气燃输配课程设计说明书.docx
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气燃输配课程设计说明书
河南城建学院
《燃气输配》课程设计说明书
题目：
小区燃气管网设计
学生姓名：
崔昊
学号041409215
系部名称：
建筑环境与能源工程系
指导老师：
马良涛崔秋娜鞠睿
完成时间：
2012年6月16日
二○一二年六月十六日
目录
一、设计目的---------------------------------------------2
二、主要参考资料-----------------------------------------2
三、设计内容---------------------------------------------2
四、室内燃气管道设计-------------------------------------5
五、室内燃气管道设计统一说明-----------------------------10
六、调压设备的选型与计算----------------------------------13
七、小区燃气管道设计-------------------------------------15
八、小区燃气管道设计统一说明-----------------------------19
一、设计目的
本课程设计的目的旨在提高学生运用所学的理论知识解决实际问题的能力。
通过课程设计了解工程设计的内容、方法和步骤，初步培养确定设计方案、设计计算、绘制图纸、使用技术资料及编写设计说明的能力。
为毕业后从事该行业打下坚实基础。
二、主要参考资料：
《城镇燃气设计规范》GB50028-2006；
《家用燃气灶》GB16410-1996
《燃气工程技术设计手册》
《燃气输配》中国电力出版社
三、设计内容：
（一）设计原始资料：
本设计气源为深圳大鹏湾天然气，天然气（体积百分数）见下表
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H10
N2
91.46
4.74
2.59
1.11
0.01
0.09
（二）
天然气基本参数计算
（1）平均分子量
式中 M：
混合气体的平均分子量；
y1、y2、yn：
各单一气体的体积百分数；
M1、M2、Mn：
各单一气体的分子量。
（2）平均密度
式中 ρ：
混合气体平均密度（Kg/Nm3）；
ρ1、ρ2、ρn：
标准状态下各单一气体的密度。
（3）相对密度
（4）动力黏度
式中 μ：
混合气体在0℃时的动力粘度（Pa·s）；
μi ：
相应各组分在0℃时的动力粘度（Pa·s）；
（5）运动粘度
式中ν：
混合气体在0℃时的运动粘度（Pa·s）；
（6）平均临界压力、平均临界温度
式中 Pm.c、Tm.c：
混合气体的临界压力与临界温度；
：
各组分的临界压力；
：
各组分的临温度。
（7）爆炸极限
（8）发热值
高发热值：
低发热值：
式中 Hs、Ht：
混合气体的高、低发热值；
、
：
为混合气体中单一组分的高、低发热值。
（9）各参数计算细表
混合气体中各单一组分的气体性质如下表：
标准状况下混合气体的基本性质
气体性质
气体成分
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
N2
yi （%）
91.46
4.74
2.59
1.11
0.01
0.09
Mi
16.043
28.054
44.097
58.124
72.151
28.0134
ρi（kg/Nm3）
0.7174
1.2605
2.0102
2.703
3.4537
1.2504
Pci （MPa）
4.6407
5.3398
4.3975
3.6173
3.3437
3.3944
Tci （K）
191.05
282.95
368.85
425.95
470.35
310.91
μi （Pa/s）
10.393
9.316
7.502
6.835
6.355
16.671
Hsi（MJ/Nm3）
39.842
63.438
101.266
133.866
169.377
--
Hli（MJ/Nm3）
35.902
59.477
93.24
123.649
156.733
--
Ls（%）
5.0
2.9
2.1
1.5
1.4
--
Lt（%）
15.0
13.0
9.5
8.5
8.3
--
按上述公式计算得到混合气体的各项参数如下表：
混合气体参数计算结果
M
17.68
ρ（kg/Nm3）
0.799
Pm，c （MPa）
4.655
Tm，c（K）
202.75
μ （Pa/s）
9.8×10-6
V（m2/s）
12.3×10-6
Hs（MJ/Nm3）
43.57
Hl（MJ/Nm3）
39.46
Ls（%）
5.3
Lt（%）
15.4
燃气华白指数W=50.2
（10）结果分析
根据我国城市燃气设计规范规定，作为城市燃气的人工燃气，其低发热值应大于14700KJ/NM3。
由于用气设备是按确定的燃气组分设计的，所以城市的燃气组分必须维持稳定。
燃气华白指数波动范围应不超过5%。
该天然气最低热值为40832KJ/NM3>14700KJ/NM3，满足城市燃气供应的基本要求；本次供应气体为干天然气。
（三）燃气供应对象
（1）该小区共12栋居民楼，每栋5层。
其中2栋为20户，6栋为30户，4栋为40户，共计380户。
（2）用户用气设备：
每一居民用户内装设一台然气双眼灶和一台燃气热水器，双眼灶额定热负荷为8.0KW，热水器额定热负荷为18KW。
（3）燃具额定用气量及燃具压力
燃气双眼灶额定用气量：
Q=（8.0×3600）/Hl=0.705m3/h
热水器额定用气量：
Q=（18×3600）/Hl=1.587m3/h
燃具额定压力（Pa）：
2000
燃具前最大压力（Pa）：
3000
燃具前最小压力（Pa）：
1500
调压站出口最大压力为2850Pa。
G1.6表压力降约60~80Pa，
室内燃气管道允许阻力损失为不超过350Pa。
四、室内燃气管道水力计算（具体计算详见附表）
1、方案选择
本次室内燃气管道安装采用地下引入盘管引入用户，室内挂表的方式。
从燃气输配系统的投资、安全性能、美观三方面考虑择选燃气管道系统。
地下引入适用于寒冷地区，引入管在地下穿过建筑物基础，从厨房地下引入室内，室外看不见引入管。
燃气管道的投资取决于管子本身的造价和建设费用。
管道的总投资在很大程度上取决于管径。
并进行经济技术比较，以取最优方案。
2、室内燃气管道的布线：
各楼层燃气管道的平，立面布置；（具体图示详见附图）
3、室内燃气管道的水力计算步骤
a、将各管道按顺序编号，凡是管径变化或流量变化处均应编号；
b、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；
居民生活用的一燃气双眼灶和一热水器同时工作系数：
表1-2
户数
1
2
3
4
5
6
7
同时工作系数K0
1.00
0.56
0.44
0.38
0.35
0.31
0.29
户数
8
9
10
15
20
25
30
同时工作系数K0
0.27
0.26
0.25
0.22
0.21
0.20
0.19
户数
40
50
60
70
80
90
100
同时工作系数K0
0.18
0.178
0.176
0.174
0.172
0.171
0.17
c、由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量预选各管段管径；
d、算出各管段的局部阻力系数，求出其当量长度，可得管段的计算长度；
e、使用水力计算表查出单位压力降并进行修正；
f、计算各管段的附加压头；
g、求各管段的实际压力损失；
h、求室内燃气管道的总压力降，对于天燃气压力降不超过350Pa；
管网的计算压力降一般取决于两个因素；一是取决于燃具的额定压力Pn，增大Pn可以增大计算压力降ΔP，从而可降低金属用量，节约管网投资。
但对于普通民用，兼顾技术要求和经济性，天然气的Pn确定为2000Pa；二是取决于燃具的压力波动范围。
虽然增大燃具的压力波动范围可可以增大计算压力降ΔP，从而可降低金属用量，但是当压力显著偏离普通民用燃具的额定压力Pn时，热效率和使用状况会显著变差，因此燃具的压力波动范围不允许有很大的波动。
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。
i、将上述计算完整填成室内燃气管道水力计算表。
j、绘制室内燃气管道平面图和室内燃气管道系统图。
4、低压燃气管道计算说明
根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）规定，低压燃气管道单位长度的摩擦阻力宜按照下式计算。
式中Rm：
燃气管道单位长度摩擦阻力，Pa/m；
λ：
燃气管道的摩擦阻力系数；
Q：
燃气管道的计算流量，Nm3/h；
d：
管道内径；
ρ：
燃气密度，kg/Nm3；
T：
设计中所采用的燃气温度，K（本燃气管道设计温度采用288K）；
T0：
273.16，K
根据燃气在管道中的不同运动状态，摩擦阻力系数λ按下列各式计算：
层流状态：
时，
；
临界状态：
时，
；
湍流状态：
时，与管材有关：
钢管：
；（本次所选管道为钢管，K＝0.2）
铸铁管：
；
式中Re：
雷诺数；
v：
标准状况下的燃气运动粘度，m2/s；
K：
管壁内表面的当量绝对粗糙度，对钢管取0.2mm。
（3）附加压头计算公式：
式中g：
重力加速度；
H：
管道计算末端和始端的高程差；
ρk：
空气密度1.293kg/m3；
ρm：
燃气密度。
5、管道计算要求
天然气的管道内初选气体经济流速为6m/s，最小管径为DN15。
根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）的要求，低压燃气管道允许阻力（Pa），在多层建筑中天然气从建筑物引入管道管道末端的阻力为350Pa。
6、室内燃气水力计算举例说明
以28号楼为例进行室内水力计算：
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（8+18）kw，燃气热值为39.46MJ/m3,燃气密度为ρ=0.799㎏/m3，运动粘度ν=12.3×10-6㎡/s
以管段1-2为例进行水力计算
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。
计算如下：
Q=额定功率·3600秒/低发热值（m3/h）=2.37m3/h
1-2管段中有一个燃气热水器，所以额定流量Qn=1.64m3/hh
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），凡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
1-2管段中实际长度L1=1.75
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。
1-2管段中计算流量Qh=KQn=1.00×1.64=1.64m3/h
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。
预定1-2管段直径为15
6、查表5-1得各管段的局部阻力系数ζ，查图5-1得ζ=9.4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）。
1-2管段中计算长度
L=L1+L2=L1+Σζl2=1.75+9.4×0.44=5.89m
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=0.799kg/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。
1-2管段中修正前单位长度的压降值ΔP/L=5.88.
1-2管段中修正前单位长度的压降值ΔP/L×0.799=4.70Pa/m
8、计算各管段的附加压头，每米管段的附加压头值等于
ΔH=10×（ρa-ρg）h
=10×（1.293-0.833）h
=4.6hPa/m
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
1-2管段的实际压力损失，为
ΔP–ΔH=27.68-（-5.52）=33.20Pa
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350Pa（未包括燃气表的压力降80Pa）。
ΔP=Pmax–Pmin=（k1–k2）Pn
管道1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13总压力降ΔP=99.27Pa
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。
12、将上述计算完整填成室内燃气管道水利计算表。
13、绘制室内燃气管道平面图和室内燃气管道系统图。
五、室内燃气管道设计统一说明
1、本说明系一般说明，凡有特殊要求以施工图为准。
2、图中标注尺寸，管长、标高以米为单位，其余以毫米为单位。
3、图中标高以室内地坪为±0.00。
4、一般规定
4.1.燃气管道与采暖、给水、排水、管道交叉敷设时，一般燃气管道应在上面跨越。
4.2.凡是敷设有燃气管道的房间均不得住人，亦不得作为易燃、易爆品、危险品仓库。
4.3.燃气锅炉应设单独烟道。
5.1、管材及连接方式
室内外燃气管道分别采用镀锌钢管和普通碳素钢钢管；室内管采用丝接和焊接，室外管采用焊接。
5.2管道的安装
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。
结合主要的设计原则，说明本设计的方案：
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。
如确有困难，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；燃气引入管穿过建筑物基础、墙或管沟时，均应设在套管内，并考虑沉降的影响，必要时采取补偿措施。
本工程位于河南平顶山，属于华北地区，有冰冻期，因此本工程采用地下引入。
5.2.1.引入管采用镀锌钢管，埋地部分必须作防水。
5.2.2.引入管与建筑物垂直引入，当引入管采用地下引入方式，其和庭院管道相连时，一般从庭院管道上部连接，并且宜采用两个三通、两个丝堵的连接方式，不得用弯头。
5.2.3.引入管必须在冰冻线以下，并且应保持不小于5‰的坡向庭院管道的坡度。
5.2.4.室内水平燃气管道应有不小于3‰的坡度。
（1）水平盘管坡向立管；
（2）用户支管的表前管坡向立管，表后管坡向下垂管。
5.2.5.立管的垂直度要求每层垂直偏差不大于±10mm。
5.2.6.安装在总立管上的阀门一般距离地面0.8～1.0m，阀门上端设一活接头，系统中的所有阀门均采用燃气管道专用旋塞或球阀，阀门朝向应以便于开关操作为原则。
5.3、套管的安装
管道穿越建筑物基础、地沟、承重墙或楼板时，要设置钢套管，套管内的燃气管道不得有接口，套管还应符合下列要求：
（1）穿建筑物基础或地沟时，套管两端应伸出200mm。
（2）穿承重墙时，套管两端应与墙面平齐。
（3）穿楼板时，套管下端应与天棚平齐，上端应伸出地面50～100mm。
（5）套管与燃气管道之间的空隙填塞沥青油麻或用热沥青封口，套管与墙、楼板间的空隙填塞水泥沙浆，并抹平。
（5）套管规格见下表：
燃气管道直径（DN）25505080
钢套管直径（穿地基、地沟、实体墙用）508080100
钢套管（穿楼板用）505080100
5.4、活接头的安装
（1）在立管上隔层设置活接头，设置
高度距本层地面1.50m。
（2）水平直管段长度在3m左右时，应设置活接头，以便安装和检修。
5.5、燃气表的选择及安装
对于只安装有双眼灶的燃气用户，使用人工煤气，天然气的宜选用额定流量2m3/h的燃气表；对于同时装有双眼灶和快速热水器的用户，使用天然气宜选用额定流量2-4m3/h的燃气表；对于公共建筑用户选用燃气表的额定流量应大于最小时用量。
由于本设计燃气双眼灶和快速热水器燃气用户，为此选用额定流量2-4m3/h的燃气表，小区居民用户一般采用模式计量表。
（1）燃气表安装高度，一般情况下，表底距地面1.7～1.9m。
（2）燃气表左右垂直偏差应不大于±20mm。
（3）表背与墙应保持25～50mm的净距。
（5）燃气表不宜安装在炉灶上面，其水平距离应大于0.5m。
如果有特殊情况必须安装时，则表底与灶台垂直距离应不小于1.2m。
5.6、燃气灶的安装要求
燃气灶应安装在通风良好的厨房内，利用卧室的套间或用户单独使用的走廊作厨房时，应设门并与卧室隔开；
安装燃气灶的房间净高不得低于2.2m；
燃气灶与可燃或难燃烧的墙壁之间应采取有效的防火隔墙措施；燃气灶与对面墙之间应有不小于1m的通道。
室内燃气管道与电气设备、相邻管道之间的净距不应小于表的规定。
5.7、燃气热水器安装事项
1、安装位置：
燃气热水器严禁安装在密闭的房间，因为热水器使用时要消耗大量的氧气，所以该房间在热水器工作时应有不小于200cm2的进气通道；不要安装在强风能吹到的地方，否则会使燃烧器的火焰熄灭或产生不完全燃烧；要远离炉具，易燃及危险物品，热水器与煤气表，煤气灶的水平净距离不得小于300mm；热水器必须安装在操作检修方便，不易被碰撞的地方，热水器前的空间宽度应大于80cm；
2、热水器的安装高度以热水器的观火孔与人眼高度相齐为宜：
一般距地面1.5m；热水器安装时两侧、顶部、底部应距可燃性材料5cm以上；安装热水器的墙壁应为耐火材料或带隔热板，如果安装非耐火的墙壁上时应垫以2cm以上的隔热板；排烟道应距离无隔热的墙壁或天棚3cm以上，若墙壁或天棚有2cm以上的隔热层或为耐热材料，则排烟道取0cm安装，严禁将热水器安装在密封的橱柜内；热水器的上部不得有电力明线，电器设备和易燃物，热水器与电器设备的水平净距离应大于300mm；设计排烟管及热水器安装位置时必须尽可能使排烟道的长度缩短；
3、严禁将燃气热水器安装在浴室内
燃气热水器只能安装在室外、外廊、阳台、通风换气良好的厨房或非居住房间内，但严禁安装在卧室、地下室、浴室（平衡式热水器除外）、楼梯和安全出口附近（5米以外不受限制）、易燃易爆物品的堆存处、有腐蚀性介质的房间、电线和电器设备处。
安装热水器的房间应满足以下要求：
房间高度不低于2.4米。
5.8、管道的固定
（1）立管和下垂管均采用立管卡，立管上的立管卡每层设一个，高度距地面1.5～1.7m，下垂管上的管卡应设在平口两叉上方100mm处。
（2）水平管当管径不大于DN25时可采用钩钉，当管径大于DN50时应采用管托架，固定件间距不大于3m。
5.9、其他未尽事宜
请参照《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）及《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ33-89）执行。
六、调压设备的选型与计算
由于本设计由12东居民楼380个用户组成，故应选择楼栋调压箱，即是将燃气跳到中压和低压后，向一个区域的用户再分配输送。
采用该方案安装工序简单，可悬挂及坐地，安全距离大大缩小，占地省，便于施工，节省管材和基建投资。
调压箱配备超高/低压自动切断装置及安全放散装置，保证随用气量的变动和压力的波动。
即保证了用户灶前压力稳定，有利于燃具正常工作。
二级调压器的选择依据
（1）调压器的进出口压力
市政管道中压输送压力可作为调压器的进口压力，出口压力可按2850Pa考虑。
调压器的压力降应根据调压器前燃气管道的最低压力与其后管道需要的压力之差确定。
根据安全、技术以及设备质量等级的不同要求，我国把城市燃气管道根据输气压力（表压）分为：
低压燃气管道 压力为P≤10Kpa（0.01MPa）
中压B燃气管道 压力为10Kpa＜P≤0.2Mpa
依据本设计，调压器的压力降为7.15Kpa
（2）调压器的流量
选用调压器时，其计算流量应按该调压器所承担的管网计算流量的1.2倍计算。
本小区调压器后管网所承担流量为125m3/h，调压器的计算流量为1.2*125=150m3/h
（3）调压器通过能力的计算
压力降是由于摩擦阻力和通过阀口时气流不断改变流动方向造成的，根据调压阀前后压差的大小，通过能力计算分为不可压缩和可压缩两种情况。
A、不可压缩气体体积的计算
当调压器前后燃气压差很小时，即ΔP/P1≤0.08时，可忽略燃气的可压缩性，流量计算：
Q=509αF√2ΔP/ρ
Q---通过调压器的小时流量（m3/h）
α---调压器的流量系数，盘型阀为0.5~0.6，锥型阀为0.6~0.7
F---调压器的阀口总面积（cm2）
B、可压缩气体体积的计算
当调压器前后燃气压差很小时，即ΔP/P1＞0.08时，应考虑燃气的可压缩性与实际热力学过程。
流量计算：
a、亚临界状态
b、临界状态
选择调压器的额定流量
调压器的额定流量应该是其承担管网计算流量的1.2倍，即管网计算流量是调压器额定流量的83%左右。
调压器的压力降应该是根据调压器前燃气管道的最低压力与调压器后燃气管道所需要的压力之差确定，整个调压系统的压降还要包括过滤器、阀门及连接管道等设备的阻力损失。
在天然气输配系统中，靠近气源的调压器的计算压降大一些，通过能力高，靠近末端调压器的计算压降小一些，通过能力低。
ΔP/P1=7.15/10=0.715<0.88.
1、临界压力比为：
=0.548
2、判断流动状态：
ⅴ=P2/P1=0.285
故为临界状态，
=5260*160*0.64*0.01*0.066
=355.5
由以上计算可知，本小区与市政管网接入处应选用RTZ-100型调压器。
出口连接管径为100mm，采用法兰连接。
其它选型类似。
七、小区燃气管道设计
1该小区管道平面图应包含下面内容：
（1）建筑物、构筑物的平面位置；
（2）调压站或气源接点平面位置；
（3）区域内管道布线障碍物状况，包括地下管道、地下电缆、地下构筑物等。
2.冰冻线深度：
地处平顶山地区，冰冻线深度为800mm
3.平面管道布置
庭院管道应尽量敷设在街坊、里弄的道路上，在有车辆通行的道路上布线时，应尽量敷设在人行道上。
5、箱式调压装置
当燃气直接由中压管网供给生活用户时，应将燃气压力通过用户调压器直接降至燃具正常工作时的额定压力。
这时常将用户调压器装在金属箱中挂在墙上。
当箱式调压装置设在密集的楼群中时，安全放散阀可以不用，
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