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燃气毕业设计说明书正文
1、绪论
1.1城市燃气的重要性
天然气是一种清洁优质能源，主要成分是甲烷，碳氢比较小，因而是保护大气环境最理想的燃料。
改革开放以来，中国天然气开发和利用有了很大发展。
尤其在我国东北、西北、四川和沿海。
以四川为例，天然气总资源量达7.4万亿立方米，年生产量天然气100亿立方米，消费90亿立方米。
占能源结构中的14%，高于目前日本、法国。
全省60%工业产值于天然气有关，70%企业用上天然气，在四川GDP增长中占重要地位。
现在全国建成天然气输送管道约2万公里，其中主要有：
陕北—北京、天津；陕北—西安；陕北—银川；鄯善—乌鲁木齐；四川盆地；海南；东海平湖—上海；渤西—塘沽。
油气储运管网是国家基础设施建设的一部分，随着国民经济建设发展对能源和原材料，尤其是清洁能源需求量的增加，天然气输气干线和输配系统的建设将引起国家的高度重视，相应地也将会增加投资力度和加强政策支持。
目前我国累计探明天然气储量主要分布在中西部地区和近海海域，天然气开发利用受到地区性的限制，为了满足我国经济发达、能源短缺点东部及东南沿海地区的需求，我国将计划新建了六项天然气利用工程，形成了六个区域性输气管网。
这六条管道分别是：
涩北–西宁–兰州管道；“西气东输”工程—新疆轮南–上海管道；重庆忠县–武汉管道；陕北–北京复线管道；俄罗斯–东北–华北–华东管道；引进LNG和利用海上油气资源的管道。
待这六项工程建成后，将把这些管道所在区域性管网连接起来，形成产、运、储、配、销五位一体，横穿西东、纵贯南北天然气输送网络，这样全国的天然气利用程度也将从现在的2％左右，提高到7％以上。
从当前我国各地区能源生产和消费情况来看，长江三角洲地区、东南沿海地区和环渤海地区属能源输入地区，年输入量一般为
～
标准煤，多则
标准煤，且输入能源主要以煤炭为主。
东北地区如不计石油输出，也需年输入
以上的标准煤。
由此可见，无论是从能源的数量、质量，还是从缓解铁路、公路等运力和环境保护等方面来看，东部地区都需要以各种方式尽快地补充天然气等清洁能源。
据初步预测，我国东部地区在今后5～10年间，天然气市场年需求量将达
～
。
为实现我国国民经济持续、健康、快速发展，必须坚持保护和建设生态环境、净化家园、节约会有效利用能源资源。
为减少对石油资源的依赖，需尽可能地利用天然气等清洁能源替换作为燃油和化工原料的石油资源。
近年来，随着东部能源短缺地区（如珠江三角洲地区）工业化程度的提高，每年用作燃油化化工原料的石油消费量为
～
，并有不断增长的趋势。
从国家石油安全战略的角度考虑，必须减少对石油资源的依赖，用天然气等清洁能源替代这部分石油资源。
这样可解决石油资源消费快速膨胀的问题。
近几年来，为了调整产业结构，加快产业优化、升级，扩大内需，拉动经济增长，我国实施了一系列积极大财政政策，加大量对交通、通讯、水利等基础设施的建设等方面的投资力度。
用财政贴息支持重点行业、重点企业、重点产品和重大技术装备的技术改造等工作。
油气储运管网是国家基础设施建设的一部分，随着国民经济建设发展对能源和原材料，尤其是清洁能源需求量的增加，天然气输气干线和输配系统的建设将引起国家的高度重视，相应地也将会增加投资力度和加强政策支持。
我国的煤层气资源十分丰富，资源量达32亿万立方米，主要集中最中东部地区，华北地区占总资源的61.7％。
山西河东煤田煤层气已与美国阿科石油公司签约，安徽准北煤层气已与美国德士古公司签约，并在山西、河南、山东、安徽、江苏等地供气。
煤炭工业的总量控制为天然气等等清洁能源提供了良好的发展环境。
综上所述，可以预期今后10–20年间将是我国天然气开发利用呈现跨越式发展的时期，储量、产量、需求量、天然气基础设施建设、国外天然气资源的利用等都将会有较大的增长和发展。
我国城市燃气的气源主要有：
天然气、液化石油气、人工燃气和煤层气。
国家发展燃气事业的产业政策是：
贯彻多种气源、多种途径，因地制宜和综合利用的方针，要充分利用城市区域内冶金、煤炭、化工企业的焦炉气供城市居民和工业用户使用，发展城市燃气要与城市建设统一规划，逐步实施。
城市地下管线是城市的重要基础设施，是城市赖以生存和发展的物质基础及必要条件。
城市燃气供应系统是供应城市居民生活、公共福利事业和部分生产使用燃气的工程设施，是城市公共事业的一部分，也是城市建设的一项重要基础设施，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。
城市燃气使用采用管道供应，在国外发达国家和国内部分大、中城市已经有一段很长的时间了，并取得了一定的社会、环境和经济效益，在有效、可靠及正常的条件下，城市管道燃气为市民提供了一种优质、清洁、方便、高效的城市使用燃气，为城市带来较为安全、经济的使用燃气，对减少城市环境污染具有良好的作用。
1.2城市燃气规划设计原则
（1）以国家政策及法规为基础，以该城市总体规划为依据，结合该城市的具体情况,充分考虑社会、经济、环境和生活的需要，大力发展燃气事业。
（2）按照市场经济规律，通过调查研究，根据市场容量，合理确定供气对象及各类用户的用气规模。
（3）对项目建设的各种目标方案综合比选，选出最佳方案，并注重建设方案的可操作性。
（4）项目建设根据城市不断发展的需要，统筹兼顾、远近结合、分期建设。
（5）合理选择工艺方案，输配系统建设立足高起点、高标准，在技术先进、性能可靠的基础上，积极采用新材料、新设备。
同时从经济角度考虑项目的可行性，关键设备国外进口，成熟设备则依靠国内配套，以节省投资规模。
（6）贯彻国家能源政策，从该县能源资源条件出发，兼顾能源的综合利用，保护生态环境，优化能源结构，节能降耗，既要取得良好的环境效益、社会效益，也要取得较好的经济效益。
（7）贯彻城市燃气为用户服务，为生产发展服务，为经济建设服务的方针，考虑各类用户的承受能力，确定合理的供气比例和价格。
（8）充分考虑消防、环保和劳动安全卫生等要求，符合国家规范及有关政策规定。
（9）根据工程需要，结合物力、财力状况，科学安排工程建设进度计划。
1.3项目建设的必要性
1.3.1城镇自身发展的需要
根据此城市总体规划，接合2010年城区人口规模为19万人，至2012年，该县城区人口规模将达到22万人。
城区规模的扩大，将使能源的需求量大幅上长，由于受运输等各方面条件的限制，原有以煤碳为主的能源消费结构，越来越难以满足要求。
合理利用天然气，以弥补优质能源供应不足是实现能源结构优化和能源供应多元化的一项经济合理、切实可行的举措，它对于拉动该城市国民经济的增长，实现该城市社会经济的可持续发展具有重要意义。
1.3.2“西气东输”工程的需要
“西气东输”工程是国家重点建设项目，工程能否早日进入良性运转发挥效益，与下游广大用气城市的市场开发状况密切相关。
建设包括该县在内的诸多城市用气项目，发掘其市场潜力，是“西气东输”工程本身的需求。
1.3.3环境保护的需要
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，特别是加大天然气的利用，可以大量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。
天然气是世界上公认的清洁能源，其主要成份是甲烷，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。
因此，加快天然气工程的建设是保护环境、改善城区卫生条件、实现该县环境保护“十五”计划及综合整治目标的重要保证。
发展城市燃气，具有较好的社会效益、经济效益。
利用天然气作为工业用燃料，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。
以天然气作为城市管道燃气气源具有投资省、价格低等优点，建设项目的投资者也可以获取一定的经济利益。
1.3.4用户的需要
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。
发展利用天然气，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。
1.4主要工程建设内容
本工程为某城市天然气工程，主要建设项目包括：
（1）市政中压管网
（2）门站
（3）庭院管网
（4）室内管网
（5）汽车加气站
2、气源
2.1城市燃气的分类
城市燃气一般是由若干种气体组成的混合气体，其中主要组分是一些可燃气体，如甲烷等烃类、氢和一氧化碳，另外也含有一些不可燃气体组分，如二氧化碳、氮和氧等。
燃气可按来源分类，也可按热值和燃烧特性分类。
2.1.1按来源分类
这种分类法以燃气的起源或其生产方式分类，大体上可分为天然气和人工燃气两大类；而人工燃气中的液化石油气和生物气，与人工煤气在生产和输配方式上有较大不同，因此习惯上将燃气分为四类：
天然气、人工煤气、液化石油气和生物气。
天然气是指在地下多孔地质构造中自然形成的烃类气体和蒸汽的混合气体，有时也含一些杂质，常与石油伴生，其主要组分是低分子烷烃。
天然气又可根据来源分为四类：
从气田开采的气田气，随石油一起喷出的油田伴生气，含有石油轻质馏分的凝析气田气以及从井下煤层抽出的矿井气。
人工煤气是指由固体燃料或液体燃料加工所产生的可燃气体。
人工煤气的主要组分一般为甲烷、氢和一氧化碳。
根据制气原料和加工方式不同，可生产多种类型的人工煤气，主要有干馏煤气、气化煤气、油煤气和高炉煤气等。
液化石油气是石油开采和炼制过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物。
液化石油气主要组分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等石油系轻烃类，在常温常压下呈气态但加压或冷却后很容易液化，液化后的石油气体积约为气态时的1／250。
生物气是有机物质在适宜条件下受发酵微生物作用而生成的气体。
生物气的主要可燃组分为甲烷。
2.1.2按热值分类
1
燃气完全燃烧所放出的热量称为燃气的热值，单位为
，对子液化石油气，热值单位也可为
。
热值可分为高热值与低热值，高热值是指l
燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值是指1
燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中水蒸汽仍为蒸汽状态时
所放出的热量。
高低热值之差为水蒸汽的气化潜热。
燃气可根据热值分为三个等级：
高热值燃气（HCVgas）、中等热值燃气（MCVgas）和低热但燃气（LCVgas）。
气化煤气多数属于低热值燃气，热值大致在12～13
之间，或更低一些。
中等热值燃气热值在20
左右，以干馏煤气等城市燃气为代表。
高热值燃气的热值在30
以上，天然气、部分油制气和液化石油气都是高热值燃气。
2.1.3按燃烧特性分类
燃气性质中，影响燃烧特性的参数主要有燃气的热值、相对密度以及火焰传播速度。
华白数是一个热值与相对密度的综合系数，可按下式计算：
式中：
W——华白数（MJ／Nm“）；
——燃气高热值（
）；
d——燃气相对密度（空气＝1）
表1-1国际煤联（IGU）燃气分类表
分类
华白数（
）
典型燃气
一类燃气
17.8—35.8
人工燃气、烃—空气混合物
二类燃气
L族
H族
35.8—53.7
35.8—51.6
51.6—53.7
天然气
三类燃气
71.5—87.2
液化石油气
表1-2城市燃气的分类
类别
华白数（
）
燃烧势CP
标准
范围
标准
范围
人
工
气
5R
6R
7R
22.7
27.1
32.7
21.1～24.3
25.2～29.0
30.4～34.9
94
108
121
55～96
63～110
72～128
天
然
气
4T
6T
10T
12T
13T
18.0
26.4
43.8
53.5
56.5
16.7～19.3
24.5～28.2
41.2～47.3
48.1～57.8
54.3～58.8
25
29
33
40
41
22～57
25～65
31～34
36～88
40～94
液
化
气
19Y
22Y
20Y
81.2
92.7
84.2
76.9～92.7
76.9～92.7
76.9～92.7
48
42
46
42～49
42～49
42～49
2.2城市燃气种类的选择原则
2.2.1城市燃气的质量标准
（1）城市燃气可燃、易爆，某些种类的燃气有一定毒性，对城市燃气有以下一些要求：
燃气的华白指数被动范围一般不超过5％；燃气燃烧性能的所有参数指标，应与用气设备燃烧性能的要求相适应。
（2）城市燃气应具有可察觉的臭味对城市燃气应加臭，加臭达到以下要求：
有毒燃气在达到有害浓度前，应能察觉；无毒燃气在相当于爆炸下限20％的浓度时，应能察觉。
2.2.2城市燃气气源选择
气源的选择是通过各种复杂因素的综合比较权衡后方能做出的重要决策。
在这些因素中，最基本的条件是各地的燃料资源状况，城市环境也是选择城市主要气种的主要依据，而城市的规模、交通条件、经济实力、人民生活水平、气候条件等因素都或多或少地影响气种选择的结果。
我国的燃料结构中，煤始终占主导地位，而我国煤制气事业也有百余年历史。
石油工业的发展，天然气开采规模的逐步扩大，使得油制气、液化石油气和天然气纷纷进入城市气种选择的范围，但近期内都不可能完全取代煤制气的地位。
基础较好的煤制气、使用灵活的液化气和前景广阔的天然气，将成为未来中国城市使用的三种主要气种，多气种并存的局面将维持很长一段时间。
我国城市燃气发展的方针为：
针对我国幅员辽阔、能源资源分布不均，各地能源结构、品种、数量不一的特点，发展城市燃气事业要贯彻多种气源、多种途径、因地制宜、合理利用能源的方针。
发展城市燃气，必须从本地区和资源条件出发，发展完善煤制气，优先使用天然气，合理利用液化石油气，大力回收利用工业余气，在难以实现全国统一供气体系的情况下，建立因地制宜，多气互补的灵活的燃气供给体系。
2.3气源方案选择
2.3.1气源种类选择
结合国家“西气东输”工程主管线、支线的具体走向，根据此城市地理位置及对燃气工程可能达到的建设规模的预测等具体条件，适应我国燃气行业的发展趋势，本工程选用天然气作为此城市管道燃气气源。
天然气是一种优质、清洁、高效的气体燃料，作为城市燃气气源具有投资小、成本低、见效快、工艺简单、技术成熟可靠、对环境无污染、洁净等其它燃料不可比拟的优势，是城市燃气的首选气源方案。
天然气供作城市燃气气源有输气管线输送、压缩天然气供应、液化天然气供应等几种方式。
一般来讲，采用输气管线输送天然气的供应方式，适于向距气源或输气干线较近的城市供气。
对于距气源或输气干线距离较远的城市，因输气管线一次性投资较大，采用这种供气方式要求有一定的用气规模作基础，在经济上才会可行，因此适合向大中等规模城市供气。
采用高压撬车运送压缩天然气的供应方式适用于向距气源较近的小城镇或居住区供气，这种供气方式具有工艺简单、投资省、成本低、工期短、见效快、灵活多变的优点。
但对于用气量有一定规模的中等城市，则往往需要建设多个调压站同时供气，站址选择难度较大，运行管理不便。
同时，由于压缩天然气撬车运输能力有限，运输工作量也会相应加大，无疑会使运行成本增加。
天然气的另一种供应方式是利用油田高压天然气井，通过与丙烷制冷的工艺过程，将天然气液化（LNG），然后通过低温槽车将液化天然气运至气化站，气化调压后通过输配管网送至各用户使用。
LNG与其气化后的天然气的体积比为1:
600。
采用低温槽车运输液化天然气气化供应的方式适用于中、小城市。
目前国内建成投产的LNG生产项目只有中原油田一家,国内所有的LNG利用项目气源均由此供应,在气源供应方面有一定的风险，但随着新疆广汇LNG生产项目及进口LNG项目的逐步建成投产,LNG将有更广阔的市场来源。
2.3.2天然气的输送类型选择
2.3.2.1天然气输送的分类：
天然气从矿井中开采出来，需要送给用户，这就是天然气的输送。
按输送的方式可分为三类：
（1）管道输送：
用管道输送天然气，是目前世界上最普遍的一种方式，经济、有效、输送量大，可以远距离输送，很多都是跨国输送。
目前我国也有这种长输管线，已经建成的有陕北到北京的长输天然气管线，全长900公里，管径为660mm，投资49.9亿元，年输气20亿m3，天津从这条管线上引出，从青县接口至天津一煤气厂。
全长为110公里，管径300mm，年输气5亿m3
正在实施的一条长输管线，叫“西气东输”，西起新疆塔里木盆地天然气集团，经青海、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏到上海，全长4200公里。
一期输气120亿m3，投资1200亿元，耗用钢材约400万吨，预计2003年建成投入运行。
（2）液化运输
将天然气液化，然后用液化甲烷船，跨海运送到世界各地。
这种运输方式已遍及全世界法国、美国、意大利、西班牙、比利时、德国、日本等。
他们从阿尔及利亚、利比亚、文莱、印度尼西亚、马来西亚等国家进口液化天然气。
我国也着手建设液化天然气的接收码头。
开始进口液化天然气，第一个码头将建在深圳。
上海浦东已经利用东海气田生产的液化天然气作为调峰用气。
（3）压缩输送：
将天然气加压至20MPa充装到特制高压钢瓶罐内汽车运输，这就是所说的压缩天然气，是天然气输送的一种方法。
用于天然气管道辐射不到的地方。
为用户供应天然气。
压缩天然气的运输，是用汽车将装有压缩天然气的瓶组运至供气站，每种瓶组大小
不一。
小瓶组为152只高压钢瓶组成，每个钢瓶为75升，2300m3天然气（标准状态）。
2.3.2.2输送方案选择
单纯从工程项目的建设投资角度考虑，该城市管道燃气气源选用液化天然气或压缩天然气供应方式比较合适。
但气源选择需要综合考虑建设投资、项目运行成本及该城市远期不断发展的需要等各方面因素,若采用输气管道输送购气成本按1.30元/米3，采用液化天然气或压缩天然气购气成本按1.80元/米3，则工程达到设计规模后，采用输气管道输送的供气方式比另外两种供气方式更节省购气费用。
因此工程设计推荐敷设高压输气管道输送的供应方式。
2.3.2.3天然气管道输配系统的组成
管道输气是天然气输送的主要方式，天然气的输配就是通过输气、贮气、配气、调压、计量等手段，最后将天然气输送到千家万户。
（1）输气：
通过钻井开采出来的天然气经过净化处理，除去油、水和机械杂质，在集气站加压后，送入高压输气干线，调压后进入市区中压管网，再经调压输入千家万户。
（2）贮气：
天然气源源不断的从输气干线送来，而用户用气不均衡。
每天早、午、晚三餐是集中用气时间，这时天然气用量增加，出现“高峰”用气现象，其余时间则是用气的“低峰”。
为能解决“高峰”和“低峰”的矛盾，根据供气规模大小一般都需要建立一座贮配站来解决供气平衡问题。
（3）配气：
市区中压管网又称配气管线，根据供气区域差别，从配气干线上可以接出管径大小不等的配气支线，送往各个供气区域。
为了供气安全可靠，一般配气干线和支线建成环形管网，一座城市可以构成多个环形管网。
支管的末端经调压柜等调压设施连接低压管线，天然气经过调压即可进入低压管网入户。
（4）调压：
天然气输配系统中调压站是关键设施，由调压器、安全装置、管道和测量仪表组成。
其作用是：
一是将高压降到中压或是将中压降到低压；二是控制天然气输配按设计规定压力运行。
（5）计量：
天然气经调压后进入居民用户，通过燃气表计量后，接灶具使用。
2.4天然气基本参数
（1）“西气东输”天然气组成如下表（摩尔百分比）：
表2-1天然气成分表
C1
96.226
C2
1.770
C3
0.030
IC4
0.062
NC4
0.075
IC5
0.020
NC5
0.016
C6
0.051
C7
0.038
CO2
0.473
N2
0.967
H2S
0.002
天然气主要物理性质：
低发热值：
34MJ/m3
华白指数：
52.9MJ/m3
燃烧势:
39.5
爆炸极限:
4.98~14.96%
动力粘度:
1.06×10-6Kg.s/m2
运动粘度：
13.9×10-6m2/s
密度：
0.6892Kg/m3
比重:
0.58
天然气质量：
符合国家标准《天然气》GB17820—1999二类气的技术指标。
3、基础数据的确定
3.1供气范围及供气对象
3.1.1供气范围
本工程的供气范围为河南甲城市。
3.1.2供气对象
近些年来，随着我国社会经济的持续发展，城市燃气的应用范围不断拓宽，供气对象除居民生活、公建及商业、工业企业等传统用户外，还相继涉及到了中央空调、采暖、燃气汽车等新的领域。
在传统用户类型中，公建及商业用户、工业企业用户在一些相关政策的鼓励和限制下，用气量在城市燃气总需用量中所占的比例有不断增加的趋势。
本工程设计根据甲城市的实际情况及所选气源方案的特点，确定工程的供气对象包括城市居民用户、公建及商业用户、工业企业用户等。
3.2供气原则
本工程建设的目的是为了改善该城市燃料消费结构，完善城市基础设施综合服务功能，提高人民的生活水平和生活质量，减少大气环境污染，保护生态环境，促进该县社会经济的可持续发展。
根据国家能源政策、该城市燃料结构现状及城市总体规划，确定供气原则如下：
优先发展供应居民炊事及日常生活热水用气，在供气范围内具备气化条件的居民用户，均应分批分期气化，提高管道燃气气化率。
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对城市的综合服务功能提出了更高的要求，商业、服务业将得到大力发展。
为了满足其不断发展的需要，积极发展各类公建及商业用户，尤其是燃煤和燃非洁净燃料污染较大的公建及商业用户。
该城市的工业燃料以原煤为主，对城市造成的污染较为严重。
由于煤的价格较低，全部以天然气代替，将会增加企业负担，使企业难以承受。
因此根据各工业用户的具体情况，从保护环境和节能降耗的能源政策出发，遵循优化提高第二产业的原则，对工业用户采取逐步发展的方式，在满足有用气意向工业企业用气的基础上，优先发展利用城市燃气可以改善职工劳动条件、提高产品质量、节约能源消耗的工业用户及有利于减少环境污染，尤其是污染型工业用户的气代油、气代液化石油气的用气项目。
3.3各类用户用气量指标
3.3.1城市居民生活用气量指标
居民用户用气量指标是确定居民用户用气量的一个重要基础数据，其数据的准确性、可靠性决定了城市居民生活用气量计算及预测的准确性、可靠性。
影响居民生活用气定额的因素很多，主要有居民的生活水平和生活习惯，住宅内用气设备的设置情况，公共服务设施的发展程度以及市场主、副食的成品、半成品供应情况，热水供应情况，气价等。
由于确定居民生活用气量指标的影响因素很多，因此各个城市或地区的居民用气量指标不尽相同。
表3-1国内部分城市居民用户用气量指标的统计数据
城市名称
调查数据（MJ/人·年）
设计文件数据（MJ/人·年）
广州
2170-2720
2510-2720
深圳
2300
3140
佛山
2590
2720
北京
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3300
西安
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