燃气输配课程设计.docx
《燃气输配课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃气输配课程设计.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
燃气输配课程设计
河南城建学院
《燃气输配》课程设计
班级0414121
专业建筑环境与设备工程
学号0414121
姓名
课程名称燃气输配
指导教师马良涛王许涛鞠睿付浩卡崔秋娜
建筑环境与能源工程系
2015年6月
设计任务3
一、燃气的性质计算4
1.1燃气成分4
1.2燃气成分的基本性质4
1.3燃气质量要求9
二、燃气需用量及供需平衡10
2.1设计原始资料10
2.2用户类型及供气原则10
2.3城镇用气量11
2.4小时计算流量12
2.5供需平衡12
三、燃气输配系统的设计13
3.1燃气输配系统的组成13
3.2燃气管网的分类及选择13
3.3布线依据15
3.4中压管道布置15
3.5低压管网的平面布置16
3.6管道纵断面布置17
3.7小区管道布置内容18
四、燃气管道水力计算及压降的确定20
4.1低压管网水力计算20
4.2中压管网水力计算23
五、室内燃气管道设计25
5.1室内管道水力计算25
5.2室内燃气管道设计说明28
六、燃气灶的安装要求30
参考文献31
设计任务：
一、设计题目：
本设计为南阳市幸福小区燃气工程设计，该小区共九栋，每栋五层，每层两单元四户
二、设计原始资料：
1、气源可选用西气东输一线、二线等气源
2、燃气用户居民用户商业用户
3、某小区及某住宅平面图
4、某道路平面图及标高
三、设计任务：
1、设计合理的燃气输配管网系统；
2、选择并设计合理的调压设施；
3、设计某栋楼的室内管网系统；
4、室内外燃气管网水力计算；
5、绘制设计图纸。
四、设计要求：
1、根据设计原始资料，使用有关设计手册，完成设计任务书中的各项要求。
2、正确使用专业理论进行各部分设计计算，采用的公式应该正确，采用的数据应该可靠，计算应该准确。
3、设计说明书的编写，既要简单明了，又要全面系统，文理要通顺，装订要整齐。
一、燃气的性质计算
1.1燃气的成分
本设计气源采用天然气，天然气容积成分为：
CH4:
91.46%;C2H6:
4.74%;C3H8:
2.59%;iC4H10:
0.54%;nC4H10:
0.57%;nC5H12:
0.01%N2:
0.09%.
纯天然气各成分的基本性质如下表：
气体
甲烷
乙烷
丙烷
正丁烷
异丁烷
正戊烷
氮
分子式
分子量
密度ρ（kg/m3）
发热值:
高发热值：
HS（MJ/m3）
低发热值：
Ht（MJ/m3）
爆炸极限
爆炸下限Ls（体积%）
爆炸上限Lt（体积%）
粘度
动力粘度
10-6（Pa.s）
运动粘度
10-6（Pa.s）
CH4
16.0430
0.7174
39.842
35.902
5.0
15.0
10.395
14.50
C2H6
30.0700
1.3553
70.351
64.397
2.9
13.0
8.600
6.41
C3H8
44.0970
2.0102
101.266
93.240
2.1
9.5
7.502
3.81
C4H10
58.1240
2.7030
113.886
123.649
1.5
8.5
6.835
2.53
C4H10
58.1240
2.6912
113.048
112.853
1.8
8.5
C5H12
72.1510
3.4537
169.377
156.733
1.3
8.3
6.355
1.85
N2
28.0134
1.2504
16.671
13.30
1.2燃气成分的基本性质：
1.2.1平均分子量
M=
（x1M1+x2M2+……+xnMn）
=（91.461×16.0430+4.74×30.070+2.59×44.0970+0.57×58.124+0.54×58.124+0.01×72.151+0.09×28.0134）/100
=17.941
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。
1.2.2平均密度和相对密度
平均密度：
ρ=（
+
+…+
）/100
=（91.46×0.7174+4.74×1.3553+2.59×2.0102+0.57×2.7030+0.54×2.6912+0.01×3.4537+0.09×1.2504）/100
=0.8038
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
相对密度：
S=ρ/1.293=0.8038/1.293=0.57
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）
1.293—为标准状态下空气的密度
1.2．3粘度
1．将容积成分换算成质量成分
质量成分：
由表1-4、表1-5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
gi=（91.461×16.0430+4.74×30.070+2.59×44.0970+0.57×58.124+0.54×8.124+0.01×72.151+0.09×28.0134）=1794.1
按换算公式，各组分的质量成分为
g1=91.461×16.0430/1794.1×100%
=81.79%
g2=4.74×30.070/1794.1×100%
=8.11%
g3=2.59×44.0970/1794.1×100%
=6.37%
g4=0.57×58.124/1794.1×100%
=1.85%
g5=0.54×58.124/1794.1×100%
=1.75%
g6=0.01×72.151/1794.1×100%
=0.04%
g7=0.09×28.0134/1794.1×100%
=0.14%
2．混合气体的动力粘度
气态碳氢化合物的动力粘度随分子量的增加而减小，随温度的上升而上升。
液态碳氢化合物的动力粘度则相反，分子量越大，动力粘度越大，温度越上升，动力粘度急剧减小。
动力粘度：
=100/（81.79/10.395+8.11/8.6+6.37/9.316+1.85/7.502+1.75/6.835+0+0.14
/6.355）×10-6=9.98×10-6㎡/s
混合气体的运动粘度为
v=u/p=9.98×10-6/0.8038=12.42×10-6m2/s
1.2.4爆炸极限：
可燃气体和空气的混合物遇到明火而引起爆炸的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。
在这种混合物中，当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为爆炸下限，而当可燃气体的含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量，称为爆炸上限。
将组分中的惰性气体按照图1-12与可燃气体进行组合，即
yCH4+yN2=91.46%+0.09%=91.55%,惰性气体/可燃气体=0.09/91.46=0.00098
由图1-12查得各混合组分在上述混合比时的爆炸极限相应为5.0％～15.35％。
由表1-4查得未与惰性气体组合的乙烷的爆炸极限是2.9%～13.0%，丙烷的爆炸极限是2.1%～9.5%，正丁烷的爆炸极限是1.5%～8.5%，异丁烷的爆炸极限是1.8%～8.5%，正戊烷的爆炸极限是1.4%～8.3%。
按上式，天然气的爆炸极限为
Ll
=
=4.57%
Lh=
=14.85%
故天然气的爆炸极限为4.57%～14.85%
—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％）。
1.2.5热值：
QH=0.01×（91.46×39.842+4.74×70.351+2.59×101.266+0.57×113.886+0.54×113.048+0.01×169.377）=43.673MJ/m3
QL=0.01×（91.46×35.902+4.74×64.397+2.59×93.240+0.57×123.649+0.54×112.853+0.01×156.733）=39.63MJ/m3
1.2.6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W
W=
=57.85MJ/m3
则天然气特性参数如下表所示：
表
（一）天然气特性参数
项目
参数取值
组分，
体积百分比（％）
CH4
91.46
C2H6
4.74
C3H8
2.59
iC4H10
0.54
nC4H10
0.57
nC5H12
0.01
N2
0.09
分子量，kg/kmol
17.941
气化温度，℃（常压）
-162
气态密度，kg/m3
0.804
低热值，MJ/m3
39.63
高热值，MJ/m3
43.67
运动粘度，m2/s
13.42×10－6
华白指数，MJ/
m3
57.85
爆炸极限
4.57％～14.85％
1.3燃气质量要求：
1.3.1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。
1.3.2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。
1.3.3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。
1.3.4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。
二、燃气需用量及供需平衡
2.1设计原始资料
2.1.1城镇说明计算：
本设计为小区天然气居民用户，居民户数为180。
燃气表均为G1.6.燃气表安装在户外。
小区燃气平面图的比例为1：
400。
城市气化率：
气化率为90％。
2.1.2燃气用户
燃气用户，分别为居民用户，商业用户，不考虑采暖通风和空调用气量，燃气汽车用气量及其他气量。
居民用户：
人口气化率为90％。
商业用户：
与居民用户比例：
20％。
根据本设计实际情况，综合考虑各种因素，决定采用纯天然气为气源
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。
2.2用户类型及供气原则
设计城镇燃气用户包括以下几种类型：
1）居民生活用户；居民生活使用的各类用气设备应采用低压燃气，用气设备前（灶前）的燃气压力应在0.75~1.5Pn的范围内。
居民生活用气设备严禁安装在卧室内。
居民住宅厨房内宜设置排气扇和可燃气体报警器。
2）商业用户；商业用气设备宜采用低压燃气设备
商业用气设备应安装在通风良好的专用房间内；商业用气设备不得安装在易燃易爆物品的堆存处，亦不应设置在兼做卧室的警卫室、值班室、人防工程等处。
2.3城镇用气量
在设计燃气系统时，首先要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，而城镇燃气需用量取决于用户类型，数量和用气量指标
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，按表确定。
居民生活用气定额（根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006）
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
华北地区
2303～2721（55～56）
华东和中南地区
—
2093～2303（50～55）
北京
2721～3140（65～75）
2512～2931（60～70）
成都
—
2512～2931（60～70）
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。
2.3.1居民生活用气量（按华东和中南无集中供暖每人年用气量计算）
该小区总户数180户，每户平均3.5人，此小区的气化率为90％
居民生活用气量按下式计算，即
Q1=qηn=2300×90%×（180×3.5）=1304100（m3/a）
2.3.2商业用户用气量
商业用户用气量可按居民生活用气量的0.8倍计算
即Q2=0.8
Q1=0.8×1304100=1043280（m3/a）
故年总用气量为Q=Q1+Q2=1304100+1043280=2347380（m3/a）
2.4小时计算流量的计算
城市各类用户对燃气的使用情况是不均匀的，其不均匀性表现为日不均匀性，月不均匀性和小时不均匀性，影响城市燃气需用工况的主要是各类用户的需用工况及这些用户在总用气量所占比列
在燃气的流量计算中应按燃气计算月的高峰日的小时最大用气量确定，确定方法有两种：
不均匀系数法和同时工作系数法，根据本设计选用不均匀系数法计算小时计算流量，由表2-5取KmKdKh=4.35
计算公式为：
Q=Q1KmKdKh/365×24=2347380×4.35/365×24=1165.65（m3/h）
2.5供需平衡
城市各类用户对燃气的使用情况是随着月、日、时发生不均匀变化的，这决定了城市燃气的供应也随着月、日、时发生不均匀变化，但气源的燃气生产量不可能完全按用户用气量变化而变化，因而燃气输配应具有维持燃气供需平衡的能力
目前，用以调节用气不均匀性的有效方法如下：
1）改变气源的生产能力和设置机动气源
改变气源的生产能力和设置机动气源，应考虑气源的运转和启停的难易程度以及气源生产负荷变化的可能性和变化的幅度。
还应考虑供气的安全性、可靠性和技术经济的合理性。
2）利用缓冲用户进行调节
城市燃气供应的缓冲用户是一些大型的工业企业和锅炉房等可使用多种燃料的设备。
在夏季用气处于低谷时，可将多余燃气供应给这些缓冲用户使用，而在冬季用气高峰时，这些缓冲用户可改用其它燃料。
这样可以调节季节性不均匀和一部分日用气不均匀
3）利用储气设施进行调节
输配系统的储气罐、高压燃气管束储气及长输干管末端储气，都可用于调节日和小时的用气不均匀性，但不能调节月用气的不均匀性。
三、燃气输配系统的设计
3.1燃气输配系统的组成
现代化的城市燃气输配系统是复杂的综合设施，本设计的输配系统主要有以下几部分组成：
（1）低压、中压两级压力系统的燃气输配管网；
（2）调压箱
3.2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
（二）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。
根据北京市发展规划及用户分布情况等，本次远景规划确定北京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。
3.3布线依据
小区里的燃气管道均采用地下敷设。
所谓小区燃气管道的布线，是指小区管网系统在原则上选定以后，决定各管段的具体位置。
，或敷设在绿化地带内。
在决定小区中不同压力燃气管道的布线问题时，必须考虑到以下基本情况：
1、管道中燃气的压力；
2、地下管道的密集程度与布置情况；
3、所输送燃气的含湿量，必要的管道坡度，小区地形变化情况；
4、与该管道相连接的用户数量及用气情况，该管道是主要管道还是次要管道；
5、线路上所遇到的障碍物情况；
6、土壤性质、腐蚀性能和冰冻线深度；
7、该管道在施工、运行和万一发生故障时，对居民生活的影响。
在布线时，要决定燃气管道沿小区的平面与纵断面位置。
由于输配系统各级管网的输气压力不同，其设施和防火安全的要求也不同，而且各自的功能也有所区别，故应按各自的特点进行布置。
3.4中压管道布置
中压管线的功能是输送燃气并向低压管网供气，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主要交通干线上，否则对管道施工和维修造成困难。
2、中压管道应布置成环网，以提高其输配气的安全可靠性。
3、中压管道的布置，应考虑对大型用户直接供气的可能性，并应使管道通过这些地区时尽量靠近这些用户，以利于缩短连接支管的长度。
4、中压管线的布置应考虑调压室的布点位置，尽量管道靠近各调压室，以缩短连线支管的长度。
5、中压管道应尽量避免穿越铁路或河流等大型障碍物，以减少工程量和投资。
6、中压管道必须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工程。
7、中压管网不得从建（构）筑物下面穿过，不得在堆积易燃易爆材料和具有腐蚀性液体的场所、地下面穿越；不能与其他管线或电缆同沟敷设，当需要同沟敷设时，必须采取防护措施。
3.5低压管网的平面布置
低压管网的功能是直接向各类用户配气，是城市供气系统中最基本的管网。
根据此特点，低压管网的布置一般应考虑下列几点：
1、低压管道的输气压力低，沿程压力降的允许值也较低，故低压管网的成环边长宜控制在300-600米之间。
2、低压管道直接与用户相连。
而用户商量随城市发展而逐步增加，故低压管道除以环状管网为主布置外，也允许存在枝状管道。
3、为保证和提高低压管网的供气稳定性，给低压管网供气的相邻调压室之间的连通管道的管径，应大于相邻管网的低压管道管径。
4、有条件时低压管道宜尽可能布置在街坊内兼做庭院管道，以节省投资。
5、低压管道可以沿街道的一侧敷设，也可双侧敷设。
在有轨电车通行的街道上，当街道宽度大于20米，横穿街道的支管过多，或输配气量大，而又限于条件不允许敷设大口径管道时，低压管道可采用双线敷设。
6、低压管道应按规划道路布线，并应与道路轴线或建筑物的前沿相平行，尽可能避免在高级路面的街道下敷设。
7、为了保证在施工和检修时互不影响，也为了避免由于漏出的燃气影响相邻管道的正常运行，甚至逸入建筑物内，地下燃气管道与建筑物，构筑物以及其他各种管道之间保持必要的净距，如表4-1和表4-2所示。
表4-1地下燃气管道与建筑物、构筑物之间的最小水平净距
项目
低压
中压
B
A
B
建筑物的基础
0.7
1.0
1.5
给水管
0.5
0.5
0.5
排水管
1.0
1.2
1.2
电力电缆
0.5
0.5
0.5
通讯电缆
直埋
0.5
0.5
0.5
升级会员 