燃气输配工程课程设计--某居民住宅楼低压燃气管道系统设计.doc

目录第一章燃气输配课程设计任务书- 2 -一、题目某居民住宅楼低压燃气管道系统设计- 3 -二、原始数据- 3 -三、计算及说明书- 3 -四、设计进度时间表- 4 -五、主要参考资料：- 4 -六、课程设计装订- 4 -第二章 设计计算及说明- 5 -2.1燃气基本性质及参数计算- 5 -2.2 用气设备燃气流量- 11 -2.3 室内燃气管道布线及设备布置说明- 11 -2.4 室内燃气管道设计计算说明- 15 -2.5 室内燃气管道水力计算（见附表）- 16 -第三章 设计总结- 17 -第四章 图纸及附件- 18 -第一章燃气输配课程设计任务书 一、题目某居民住宅楼低压燃气管道系统设计二、原始数据 居民住宅楼为6层，层高3.5 m，室内首层地面标高0.00，室外地表标高-0.5m。居民用户每户均安装燃气表、燃气双眼灶及燃气快速热水器各一台，其中双眼灶额定流量为0.9m3/h，热水器额定流量为1.4m3/h 。该市冬季冻土深度为地表下0.8m。室内燃气管道采用镀锌钢管。1. 燃气气源成分：（容积成分%）燃气种类序号CH4C2H6C3H8CO2天然气492.76.30.70.32.居民楼平面图（1张）M1:1003. 室内燃气管道的计算压力降取为：燃气种类室内燃气管道的计算压力降天然气（Ng）P=150pa注：室内燃气管道的计算压力降不包括燃气表的压降。三、计算及说明书1. 设计计算及说明书一份 1.1按提供的设计资料计算燃气基本性质及参数。 1.2选择居民用户的用气设备型号，折算燃气流量。 1.3按设计规范编写室内燃气管道布线及设备布置说明，布置管道及设备。 1.4做室内燃气管道与设备平面布置及系统图，确定管道长度。1.5进行室内燃气管道的设计、计算（写出设计计算说明，列表计算）。1.6设计总结2.绘制设计图纸（2#图纸一张）做室内燃气管道与设备平面布置及系统图（平面图：M 1:100、系统图：M 1:50）四、设计进度时间表 第1-4天：熟悉设计任务及原始资料，借阅相关资料；计算燃气基本性质及参数；选择用气设备型号。 第5-6天：编写管道布线及设备布置说明，绘制平面及系统草图。 第7-10天：进行室内燃气管道的设计、计算。 第11-12天：绘制平面及系统图。 第13-14天：整理说明书，写设计总结，完成设计。五、主要参考资料：1.燃气供应，詹淑慧，中国建筑工业出版社，北京，2004年2.城镇燃气室内工程施工与质量验收规范CJJ94-2009，住建部，2009年3.城镇燃气设计规范50028-2006，建设部，2006年4.城镇燃气技术规范GB50494-2009，住建部，2009年六、课程设计装订课程设计计算书和图纸（按A4幅大小折叠）左装订，装订顺序为： 统一封面、目录、任务书、计算书、设计总结、图纸 第二章 设计计算及说明2.1燃气基本性质及参数计算2.1.1燃气的物理化学性质：（一）燃气的组成：混合气体的组分有三种表示方法：容积成分、质量成分和分子成分。（1）容积成分是指混合气体中各组分的分容积与混合气体的总容积之比，即y1=V1/V混合气体的总容积等于各组分的分容积之和，即V=V1+V2+.+Vn。本工程提供的燃气为天然气，其容积成分是：燃气种类序号CH4C2H6C3H8CO2天然气492.76.30.70.3（2）质量成分是指混合气体中各组分的质量与混合气体的总质量之比，即gi=Gi/G混合气体的总质量等于各组分的质量之和，即G=G1+G2+.+Gn。（3）分子成分是指混合气体中各组分的摩尔数与混合气体的摩尔数之比。由于在同温同压下，1摩尔任何气体的容积大致相等，因此，气体的分子成分在数值上近似等于其容积成分。混合气体的总摩尔数等于各组分的摩尔数之和，即Vm=0.01(y1Vm1+y2Vm2+.+ynVmn) =0.01(92.722.362+6.322.187+0.721.936+0.322.26) =22.89m3/kmol（二）平均分子量：燃气是多组分的混合物，通常将燃气的总质量与燃气的摩尔数之比称为燃气的平均分子量。混合气体的平均分子量可按下式计算： M=(y1M1+ y2M2+ ynMn)/100 =(92.716.043+6.330.070+0.744.097+0.344.010)/100=17.21式中 M-混合气体平均分子量；y1、y2yn-各单一气体的容积成分（）；M1 、M2Mn -各单一气体的分子量(参见教材燃气供应附录1)。（三）燃气的平均密度和相对密度：（1）平均密度：单位体积的物质所具有的质量，叫做这种物质的密度。单位体积的燃气所具有的质量称为燃气的平均密度。密度单位为kg/m3。混合气体的平均密度为： =yii /100 =(92.70.7174+6.31.3553+0.72.0102+0.31.9771) /100 = 0.77kg/m3式中 -混合气体的平均密度，kg/m3；yi-燃气中各组分的容积比，；i -燃气中各组分在标准状态时的密度，kg/m3。 （2）相对密度：气体的相对密度是指气体的密度与相同状态的空气密度的比值。混合气体的相对密度可按下式计算： S=/1.293= 0.76/1.293=0.595Kg/m式中 S-混合气体相对密度，空气为1；-混合气体的平均密度，kg/m3； 1.293-标准状态下空气的密度，kg/m3。（四）气体临界参数：当温度不超过某一数值时，对气体进行加压可以使气体液化；而在该温度以上，无论加多大的压力也不能使气体液化，这一温度就称为该气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化所需要的压力称为临界压力；此时气体的各项参数称为临界参数。（1）混合气体的平均临界温度： =0.01（92.7190.7+6.3305.4+ 0.7369.9+0.3304.2） =199.5 K；式中Tm.c-混合气体的平均临界温度,K；y1、y2、yn-各单一气体容积百分比，%； Tc1、Tc2TCn-各单一气体临界温度，K。（2）混合气体的平均临界压力： =0.01（92.74.641+6.34.884+0.74.256+0.37.387） =4.66MPa式中Pm.c-混合气体的平均临界压力，MPa； y1、y2、yn-各单一气体容积百分比，%；-各单一气体临界压力，MPa。（五）黏度：物质的粘滞性用黏度来表示。黏度可以用动力黏度和运动黏度来表示。一般情况下，气体的黏度随温度的升高而增加，混合气体的动力黏度随压力的升高而增大，而运动黏度随压力的增高而减小。（1）混合气体的动力黏度可按下式近似计算：=100/(gi/i)式中 -混合气体的动力黏度，Pas；gi-混合气体中各组分的质量成分，%；i-混合气体中各组分的动力黏度，Pas。（2）混合气体的运动黏度为：=/ 式中 -流体的运动黏度，m2/s； -相应流体的动力黏度，Pas； -流体的密度，kg/m3。（六）饱和蒸气压和相平衡常数：（1）饱和蒸气压：单一液体的蒸气压指液态烃的饱和蒸气压简称为蒸气压，是指在一定温度下，密闭容器中的液体及其蒸气处于动态平衡时，蒸气所表示的绝对压力。混合液体的蒸气压指在一定温度下，当密闭容器中的混合液体及其蒸气处于动态平衡时，根据 道尔顿定律，混合液体的蒸气压等于各组分蒸气分压之和；根据拉乌尔定律，各组分蒸气分压等于此纯组分在该温度下的蒸气压乘以其在混合液体中得分子成分。根据混合气体分压定律，各组分的蒸气分压为： Pi=yiP式中 yi-该组分在气相中的分子成分（等于其容积成分），%。（2）相对平衡常数：在一定温度下，一定组分的气液平衡系统中，某一组分在该温度下的蒸气压Pi与混合液体蒸气压P的比值是一个常数ki；该组分在气相中的分子成分yi与其在液相中的分子成分xi的比值，同样是这一常数ki，该常数称为相对平衡常数。即 Pi/P=yi/xi= ki（七）沸点和露点：（1）沸点：液体温度升高至沸腾时的温度称为沸点。在沸腾过程中，液体吸收热量不断气化，但温度保持在沸点温度，并不升高。不同物质的沸点是不同的，同一物质的沸点随压力的升高而升高。通常所说的沸点是指在一个大气压下液体沸腾时的温度。液体的沸点越低，越容易沸腾和气化。（2）露点：饱和蒸汽经冷却或加压，立即处于过饱和状态，当遇到接触面或冷凝核便液化成露，这时的温度称为露点。露点与碳氢化合物的性质及其压力有关。（八）体积膨胀：通常将温度每升高1，液体体积增加的倍数称为体积膨胀系数。（1）对于单一液体，用下式计算：V2=V11+（t2-t1） 式中 V1-单一液体温度为t1时的体积，m3； V2-单一液体温度为t2时的体积，m3； -该液体在t1至t2温度范围内的体积膨胀系数平均值。（2）对于混合液体，按下式计算：V2=V1yi1+i（t2-t1）/100式中 V1-混合液体温度为t1时的体积，m3； V2-混合液体温度为t2时的体积，m3； i-混合液体各组分在t1至t2温度范围内的体积膨胀系数平均值；yi-温度为t1时，混合液体各组分的容积成分，%。（九）水化物：如果碳氢化合物中的水分超过一定含量，在一定的温度和压力条件下，水能与液相和气相的碳氢化合物生成结晶的水化物。水化物是不稳定的结合物，当压力降低或温度升高时，可自动分解。（十）含湿量：干燃气中所含有的水分的质量称为燃气的含湿量。一般用每立方米干燃气中含有多少克水来表示。2.1.2燃气的热力与燃烧特性：（一）气化潜热：单位数量的物质由液体变成与之处于平衡状态的蒸气所吸收的热量称为该物质的气化潜热。反之，由蒸气变成与之处于平衡状态液体时所放出的热量为该物质的凝结热。同一物质在同一状态时气化潜热与凝结热是同一数值，其实质为饱和蒸气与饱和液体的焓差。（二）燃气的热值：是指单位数量的燃气完全燃烧时所放出的全部热量。分为高热值和低热值。高热值是指单位数量的燃气完全燃烧后，其燃烧产物与周围环境恢复到燃烧前的原始温度，烟气中的水蒸气凝结成同温度的水后所放出的全部热量。低热值是指在上述条件下，烟气中的水蒸气仍以蒸气状态存在时，所获得的全部热量。（1）干燃气的高发热值为：Hh=(y1Hh1+y2Hh2+ynHhn)/100 =（92.739.842+6.370.351+0.7101.266）/100 =42.07 MJ/m3Hh-干燃气的高发热值，MJ/m3干燃气；y1、y2yn-各单一气体容积成分，%；Hh1、Hh2、Hhn-各单一气体的高发热值，MJ/m3；（2）干燃气的低发热值为：Hl=(y1Hl1+y2Hl2+ynHln)/100 =(92.735.902+6.364.397+0.793.24）/100 =37.99 MJ/m3Hl-干燃气的低发热值，MJ/m3干燃气；y1、y2yn-各单一气体容积成分，%；Hl1、Hl2、Hln-各单一气体的低发热值，MJ/m3。（三）着火温度：燃气开始燃烧时的温度称为着火温度。（四）爆炸极限：燃气与空气或氧气混合后，当燃气达到一定浓度时，就会形成有爆炸危险的混合气体，这种气体一旦遇到明火即会发生爆炸。在可燃气体和空气的混合物中，可燃气体的含量少到使燃烧不能进行，即不能形成爆炸性混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸下限；当可燃气体的含量增加到一定程度，由于缺氧而无法燃烧，以至不能形成爆炸性混合物时，可燃气体的含量称为其爆炸上限。可燃气体的爆炸上下限统称为爆炸极限。（1）不含氧气及惰性气体的燃气，其爆炸极限可按下式估算：式中 L-不含氧及惰性气体的燃气爆炸上（下）限，%； yi-燃气中各组分的容积成分，%； Li-燃气中各组分的燃气爆炸上（下）限，%。（2）含有惰性气体的燃气，其爆炸极限可按下式估算：式中Ld-含有惰性气体的燃气爆炸上（下）限，%；L-不含氧及惰性气体的燃气爆炸上（下）限，%；Bi-惰性气体的容积成分，%。本工程惰性气体为CO2，其容积成分0.3%：所以Bi=0.3%除去惰性气体后的容积成分：CH4=92.7%/（1-0.3%）=92.97%；C2H6=6.3%/（1-0.3%）=6.32%；C3H8=0.7%/（1-0.3%）=0.7%； 不含CO2的燃气，其爆炸上限为： Lh=100/(92.97/15)+(6.32/13)+(0.7/9.5) =100/6.756=14.8%不含CO2气体的燃气，其爆炸下限为： Ll=100/(92.97/5)+(6.32/2.9)+(0.7/2.1) =100/21.107=4.74%所以本工程燃气的爆炸上限为： Ldh=14.8%爆炸下限为： Ldl=4.74%2.2 用气设备燃气流量 本工程居民每户装燃气双眼灶及快速热水器各一台，其中双眼灶额定流量为0.9m3/h，热水器额定流量为1.4m3/h 。2.3 室内燃气管道布线及设备布置说明 2.3.1燃气用户引入管： （1）本工程用户引入管位置为厨房，进户方式为地上引入。引入管自埋地管接出，沿建筑物外墙，在2.5m处穿过外墙引入室内，室外立管采取保温措施。（2）引入管穿墙部位加套管，套管与燃气引入管之间的缝隙采用柔性防腐、防水材料密封。2.3.2室内燃气管道：（1）室内燃气管道应明管敷设，当建筑物或工艺上有特殊要求时，可敷设于带有盖板和通风孔的管槽、管沟内或建筑物的设备层、管道井及可拆卸的吊顶内等处。暗设的燃气管道的管槽应设活动门和通风孔，暗设的燃气管道管沟应设活动盖板，并填充干砂。燃气管道与电器设备及相邻管道之间的净距，不应小于表1的规定。 燃气管道与电器设备及相邻管道之间的净距 表1 序号管道和设备与燃气管道的净距（cm）平行敷设交叉敷设1明装的绝缘电线和电缆25102暗装的活装在套管内的绝缘电线5（从暗装槽或套管的边缘算起）13电压小于1000V的裸露电线的导电部分1001004配电盘或配电箱30不允许5上下水管101.06立管与水池20-7电器插座5不允许8电表15不允许（2）室内燃气管道的最高压力不应大于表2的规定。 用户室内燃气管道的最高压力（表压MPa） 表2燃气用户最高压力工业用户独立、单层建筑0.8其他0.4商业用户0.4居民用户（中压进户）0.2居民用户（低压进户）0.01注：1.液化石油气管道的最高压力不应大于0.14Mpa； 2.管道井内的燃气管道的最高压力不应大于0.2 Mpa；（3）燃气供应压力应根据用户设备燃烧器的额定压力及其允许的压力波动范围确定。民用低压用气设备的燃烧器的额定压力宜按表3采用。 民用低压用气设备燃烧器的额定压力（表压kPa） 表3燃气燃烧器人工煤气天然气矿井气天然气、油田伴生气、液化石油气混空气液化石油气民用燃具1.01.02.02.8或5.0（4）室内低压燃气管道应选用镀锌钢管，其质量应符合现行国家标准低压流体输送用焊接钢管GB/T3091的规定。低压宜采用普通管壁厚。选用无缝钢管时，其壁厚不得小于3mm，用于引入管时不得小于3.5mm。（5）室内低压燃气管道（地下室、半地下室部位除外）、室外压力小于或等于0.2MPa的燃气管道，可采用螺纹连接；管道公称直径大于DN100时不宜选用螺纹连接。（6）管道公称压力PN0.01Mpa时，可选用段铸铁螺纹管件；管道公称压力PN0.2Mpa时，应选用钢或铜合金螺纹管件。管道公称压力PN0.2kPa时，应采用现行国家标准55O密封螺纹第2部分：圆锥内螺纹与圆锥外螺纹GB/T7036.2规定的螺纹连接。（7）密封填料，宜采用聚四氟乙烯生料带、尼龙密封绳等性能良好的填料。（8）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。 （9）室内水平燃气管道应有不小于3的坡度。水平盘管坡向立管； 用户支管的表前管坡向立管，表后管坡向下垂管。 （10）立管的垂直度要求每层垂直偏差不大于10mm。 （11）安装在总立管上的阀门一般距离地面0.81.0m， 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。 （12）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： 穿建筑物基础或地沟时，套管两端应伸出200mm。 穿承重墙时，套管两端应与墙面平齐。 穿楼板时，套管下端应与天棚平齐，上端应伸出地面50100mm。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。 套管规格见下表： 燃气管道直径（DN)25405080钢套管直径（穿地基、地沟、实体墙用）408080100钢套管（穿楼板用） 405080100 （13）活接头的安装 在立管上隔层设置活接头，设置高度距本层地面1.50m。 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。 （14）燃气表的安装 燃气表安装高度，一般情况下，表底距地面1.71.9m。 燃气表左右垂直偏差应不大于20mm。 表背与墙应保持2550mm的净距。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。 （15）管道的固定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1.51.7m，下垂管上的管卡应设在平口两叉上方100mm处。水平管当管径不大于DN25时可采用钩钉，当管径大于DN40时应采用 管托架，固定件间距不大于3m。 （16）其他未尽事宜 请参照城镇燃气设计规范(GB50028-2006)、城镇燃气室内工程施工与质量验收规范（CJJ94-2009）及城镇燃气技术规范（GB50494-2009）执行。2.3.3燃气计量表的布置：（1）燃气表宜设置在通风良好的非燃结构上，并满足便于施工、维修、调试和安全使用的要求。本工程燃气表设置在厨房内墙上，符合安装和使用要求。（2）本工程燃气表为明装低锁表，表底距地面50cm，表侧面与燃气灶净距为1m，表背面距墙面2cm。2.3.4燃气灶具的布置：（1）本工程燃气灶具安装在通风良好的厨房内。（2）燃气灶靠墙设置，与墙的净距10mm，与对面墙之间的通道为1m，灶边与侧墙净距为15cm。2.3.5燃气热水器的布置：（1）选用的燃气热水器具有强制排风，自动熄火保护及防倒风装置。（2）热水器与对面墙壁之间有1m的通道，侧面离墙的距离为15cm。（3）热水器与燃气表、燃气灶及电器设备水平净距为35cm，其上部没有明装电线、电器设备和易燃物。2.4 室内燃气管道设计计算说明（1）燃气管道布置见室内燃气管道平面图及系统图。（2）将各管段按顺序编号，如图中1、1-10、13-10。（3）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（参考P58表），可求得各管段的计算流量。（4）由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量初步确定各管段的管径。（5）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。根据及已定管径，可参考P122的当量长度计算图，求得=1时的l2。（6）本工程所用天然气的密度为0.76kg/m3，查P241水力计算图表附录图表3时，需进行修正，即P/L=(P/L)=10.76。由此得出各管段的单位长度压降值后，乘以管段计算长度，得该管段的阻力损失。（7）计算各管段的附加压头，每米管段的附加压头值等于：g(1.293-g)=9.81(1.293-0.76)=5.23Pa/m乘以该管段终端及始端的标高差H，可得该管段的附加压头值。计算时需注意其正负号。（8）求各管段的实际压力损失：P-Hg（a-g）（9）求室内燃气管道的总压力降：管道1-2-3-4-5-6-7-8-9-10总压力降P=23.81Pa。管道13-12-11-8-9-10，总压力降P=47.08Pa。（10）将总压力降与允许的计算压力降相比较：总压力降均小于允许的计算压力降P=150Pa，所以管径合理，可以施工。全部计算列于表中。由计算结果可见，系统最大压降值是从用户引入管至用具13。通过这一计算，其它各管段的管径均可予以确定。如总压力降大于允许的计算压力降，则改变个别管段的管径，从第5步起重新计算，直到满足计算压力降的要求为止；若计算出的总压力降过小，则说明管径选取的过大而造成不经济。2.5 室内燃气管道水力计算（见附表）第三章 设计总结通过对本课程的设计，使我对燃气输配这门课程有了比较深入的了解，从初步认识到比较熟悉。刚开始不知道从哪里入手，通过对老师的任务书仔细分析理解后，开始进行设计。通过对教科书的相关章节仔细阅读理解后，有了一个大致的设计框架。（1） 首先根据任务书中给出的燃气种类，计算得出各项参数。（2） 然后选择灶具及热水器的种类，从而得出其流量。（3） 绘制了平面草图及系统草图，完成各管线的布置。在图纸的在设计过程中，参阅了城镇燃气设计规范及城镇燃气室内验收规范等资料。（4） 依据设计出的草图来计算各燃气管段的压力降，从而得出总的压力降。在计算过程中又发现图纸中的错误，修改后重新计算。在反复计算、修改的多次后，终于完成了这门课程的设计。我非常感谢老师和同学给我的帮助，通过对这门课程的设计使我学到了很多新的知识。参考文献：1.燃气供应，詹淑慧，中国建筑工业出版社，北京，2004年2.城镇燃气室内工程施工与质量验收规范CJJ94-2009，住建部，2009年3.城镇燃气设计规范50028-2006，建设部，2006年4.城镇燃气技术规范GB50494-2009，住建部，2009年第四章 图纸及附件1、室内燃气管道水力计算表2、住宅2#楼首层、2-6层平面图及系统图- 18 -室内燃气管道水力计算（天然气）管 径 号额定流量m3/h同时工作系数计算流量m3/h管段长度L1,m管径d,mm局部阻力系数l2, m当量长度L2,m计算长度L,m单位长度压力损失 P/L (Pa /m)P (Pa)管段终端始端标高差H(m)附加压头Hg（a-g） (Pa)管段实际压力损失Pa管段局部阻力系数计算及其它说明1-22.11.