应计入未见量，它包括管网的燃气漏损量和发展过程中未预见的供气量。
一般未预见量按总量的5%-8%计算。
未预见量：
（6.79×106+4.26×104+3.83×105+3.62×105+1.28×105）×6%=462336Nm3/a
7、小时计算流量：
Qh=（Qa×1.05）/（365×24）×Kmaxm×Kmaxd×Kmaxh
Qa=6.79×106+4.26×104+3.83×105+3.62×105+1.28×105=7.71×106Nm3/a
则：
Qh=（7.71×106×1.05）/（365×24）×1.1×1.05×2.2=2.35×103Nm3/h
第三章设计方案及管网布置
3.1燃气管网系统选择和管网布线原则
3．1．1燃气管网系统选择
燃气管网系统的选择与下列因素有关：
气源情况；城市规模、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、居民用户的分布情况；原有的城市供气设施情况；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；用气工业企业的数量和特点；储气设备的类型；
城市地形条件；城市地下管线和地下建筑物、构筑物的现状和改建、扩建规划。
某县城属于开发区，所以采用一级管网系统；又由于中压系统的利用性较高，所以采取中压A一级管网系统。
中压干管计算压力降选择：
起点0.3Mpa，中低压调压设备进出口压力≥0.28Mpa。
3．1．2燃气管网布线原则
中压燃气管道的主要功能是输气或配气，并通过调压站向低压管网各环网配气。
因此，中压管的平面布置一般按以下原则布置：
①中压管道应布置在城市用气区便于与低压环网连接的规划道路上，但应尽量避免沿车辆来往频繁或闹市区的交通线敷设，否则对管道施工和管理维修造成困难；
②中压管道应布置成环状，以提高其输气和配气的安全可靠性；
③中压管道的布置，应考虑调压站的布点位置和对大型用户直接供气的可能性，应使管道通过这些地区时尽量靠近各调压站和这类用户，以缩短连接支管的长度；
④与气源连接的中压管道的连接管段应采用双线敷设，考虑某县城属于小县城，采用单线敷设的连接管；
⑤中压管道应尽量避免穿越铁路等大型障碍物，以减少工程量和投资；
⑥中压管道是城市输配系统的输气和配气主要干线，必须综合考虑近期建设与长期规划的关系，以延长已经敷设的管道的有效使用年限，尽量减少建成后改线、增大管径或增设双线的工程量；
⑦中压管网初期建设的实际条件只允许布置半环形、甚至为枝状管网时，应根据发展规划使之与规划环网有机联系，防止以后出现不合理的管网布。
⑧根据道路横断面布置图，并与各管线工种进行充分的工种协调，并经城市规划建设管理部门批准，燃气干管敷设在道路的东侧或北侧的车行道上，管道中心距离道路边线的距离为1.5m。
第四章管网水力计算
4.1各级管网压力及计算压力降的确定
4．1．1各级管网压力
中压干管压力选择：
中压A级，即为0.1Mpa～0.4Mpa；
4．1．2各级管网计算压力降的确定
开发区门站出站压力0.3Mpa，中低压调压设备进出口压力≥0.28Mpa
4．1．3高压和中压燃气管道摩檫阻力损失计算公式
1、钢管
2、铸铁管
上两式中
L：
管道计算长度（m）；
：
燃气的管段计算流量（
）；
：
管道内径（cm）；
：
燃气的热力学温度（K）；
：
标准状态下的温度（273K）。
具体计算过程见下节。
4.2管网计算流量确定
4．2．1计算步骤
1、计算各环的单位长度途泄流量
①按管网布置将供气区域分成小区；
②求出每个环内的最大小时用气量；
③计算供气环周边的总长；
④求单位长度的途泄流量。
具体计算过程如表4-2-1。
单位长度的途泄流量计算表表4-2-1
各环的单位长度途泻流量
环号
面积（km2）
居民数（人）
每人用气量（Nm3/（人.h）
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
2.08
15205
0.05
760.25
6697.615
0.11
Ⅱ
2.22
16228
0.05
811.4
6556.795
0.12
Ⅲ
2.43
17763
0.05
888.15
6424.985
0.14
∑Q=2459.8
2、求管段的计算流量
①将管网的各管段依次编号，在距供气点最远处，假定零点为点4，同时决定气流方向。
②计算各段管的途泄流量。
③计算传输流量，计算由零点开始，与气流相反方向推算到供气点。
④求各管段的计算流量。
相应的计算表格如表16。
⑤根据管段流向，求各管段的管段流量，为管网水力计算做准备。
⑥校正1-2，1-6管段输出的流量之和与管网小时计算流量大概相等，调压站由1-2、1-6管段输出的燃气量为：
206.92+986.55+219.57+1010.01=2423.05pa
与各环的供气量2459.8相差36.75Pa左右.
计算过程见表4-2-2
表4-2-2
各管段的计算流量
环号
管段号
管段长度（m）
单位长度途泄流量q（Nm3/（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
1881.125
0.11
206.92
113.81
986.55
1100.36
2—7
960.045
0.25
240.01
132.01
241.23
373.24
6—7
1860.31
0.23
427.87
235.33
241.23
476.56
1—6
1996.135
0.11
219.57
120.77
1010.01
1130.78
Ⅱ
5—4
2043
0.12
245.16
134.84
0
134.84
7—4
1855.6
0.26
482.46
265.35
0
265.35
6—7
1860.31
0.23
427.87
235.33
241.23
476.56
6—5
797.885
0.12
95.75
52.66
245.16
297.82
Ⅲ
2—3
2030.99
0.14
284.34
156.39
220.97
377.36
3—4
1578.35
0.14
220.97
121.53
0
121.53
7—4
1855.6
0.26
482.46
265.35
0
265.35
2—7
960.045
0.25
240.01
132.01
241.23
373.24
4.3管网水力计算
1、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的10%。
由供气点至零点的平均距离为5184.075m，计算过程为：
L=（5490.465+4696.77+5712.045+4837.02）/4=5184.075m
大气压：
9.8×10.32=101.36KPa
△P=P12-P22=（101.136+300）2+（101.136+280）2=15645.44KPa
△P/L=15645.44/（5184.075×1.1）=2.74kPa/m；
由于向某开发区供应的燃气的密度为0.721kg/m³，所以在查询水力计算图时，需进行修正，即
（△P/L）ρ=1=（△P/L）/0.721
=2.74/0.721kPa/m
=3.80kPa/m.
选定管径后，由水力计算图查得（△P/L）ρ=1的值，求出
（△P/L）=（△P/L）ρ=1×0.721
全部计算列于下表中。
用Ⅰ环路的管段1-2计算过程举例说明：
△P/L=15645.44/（5184.075×1.1）=2.74kPa/m；
（△P/L）ρ=1=（△P/L）/0.721=2.74/0.721kPa/m=3.80kPa/m.
管段1-2的长度从设计图上量取的L=1881.125m,计算流量Q=1100.36Nm3/h
根据Q和（△P/L）ρ=1查《燃气输配》第四版97页的图6-4燃气管道水力计算图表（三）得管道1-2的管径为150mm的钢管。
在反回图6-4（《燃气输配》第四版97页）反推单位压力降△P/L=2.16
△P=2.16×1881.125=4063.23KPa
由于1-2管段是顺时针方向,所以为正值。
2、从下表的初步计算可见，两个环的闭合差均大于10%。
一个环的闭合差小于10%时，也应对全部环网进行校正计算，否则由于邻环校正流量值的影响，反而会使该环的闭合差增大，有超过10%的可能。
先求各环的△Q'
△Q'=-（∑△P）/（1.75×∑（△P/Q））
△Q'Ⅰ=-（∑△P）/（1.75×∑（△P/Q））=-（-805.43）/（1.75×18.84）=24.43
△Q'Ⅱ=-（∑△P）/（1.75×∑（△P/Q））=-（883.47）/（1.75×92.49）=-5.46
△Q'Ⅲ=-（∑△P）/（1.75×∑（△P/Q））=-（-1842.52）/（1.75×81.61）=12.90
再求各环的△Q"
△Q"=-（∑△Qnn′）×（△P/Q）ns/（∑（△P/Q））
△Q"Ⅰ=-（∑△Qnn′）×（△P/Q）ns/（∑（△P/Q））
=（-5.46×5.07+12.9×5.76）/（18.34）
=2.47
△Q"Ⅱ=-（∑△Qnn′）×（△P/Q）ns/（∑（△P/Q））
=（24.43×5.07+12.9×31.75）/（92.49）
=5.77
△Q"Ⅲ=-（∑△Qnn′）×（△P/Q）ns/（∑（△P/Q））
=（24.43×5.76+（-5.46）×31.75）/（81.61）
=-0.40
由于出现了闭合差大于10%的环，所以进行流量校正。
先求各环的△Q′，其公式如下：
△Q′=-（∑△P）/（1.75×∑（△P/Q））
再求各环的△Q″，其公式如下：
△Q″=-（∑△Qnn′）×（△P/Q）ns/（∑（△P/Q））
式中△Q′——考虑本环影响而得到的修正流量；
△Q″——考虑邻环影响而得到的修正流量；
△Qnn′——邻环的环内修正流量，仅考虑自身影响；
（△P/Q）ns——本环和邻环的公共管段的△P/Q.
各环校正流量为
△Q=△Q′+△Q″
△QⅠ=△Q'Ⅰ+△Q"Ⅰ=24.43+2.47=26.90
△QⅡ=△Q'Ⅱ+△Q"Ⅱ=-5.46+5.77=0.31
△QⅢ=△Q'Ⅲ+△Q"Ⅲ=12.90+（-0.40）=12.50
共用管段的校正流量为本环的校正流量值减去相邻环的校正流量值。
其环网的校正流量值为
校正流量的就是顺序如下：
首先找出各环的△Q′，然后求出各环的△Q″。
令△Q=△Q′+△Q″，以此校正各环管段的计算流量。
若校正后闭合差仍未达到精度要求，则需再一次计算校正流量△Qi′、△Qi″及△Qi，使闭合差达到允许的精度要求为止。
压力降闭合差的精度要求：
高、中压管网
低压环网
式中
或
—环网内各管段的压力降或压力平方差；
或
—环网内各管段的压力降或压力平方差的绝对值
—工程计算的精度要求，一般
<10%。
经过一次流量校正，将校正后的流量带入计算步骤重复计算一次，得到的各环的闭合差均小于10%，因此计算合格。
具体计算过程见下表：
3、经过校正流量的计算，使管网中的燃气流量进行了重新分配。
管段5-4的计算流量由134.84Nm3/h减至134.53Nm3/h，因而零点向点5方向移动了
△L米，△L的计算公式为：
△L=（Q校正前-Q校正后）/（0.55q4-5）
=（134.84-134.53）/（0.55×0.12）
=4.70m
新的零点位置用记号“X”表示在图上，这些点是环网在计算工况下的压力最低点。
4、校核从供气点至零点的压力降
△P1-2-3-4=4639.09+5562.88+5000.21=15202.18KPa
此压力降是否充分利用了计算压力降的数值，在一定程度上说明了计算是否达到了经济合理的效果。
设计总结
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
做好课程设计的感觉是很好的，能学到许多课堂上学不到的知识，对以后的实际动手操作也是很有帮助的。
从这次燃气输配课程设计中，我明白了几点：
第一，进行必要的准备是完成课程设计的前提。
就像在完成第一部分的燃气基本性质计算时我们必须要掌握燃气的种类和性质才能进行计算。
而在完成第二部分的输配管网设计就要求我们必须先掌握水力计算等相关课程知识，这样才能提高速度提高效率，而不是像无头苍蝇一样到处乱算，我们必须要把课堂上学到的知识应用到课程设计上来，达到事半功倍的效果。
还有，无论课程设计的结果如何，我们一定要吸取教训，积累经验，这才是最重要的
参考文献
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