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第六章城市燃气工程系统规划 华南理工大学建筑学院黄铎 6 1城市燃气负荷预测与计算6 1 1城市燃气类型与特征 一 城市燃气的种类按来源分类天然气人工煤气液化石油气生物气 6 1 1城市燃气类型与特征 一 城市燃气的种类按热值分类高热值燃气 30MJ Nm3 天然气 部分油制气 液化石油气中等热值燃气 20MJ Nm3 干馏煤气低热值燃气 12 13MJ Nm3 气化煤气 工厂煤气等 比如芳村区使用广钢余气 大致为8 9MJ Nm3 6 1 1城市燃气类型与特征 一 城市燃气的种类按燃烧特征分类 表4 1 影响燃气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 燃烧速度 主要有两类参数 一个为华白数 一个为燃烧势 华白数是一个热值与相对密度的综合系数 燃烧势指燃烧速度指数燃气参数与燃气设备的使用有关 不同设备相互之间不能通用 6 1 1城市燃气类型与特征 一 城市燃气的种类华白数W 华白数 MJ Nm3 QH 燃气高热值 MJ Nm3 D 燃气相对密度 空气 1 6 1 1城市燃气类型与特征 二 城市燃气种类的选择城市燃气可燃 易爆 某些种类的燃气有一定毒性 因此城市燃气应符合一定的质量标准城市燃气组分的变化 应符合一定的要求 华白指数波动范围不能超过5 如果超出则对燃气灶具的选择及安全性有一定的影响人工煤气质量的指标应符合要求 低热值下限 比如广刚余气没有满足这一要求 杂质含量 含氧量城市燃气应具有可察觉的臭味 6 1 1城市燃气类型与特征 二 城市燃气种类的选择城市燃气气种的选择燃气气种选择的主要方向为煤制气 CO 石 油制气 各种烷类与烃类的混合物 与天然气 天然气的应用在各国都有很大的发展天然气在我国较为缺乏 大部分依赖进口 比如广州天然气从澳大利亚进口 由茂名经管道从广州西面经佛山江门进入广州 我国的燃料结构中煤是主体 煤制气在我国城市燃气结构中具有重要的地位对气种的选择是各种复杂因素的综合比较权衡后方能做出的重要决策 最基本的是考虑本地的资源 比如山西多煤 其次是城市环境 比如对空气质量的控制 比如广州70 80年代空气质量并不比现在好 其他比如城市规模 交通条件等 6 1 1城市燃气类型与特征 二 城市燃气种类的选择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 6 1 1城市燃气类型与特征 二 城市燃气种类的选择城市燃气的互换某地区的燃气可能由其他一种性质不同的燃气所代替在紧急事故或者高峰负荷时在供气系统中掺入不同性质的其他燃气燃气的互换性由华白数和燃烧势指标决定 如果燃气热值相差较远 则华白数一定有较大的差异 燃气变化不大时 可能能够满足燃具原来的设计要求 燃气成分变化过大时 燃烧工况的改变可能使得燃具不能正常工作 6 1 1城市燃气类型与特征 二 城市燃气种类的选择城市燃气的混配在城市存在多种气源的情况下 为使用户能够继续使用原有燃具 需要对各气种进行混配 以产生一种各项指标与原气种相近的燃气在多气源的情况下 也可以采用两套或者两套以上的输配系统 比如广州的芳村与其他区之间的燃气灶具无法互换 而上海的浦东使用天然气 而在浦西使用煤制气 这两套系统完全独立对广州 燃气的类型比较的单一 因为芳村规模很小 6 1 1城市燃气类型与特征 二 城市燃气种类的选择城市燃气的供应对象 民用优先民用优先优点 容易操作 效率更高 利于环境民用用气 供气方面应遵循的原则优先满足城镇居民炊事和生活热水的用气应尽量满足幼托 医院 学校等公共建筑用气人工煤气一般不供应锅炉用气 6 1 1城市燃气类型与特征 二 城市燃气种类的选择工业用气应遵循的原则优先满足工艺上必须使用燃气的企业靠近管网 用气量不大 可提高产品质量的企业使用燃气可显著减轻大气污染的企业可作为缓冲用户的企业工业企业的用气量均匀 有利于平衡民用用气的不均匀性 发展一批缓冲用户 可以平衡城市燃气供应的季节不均匀性与日高峰负荷 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 一 城市燃气负荷的分类与用气指标城市燃气负荷的分类与用气指标城市燃气符合根据用户性质可分为民用燃气负荷与工业燃气负荷两大类 前者又可分为居民生活用气与公建用气负荷 比如餐饮业 学校医院的食堂 澡堂等 两类在计算用气负荷时 还必须考虑未预见用气量 一部分是管网的漏损量 另一部分是因发展过程中出现没有预见到的新情况而超出了远计算的设计供气量 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 一 城市燃气负荷的分类与用气指标城市燃气负荷的分类与用气指标居民用气指标 表6 4P189 公建用气指标 表6 5P190 1卡 6 12焦耳表6 4中单位为kcal 千卡 或MJ 兆焦 表6 5中适合修详中根据建筑类型的负荷计算 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 一 城市燃气负荷的分类与用气指标上述两个指标表的使用需注意的几点居民用气要区分用户有无集中采暖设备表中所类指标不适用于瓶装液化石油气居民用户居民用户用气量指标增长缓慢指标中未包括燃气热水器的用气定额 若考虑这部分用气 则用气定额需加倍 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 一 城市燃气负荷的分类与用气指标上述两个指标表的使用需注意的几点工业用气工业用气量的计算必须通过大量详细的调查方能完成 在规划中很难预测工业企业的门类和产品种类与数量考虑工业用气在城市总用气量中的适当比例 在北京 上海 长春等大城市中 工业用气与民用用气的比例都在6 4 4 6之间 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 二 燃气的需用工况需用工况指燃气用气的变化规律 与确定气源生产规模 调峰手段和输配管网管径有很密切的关系用气不均匀性分为三种 月不均匀系数 季节不均匀性 日不均匀性和小时不均匀性 不均匀性受很多因素影响 比如气候条件 居民生活水平与生活习惯 机关与企事业单位的工作时间安排和用气设备情况等 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 月不均匀系数一年中各月的用气不均匀性用月不均匀系数表示 由于每一个月天数不同 不能使用月用气量 平均月用气量 在十二个月中 平均日用气量最大的月 即月不均匀系数最大的月称为计算月 并将该月的月不均匀系数Km成为月高峰系数影响Km的主要因素是气候条件 各类用户中居民和公建用户随季节变化明显 月高峰系数可在1 1 1 3 广州1 15 范围内选用 工业企业的用气用气量则随季节变化较小 可视为均匀用气 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 日不均匀系数表示一月 或一周 中的日用气量的不均匀性该月中最大日不均匀系数称为该月的日高峰系数根据实测资料 我国居民生活用气在周末与节假日有所增加 而工业企业用气则在节假日与轮休日有所减少 居民用气日高峰系数Kd的取值一般为1 05 1 2 广州1 07或1 12 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 小时不均匀系数表示一日中各小时用气量的不均匀性该日最大小时不均匀系数称为该日小时高峰系数居民生活用气与公建用气一般在早 午 晚有三个用气高峰 且午 晚高峰又较为显著 而工业企业用气的小时用气量波动较小 居民用气的小时高峰系数Kh可在2 2 3 2 广州2 5 中取值 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 三 燃气用量的预测与计算燃气的日用气量与小时用气量是确定燃气气源 输配设施和管网管径的重要依据燃气用量的预测与计算的主要任务是预测计算燃气的日用量与小时用量工业企业用气量在规划中很难准确计算与预测 在总量预测中对采用比例估算的方法居民生活与公建用气量应根据用户数量和用气指标进行预测与计算 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 1 分项相加法适用于各类负荷均可用计算方法得出较准确数据的情况Q为燃气总用量 Q1 Qn为各类燃气负荷 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 2 比例估算法在各类燃气负荷中 居民生活与公建用气量可以较准确地得出 在其他各类负荷情况不确定时 可通过预测未来居民生活与公建用气在总气量中所占比例得出总的用气负荷Q为燃气总用量 Qs为居民生活与公建用气量p为居民生活与公建用气量占总用气量的比例 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 2 比例估算法一般认为 工业企业用气 公建用气 采暖用气和未预见用气都是较均匀 而居民生活用气不均匀 所以燃气的计算月平均日用气量计算公式为 Q计算月平均日用气量 m3或kg Qa为居民生活年用气量 m3或kg p为居民生活用气量占总用气量的比例 Km为月高峰系数 1 1 1 3 居民用气量 工业 公建等用气量 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 2 比例估算法在对城市燃气输配管网管径进行计算时 需要利用的主要数据为燃气的高峰小时用气量 Q 燃气高峰小时最大用气量 m3 Q为燃气计算月平均日用气量 m3或kg Kd为日高峰系数 1 05 1 2 Kh为小时高峰系数 2 2 3 2 6 1 2城市燃气负荷预测与计算 四 示例规划期末人口20万 居民气化率100 50 燃气用户使用燃气热水器 居民生活用气占总用气量的60 燃气的低热值为20MJ Nm3 估算城市燃气负荷 年用气量计算 全年城市居民用气量为4010万m3 取月高峰系数1 1 得城市燃气负荷为19 4万m3 d 6 2城市燃气气源规划6 2 1城市燃气气源设施 一 人工煤气气源设施在天然气无条件大规模推广的情况下 煤气制气厂仍是城市的主要气源之一炼焦制气厂直立炉煤气厂水煤气型两段炉煤气厂油制气厂油制气掺混各种低热值煤气厂 6 2 1城市燃气气源设施 二 液化石油气气源设施具有供气范围灵活 供气方式异常灵活的特点 适用于各种类型的城市和地区 其气源种类多 但一般供气能力有限 可作为中小城市的主气源和大城市的片区液化石油气供应基地 为液化石油气气储存站 储配站和灌瓶站的总称气化站 直接利用瓶装液态气自然气化供气 锦绣香江 还有用电气化混气站 两种气源混合后供给用户 液化气储存站灌装站 城市 批发站 零售 送货上门 6 2 1城市燃气气源设施 三 天然气气源设施天然气对城市的供应一般是通过长输管线实现 其终点配气站称为城市接收门站 相当于500kv变电站 是城市天然气输配管网的气源站在城市近郊 天然气的储存基地有储存 净化和调压等功能 也可视为城市气源 铜陵天然气门站 克拉玛依南泉东天然气门站 佛山天然气供应气源示意图 西气东送工程 6 2 2城市燃气气源规划 一 气源种类的选择原则 二 气源规模的确定煤气制气厂分几种条件 对调节能力差的 也即不能对燃气生产量可控 一般按一般月的平均日来确定当燃气生产大于用户需求时 可以将多余的燃气量输送给一些工业缓冲用户 对生产用气不能满足用气需求时 可由机动气源供应 避免投资浪费液化石油气气源规模的确定 公式6 10 6 2 2城市燃气气源规划 三 气源选址煤气制气厂选址原则液化石油气供应基地的选址原则液化石油气气化站与混气站的布置原则液化石油气气化站与混气站的站址应该靠近负荷区站址选择应与站外建筑物保持规范所规定的防火间距站址应处在地势平坦 开阔 不易积存液化石油气的地段站址靠近居民区比较危险 有一定安全隐患 因此第一条原则不一定正确 必须满足安全距离 6 3城市燃气输配系统规划6 3 1城市燃气输配设施 一 燃气储配站燃气具有不均匀性的特征 如果将高峰小时用量x8760将造成大量的浪费城市主气源和机动气源的调节 以及发展缓冲用户 可以平衡燃气使用的月不均匀性 并缓解燃气负荷的日不均匀性 而平衡燃气负荷的日不均匀性与小时不均匀性 满足各类用户的用气需要 必须在城市燃气输配系统中设置燃气储配站一是储存必要的燃气量 以调峰二是可使多种燃气进行混合 达到适合的热值等燃气质量指标 不适合广州这样单一气源的城市 三是将燃气加压 以保证输配管网内适当的压力 宁夏哈纳斯天然气储配站将天然气门站送来的天然气经过调压后送入城市中 6 3 1城市燃气输配设施 一 燃气储配站城市储气量的确定与城市民用气量与工业用气量的比例有密切关系 储气量占计算月平均日供气量的比例称为储气系数 表4 12 工业用气比例越大 则储气系数越小 反之越大在用气高峰 实现多点向城市供气 一方面保持管网压力的均衡 缩小一个气源点的供气半径 减少管网半径 另一方面也保证了供气的可靠性广州东面吉山 西面都有储配站 做为第二气源 6 3 1城市燃气输配设施 二 调压站城市燃气输配管道的压力可分为5级 P94 高压燃气管道A0 8 1 6 MPa 用于长距离的燃气输送B0 4 0 8 MPa 一个门站与另一个门站的联系中压燃气管道 城市主供气系统A0 2 0 4 MPa B0 005 0 2 MPa 低压燃气管道 终端用户所使用的系统 0 005 MPa 6 3 1城市燃气输配设施 二 调压站调压站类同变电站 调节燃气压强按调压性质分 有区域调压站 用户调压站与专用调压站按调节压力范围分 有高中压调压站 高低压调压站和中低压调压站按照建筑形式分 有地上调压站 地下调压站 调压井 及箱式调压站 地面以上调压设备有调压站 调压柜 调压箱调压站的重要设备是调压器 广州其面积一般为4米x5米 按照规范 对调压站距离建筑物的安全距离 一般建筑大于6米 对重要建筑大于25米 6 3 1城市燃气输配设施 二 调压站布置调压站时需要考虑的因素 调压站具有一定的供气半径 0 5km 调压站应尽量布置在负荷中心应避开人流量大的地区 并尽量减少对景观环境的影响 将其压力提高 保证末端用户压力 前端用户在燃气器具前加减压阀 1300米的距离 500米 三 液化石油气瓶装供应站 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 一 城市燃气输配管网的形制按布局方式分 有环状管网系统和枝状管网系统 前者可以保证对各区域实现双向供气 后者输气干管为枝状 通往用户的配气管一般为枝状管网根据整个系统中管网不同压力机制的数量来进行分类 可分为一级管网系统 二级管网系统 三级管网系统与混合管网系统四类 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 一 城市燃气输配管网的形制一级管网系统 只有一个压力机制的城市燃气管网系统 从气源送出的燃气先进入储气罐 然后经稳压器 最后进入低压管网低压一级管网系统从气源送出的燃气先进入储气罐 然后经稳压器 最后进入低压管网优点 输送时不需要增压 节省加压用电能 系统简单 供气比较安全可靠 维护管理费用低缺点 由于供气压力低 致使管道直径较大 一次投资费用较高 管网起 终点压差较大 造成多数用户灶前压力偏高 燃烧效率降低 并增加烟气中CO含量 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 一 城市燃气输配管网的形制中压一级管网系统包括中压A一级管网系统与中压B一级管网系统燃气自气源厂 或天然气长输管线 进入城市燃气储配站 或天然气门站 配气站 经加压 或调压 送入中压输气干管 再由输气干管送入配气管网 最后经箱式调压器调至低压后送入户内管道优点 减少管道长度 节省投资 提高灶具燃烧效率缺点 安装水平要求较高 供气安全性较低压供气差 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 一 城市燃气输配管网的形制二级管网系统 具有两个压力机制的城市地下管网系统称为二级管网系统 一般为中压 中压A与中压B 与低压两种压力人工煤气中压B 低压二级管网系统 图4 3 广州同 气源厂 1 1 中压管网 低压管网 中低调压站 储配站 城市主输气管网 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 气源厂 1 1 中压管网 低压管网 中低调压站 储配站 城市主输气管网 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 一 城市燃气输配管网的形制优点 供气安全 低压配气能够使庭院管道运行更安全安全距离容易保证 低压管道距房屋基础边缘为0 7米容易满足 中压B或者中压A管道的安全距离为1m和1 5m 要求较高可以全部采用铸铁管材缺点投资较大 平均管径比中压一级系统大增加管道长度 某些街道需要同时敷设中 低压管线占用城市用地 中低压调压站占用城市用地 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 一 城市燃气输配管网的形制三级管网系统 具有三个压力等级的城市地下管网系统 通常含有高 中 低压三种压力机制一般适用于天然气这一类燃气 以高压进行长距离输送 一方面减少压降 另一方面减少管径 高压A 门站 高压A 高压B 次高压 东莞 广州 中压 高中压 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 高压A 门站 高压A 高压B 次高压 东莞 广州 中压 高中压 6 3 2城市燃气输配管网形制选择 一 城市燃气输配管网的形制三级管网系统优点 供气比较安全可靠高压或中压A外环网可以储存一定数量的燃气缺点 系统复杂投资大经二级调压 将使燃气的部分压力消耗在调压器阻力上 使管径变大 6