城镇燃气毕业论文.docx
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城镇燃气毕业论文
中国石油大学（华东）现代远程教育
毕业设计（论文）
题目：
郑州市某区燃气管网规划
学习中心：
河南郑州新密奥鹏学习中心[17]A
年级专业：
0903专升本城市燃气输配
学生姓名：
郑光辉学号：
************
指导教师：
尹佳文职称：
助教
导师单位：
中国石油大学（华东）
中国石油大学（华东）远程与继续教育学院
论文完成时间：
2010年12月30日
摘要
本设计为郑州市某区燃气管网设计，某区气源为西气东输一线来气，从薛店西气东输压缩天然气母站购进部分压缩天然气，计算管网的流量，某区东北方设立二级门站，通过中压管网遍布市区，形成环网向各用户调压箱供气，供用户使用。
本次设计范围是从门站围墙外阀门起至楼栋调压箱的全部中压管道。
设计说明书较系统完整的叙述了燃气基本性质的计算、燃气需用量的计算、输配系统（街区城区中压燃气管网）方案的选择与水力计算、调压与计量设备的设计与选型、管道附件与防腐的设计以及穿越障碍物的设计的内容。
在选择设计方案时坚持经济、合理、可行的原则，结合新密市地形图以及燃气用户的实际分布情况，充分考虑了节约能源和环保等方面的因素;进行水力计算时，采用Excel表格的形式进行了水力计算。
城镇燃气在发展生产、提高人民生活水平、节约能源、减少污染、改善环境等方面起着重要作用。
近年来，我国燃气事业获得了迅速的发展，“西气东输”工程的实施，对城市燃气的设计、施工、运行管理等提出了新的要求。
本设计系统完整的完成了某城市的燃气输配的设计，提出了好的方案。
紧密结合专业和科学技术的发展，在遵循我国新的规范的基础上完成的。
关键词：
天然气、输配系统、水力计算、调压与计量。
第1章前言
当前，正值我国的西气东输工程进入运营阶段，郑州地区的燃气供应工程受到西气东输的影响，如今正致力于天然气的快速发展中。
因此，本设计正是在这个前提下进行设计和远景规划的。
本设计采用了天然气作为气源，首先根据城市的面积和人口情况对城市的燃气需用量进行确定，然后根据确定的用气量来设计计算管网的流量，在设计城市燃气管网系统时，应全面考虑经济和技术因素，选用经济合理的最佳方案。
因此本设计选用了中低压两级管网系统和中压一级管网系统进行综合分析和比较，最终选用中压一级管网系统。
在上述管网系统中，采用了区域调压站向区域供气的方式。
根据管网的布置和流量，经过水力计算的一系列步骤确定管径；再将管径作为已知条件，再选取调压设施以及用户燃具后满足供应的压力要求，而且仍然有较高的经济性。
从设计计算方面来说，水力计算是一个重点。
本设计中采用word的形式来进行水力计算，大大减轻了重复迭代的计算工作量。
并且在表格的编制过程中，采用原始公式，减少了查阅简便图表带来的误差，使得精确性更高。
从设计理念方面来说，本设计遵从国家燃气发展和规划设计指导思想，主要有：
燃气管网规划，首先从节约能源消耗和方便群众生活，有利于生产发展的原则出发，本着经济合理的精神，坚持科学严谨的态度，积极使用新技术、新工艺、新材料和新设备，以达到技术先进、经济合理的目的。
在城市总体规划的指导下，统筹规划，合理布局，避免对本市的景观造成影响；
注重近远期的结合，在设计中为将来的发展保留足够的空间；
确定合理的供气比例，优先发展民用燃气，并兼顾一定的工业用户，以调节供气不均匀性；
注重环境保护和消防安全，使本工程真正造福于人民。
第2章设计概况
2.1设计依据及基础资料
2.1.1设计依据
（1）郑州市某区地形图
（2）《燃气输配》
（3）《燃气规划设计手册》
（4）《建筑燃气设计手册》
（5）《城市煤气设计手册》
2.1.2基础资料
郑州市某区所使用的燃气的基本资料：
（1）郑州市某区使用燃气种类及其成分；
（2）郑州市某区总体规划地形图
（3）郑州市某区分年度规划城市人口统计表；
（4）郑州市某区人口居住情况表；
（5）郑州市某区人口密度及燃气气化率；
（6）郑州市某区天然气输配工程可行性报告。
2.1.3自然条件与地质条件
（1）气温：
历年极端最高气温：
38℃；历年极端最低气温：
-10℃
（2）年主导风向：
西北风
（3）最大冻土深度：
0.5m
（4）地下水位：
2.0米
（5）土质：
以沙质粘土为主，地耐力2-2.5kg/cm2
2.2管网规划设计范围
设计范围：
门站围墙外阀门至楼栋调压器的全部中压管道。
2.3城镇规模及人口分布
本城市共有铁路和河流，按图纸定该市面积为5.8km2，人口密度50000人/km2，气化率90%，查的该城区人口数位20万。
第3章燃气的性质计算
3.1燃气的基本成分
郑州市使用的燃气种类为：
表3-1燃气组分百分数
组分名称
百分比
96
1
1
1
1
3.2燃气的性质计算
3.2.1平均分子量
M=
（x1M1+x2M2+……+xnMn）（2-1）
=
=17.1244
式中：
M—混合液体平均分子量；
x1、x2……xn—各单一液体分子成分（％）；
M1、M2……Mn—各单一液体分子量。
3.2.2平均密度和相对密度
（1）平均密度：
ρ=（
+
+…+
）/100（2-2）
=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
S
=0.593（2-3）
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
3.2.3粘度
1．将容积成分换算成质量成分
质量成分：
（2-4）
根据各组分的分子量和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：
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：
（2-5）
Pa·s
混合气体的运动粘度为：
m2/s
3.2.4热值
MJ/m3
=35.71MJ/m3
3.2.5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。
（2-6）
将组分中的惰性气体按照《燃气输配》图1-12与可燃气体进行组合，即
（2-7）
（2-8）
得各混合组分在上述混合比时的爆炸极限相应为6%-16%。
因此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%
按上式，天然气的爆炸极限为：
—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％）。
3.2.6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。
MJ/m3
3.3燃气质量要求
3.3.1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。
3.3.2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。
3.3.3城镇燃气燃气中加臭剂要求
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。
3）加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味。
4）加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害。
5）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。
6）加臭剂溶解于水的程度不应大于2.5%（质量分数）。
7）加臭剂应有在空气中应能察觉的加臭剂含量指标。
第4章燃气需用量及供需平衡
4.1设计原始资料
1）城市面积：
由平面图计算出来，城市平面图的比例为1：
5000，人口密度：
人口密度选定为500人/公顷。
城市气化率：
气化率为90％。
城市考虑未来五年规划。
2）燃气用户
三大类用户，分别为居民用户，商业用户和工业企业用户，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：
1/0.5
工业企业：
与居民用户比例：
1/0.8
车用气：
与居民用户比例：
1/0.3
空调用气：
与居民用户比例：
1/0.01
未预见用气：
与居民用户比例：
1/0.05
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。
4.2用户类型及供气原则
城市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0.75~1.5Pa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。
3）工业生产用户；工业企业生产用气设备的燃气用量，应按下列原则确定：
a定型燃气加热设备，应采用设备铭牌标定的用气量或根据标定热负荷及当地燃气热值折算的用气量；
b非定型燃气加热设备应根据热平衡计算确定；或参照同类型用气设备的用气量确定；
c使用其他燃料的加热设备需要改用燃气时，可根据原燃料实际消耗量计算确定。
4）其他用户
4.3城市用气量
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（见表3）（根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006）
表4-1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）
1884～2303（45～55）
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。
（1）居民生活用气量
居民生活用气量按下式计算，即
Q1=qηn=2100×90%×200000/37.51=8565715（m3/a）
（2）商业用户用气量
商业用户用气量按居民生活用气量的0.8倍
即Q2=0.8Q1=0.8×8565715=6852572（m3/a）
（3）工业用户用气量
工业用户用气量按居民生活用气量的0.5倍
即Q3=0.5×8565715=4282858（m3/a）
故年总用气量为Q=Q1+Q2+Q3
4.4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，取KmKdKh=4
计算公式为：
Q=
（m3/h）
4.5储气量的计算
取Km=1.2,即取计算月日最大用气量为1.2倍的年平均日用气量，则计算月日最大用气量为Q=1.2×8996×24=259084.8（m3/d）。
按每日气源供气量为100%，气源均匀供气，则
每小时平均供气量为100%/24=4.17%
从零时起，计算燃气供应量累计值与用气量累计值，两者的差值即为该小时的燃气储量，计算结果计入下表，在燃气储存量中找出正负的最大值，即为13.7%+4.03%=17.73%
所需的储存量为Q=259084.8×17.73%=45754.376（m3）
表4-2每小时用气量占日用气量的百分数如下表：
时间（时）
居民生活和公共建筑
时间（时）
居民生活和公共建筑
时间（时）
居民生活和公共建筑
1－2
1.30
9－10
6.55
17－18
9.59
2－3
1.65
10－11
11.27
18－19
6.10
3－4
0.99
11－12
10.42
19－20
3.42
4－5
1.63
12－13
4.09
20－21
3.13
5－6
4.35
13－14
2.77
21－22
1.48
6－7
4.87
14－15
2.27
22－23
1.27
7－8
5.20
15－16
4.05
23－24
0.98
8－9
5.17
16－17
7.10
24－1
1.35
表4-2储气量计算表
小时
燃气供应量的累计
用气量
燃气的储存量
小时
燃气供应量的累计
用气量
燃气的储存量
该小时内
累计值
该小时内
累计值
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
0-1
4.17
1.95
1.95
2.22
10-11
45.84
6.30
37.24
8.60
1-2
8.34
1.50
3.45
4.89
11-12
50.00
6.44
43.68
6.32
2-3
12.50
1.41
4.86
7.64
12-13
54.17
4.90
48.58
5.59
3-4
16.67
2.00
6.86
9.81
13-14
58.34
4.81
53.39
4.95
4-5
20.84
1.60
8.46
12.38
14-15
62.50
4.76
58，15
4.35
5-6
25.00
2.91
11.37
13.63
15-16
66.67
4.75
62.90
3.77
6-7
29.17
4.10
15，47
13.70
16-17
70.84
5.80
68.70
2.14
7-8
33.34
5.06
20.53
12.81
17-18
75.00
7.62
76.32
-1.32
8-9
37.50
5.20
25.73
12.07
18-19
79.17
6.15
82.47
-3.30
9-10
41.67
5.21
30.94
10.73
19-20
83.34
4.58
87.05
-3.71
20-21
87.50
4.48
91.53
-4.03
22-23
95.84
2.80
97.55
-1.71
21-22
91.67
3.22
94.75
-3.08
23-24
100.00
2.45
100.00
0
4.6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。
第5章燃气输配系统的设计
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
图5-1系统框架图
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5-1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郑州市实际情况，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。
根据郑州城市发展规划及用户分布情况等，本次远景规划确定郑州市某区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。
根据本市规模，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。
本设计采用中压一级供气，具有运行可靠，管理方便，节省投资和运行费用低的优点，管网的压力机制为中压B级
本设计的供气范围是整个城市，由三个中压环组成，工业区中由中压管道经专用调压器直接供气，部分环网设计不到的地区，采用枝状管网供气，门站位于城市的东北角。
5.3中压管道布置
中压干管沿城区主干道布置，通过河流时，将燃气管道水下穿过河流。
中压管网主干线成环状布置。
燃气输配系统规划总体布置图详见附图。
因此根据以上选择依据采用两种方案，如下：
（一）低压——中压A两级管网系统
该系统以天然气为气源，采用长输管线的末端储气。
如图所示。
天然气长输管线从东西方向经燃气分配站送入该城镇。
中压A管道连成环网，通过区域调压站向低压管网供气，通过专用调压站向工业企业供气。
低压管网根据地理条件分成三个不连通的区域管网。
该系统特点是输气干管直径较少，比中压（B）—低压二级系统节省投资，但中压（A）管道对管材、安全距离、安装方面要求较高输气压力小于0.005MPa的低压干管上一般不设阀门。
在低压管道上进行检修或排除故障时可用橡胶球堵塞管道。
高压、中压燃气干管上，应设置
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