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燃气供应系统概况 建筑设备工程概论 北京建筑工程学院 1 什么是燃气 天然气资源的用途气体燃料特性燃气与居民的关系燃气与城市的关系燃气与工业的关系燃气行业的发展历程与现状 第一章燃气领域的发展状况 2 燃气指可以作为燃料的气体 通常以可燃气体为主要成分的 多组分的混合气体 煤气是众多燃气气源中的一种 天然气是目前最主要的燃气资源 什么是燃气 3 天然气资源的用途 能源方面 发电 生活燃料 采暖 热水 炊事 工业燃料 交通运输燃料化工原料 生产化肥 合成纤维类国际上主要用于工业 发电 交通运输燃料及商业 包括居民和公共建筑用气 天然气需求的主要方面是发电和工业用气天然气的优点 储运压力高 方便远距离输送 容易燃烧 对不同的燃烧器有较强的适应性和机动性 能量利用率高 燃烧污染物排放少等 4 气体燃料特性 气体分子间距离大 容易着火 易着火是 双刃剑 易点火可以方便操作 但也易 着火与爆炸 气体燃料流量易控制 如有利于自动化调节 可以大面积燃烧 如玻璃窑炉 也可以加热一个点 如气体焊接暖瓶内胆的尖 气体燃料基本上没有物理与化学未完全燃烧 同时也没有颗粒物污染 5 气体燃料燃烧完全 燃烧效率可认为是100 气体燃料比固体和液体燃料含碳量少 排放的二氧化碳也少 其中天然气含碳最少 被誉为绿色燃料 因此气体燃料使用范围越来越广泛 气体燃料燃烧后排放的有害物最少 6 不同燃料民用和商业用户的平均排放量 毫克 兆焦 7 燃气与居民的关系 家庭使用燃气后 可以减少家庭劳动强度与时间 方便生活 此外在家庭中使用燃气用具后 具有热效率高 污染少 操作简单 方便生活等方面的特点 具有其他燃料不可比拟的优势 因此国际上 城市居民除部分居民使用电灶 油炉采暖外 绝大部分都用气体燃料 使用燃气后 家庭就避免了买煤 储煤 倒灰等又脏又累的活计 8 燃气与城市的关系 现代城市中会有高层建筑 而高层建筑的燃料供应只能采用燃气 城市使用燃气后 可以减少送煤 除煤渣的运输车辆 取消城市内的各个送煤店 同时防止了煤与煤灰弄脏街道与建筑 9 城市燃气事业可以减少城市空气污染 单纯在采暖方面根据国外的分析 用天然气采暖可以使颗粒物质下降93 3 使SO2下降了99 5 使NOx下降了20 0 根据目前天然气燃烧技术的改进 还可以使NOx排放量进一步降低 另外 燃气对城市的工业有很大的促进因素 因此燃气工程是现代城市不可缺少的基础工程之一 燃气 供热与电是现代城市不可缺少的三大能源 10 燃气与工业的关系 1 工艺要求燃气配合 工业中有不少工艺必须使用燃气 例如玻璃工业 无论大体积的玻璃窑炉还是小体积的玻璃药瓶必须使用燃气加热 在没有城市燃气的条件下 工厂也需要自建一个燃气发生站 生产工业燃气供给生产需要 2 采用燃气后可大大提高产品质量 纺织 食品 印染 医药 陶瓷等工业采用燃气后都有提高产品质量和生产率以及降低劳动力的作用 11 3 目前先进国家发电是以燃气 天然气 为主 我国也有采用天然气发电实例 根据国外经验 虽然煤比燃气便宜 但是由于政府对有害物排放量的控制 采用煤或重油后需要建设复杂的降低燃煤燃烧产物有害物的系统与设备 这些设备耗资庞大 最后经过经济核算 还是烧燃气便宜 燃气事业与个人 家庭 城市都有着不可分割的联系 对国民经济有很大的促进作用 有着现实的节约能源 降低污染经济效益与社会效益 12 燃气行业的发展历程与现状 发展阶段 1 20世纪80年代以前 以发展煤制气为主 普及用户 增加了燃气的供应量 2 20世纪80年代至90年代前期 液化石油气和天然气得到了很快的发展 多种气源并存的格局 液化石油气成为主要气源之一 3 20世纪90年代后期 我国城镇燃气的天然气的时代已经来临 同时液化石油气小区管道供应方式的广泛应用 13 第二章燃气输配系统 第一节天然气长距离输送系统一 系统的构成 14 2 起点站的组成 二 站 15 三 燃气加臭 1 天然气无色 无味的气体 加入加臭剂燃气泄漏后 便于发现2 对加臭剂的要求气味强烈 独特 有刺激性 持久 不被别的气体掩盖燃烧产物对人体无害 无腐蚀性 沸点低不溶入其他液体 不与燃气发生反应 不被土壤吸收廉价3 位置与标准起点站 门站爆炸下限的20 能觉察到有毒气体 在达到有害浓度前发觉 16 第二节城市燃气管网系统 一 燃气管道的分类一 按用途分1 长距离输送管线2 城市燃气管道1 分配管道包括街区和庭院管道2 用户引入管道3 室内燃气管道3 工业企业燃气管道1 工厂引入管道2 车间燃气管道3 炉前燃气管道 17 二 按敷设方式分1 地下燃气管道2 架空燃气管道三 按输气压力分1 低压管道压力P 5kPa 500mmH2O 2 中压管道B5Kpa P 0 2Mpa 500H2O P 2Kg cm2 A0 2MPa P 0 4Mpa 2Kg cm2 P 4Kg cm2 3 高压管道B0 4Mpa P 0 8Mpa 4Kg cm2 P 8Kg cm2 A0 8MPa P 1 6Mpa 8Kg cm2 P 1 6Kg cm2 18 二 燃气管网系统 一 城市燃气输配系统的构成1 各级压力的管网2 燃气分配站 门站 压送站 调压计量站 调压站3 储气站4 调度监空系统二 燃气管网系统的分类1 一级系统低压一级 仅用低压管网来分配和供给燃气 一般只适用于小城镇的供气系统 中压一级 仅用低压管网来分配和供给燃气 一般只适用于小城镇的供气系统 19 低压一级系统 中压一级系统 20 2 二级系统由低压和中压或低压和高压两级管网组成 中低压两级管网系统1 气源厂 2 低压管道 3 压送机站 4 低压储气罐站 5 中压管网 6 区域调压室 7 低压管网 21 3 三级系统包括三压力等级管网 三级管网系统1 长输管线 2 城市燃气分配站 3 郊区高压管道 4 储气罐站 5 高压管网 6 高中压调压室 7 中压管网 8 中低压调压室 9 低压管网 10 煤气场 22 4 多级系统 由四个及四个压力等级的管网组成的系统 适用 特大城市三 采用不同压力级制的原因1 管网采用不同的压力级制2 各类用户所需的燃气压力不同3 在城市未改建的老区 建筑物比较密集 街道和人行道都比较狭窄 不宜设压力等级较高的管道 23 四 燃气管网系统的选择选择燃气管网系统时 应考虑到许多因素 气源情况 城市规模 城市原有燃气供应情况 不同用户的不同要求 储气设备的类型 城市地理地质条件以及城市地下管线和地下建筑物 构筑物的现状和改建扩建规划等因素 通过对数个可行方案的燃气管网系统进行水力计算 水力工况分析以及技术经济计算 经过技术经济比较和专家论证 选用技术先进 经济合理的最佳方案 24 五 燃气管道的敷设1 直埋2 安全间距六 管材1 钢管2 铸铁管中压B以下压力等级的管道3 PE管 中压管4 钢骨架塑料管七 附属设备1 法门2 排水器3 补偿器4 防散管 25 第二节室内燃气管道 一 组成引入管 干管 立管用户支管 燃气表用具连接管 用具二 布线原则引入管 地上地下燃气表 低位高位住人房间不能敷设 26 三 高层建筑应考虑的三个问题1 补偿高层建筑的补偿引入管加补偿器 波纹管 套筒 铅管 2 克服高程引起的附加压头的影响用户调压 分区供气 管阻3 补偿温差产生的变形补偿器 27 第三章燃气管道材料 附属设备及防腐 一 燃气管道材料根据燃气的性质 系统压力及施工要求来选用合适的管材 满足机械强度 抗腐蚀 抗震及气密性等各项基本要求 1 钢管常用的钢管有普通无缝钢管和焊接钢管 具有承载应力大 可塑性好 便于焊接的优点 与其他管材相比 壁厚较薄 节省金属耗量 但耐腐蚀性较差 必须采取可靠的防腐措施 28 2 铸铁管抗腐蚀性强 用于燃气输送的铸铁管一般采用铸模浇铸或离心浇铸方式制造出来 在城市中 低压燃气管道中广泛采用的是灰铸铁管 国内常用普压连续铸铁直管 离心承插直管及管件 3 塑料管具有耐腐蚀 质轻 流体流动阻力小 使用寿命长 施工简单 可盘卷 抗拉强度较大等优点 目前常用中密度聚乙烯和尼龙 11等各种材质的塑料管 29 目前用在燃气管道的塑料管的最大工作压力大多为0 3Mpa 在少数国家中达0 4 0 6Mpa 最高工作温度是38 因为它的刚性不如金属管 所以埋设施工时必须夯实沟槽底 才能保证管道坡度的要求 虽然塑料管经剧烈碰撞易断裂 但易于及时发现并修复 而且安装费比钢管低 4 其他管材有色金属管材 如铜管和铝管 价格贵而不能广泛应用于燃气输配管道上 在室内管道上可使用铝质软连接管和铝塑 钢塑复合管 30 二 连接方法 1 钢管可以用螺纹连接 焊接和法兰连接 室内管道管径较小 压力较低 一般用螺纹连接 燃气管道及其附属设备之间的连接 也常用法兰连接 当公称压力为0 25 2 5Mpa 介质温度不超过300 时 一般采用平焊钢法兰 2 铸铁管的连接广泛采用机械接口的形式 3 塑料管的连接聚乙烯管道的连接通常采用热熔连接 电熔连接 塑料管与金属管道通常使用钢塑接头连接 31 三 燃气管道的附属设备 为了保证管网的安全运行 并考虑到检修 接线的需要 在管道的适当地点设置必要的附属设备 包括阀门 补偿器 排水器 放散管 1 阀门启闭管道通路或调节管道介质流量的设备 燃气阀门必须进行定期检修 阀门的设置达到足够维持系统正常运行即可 尽量减少其设置数目 以减少漏气点和额外的投资 燃气管道上常用的有闸阀 旋塞 截止阀 球阀和蝶阀等 32 2 补偿器消除因管段胀缩对管道所产生的应力的设备 常用于架空管道和需要进行蒸气吹扫的管道上 在埋地燃气管道上 多用钢制波形补偿器 其补偿量约为10mm 3 排水器为排除燃气管道中的冷凝水和石油伴生气管道中的轻质油 管道敷设时应有一定坡度 以便在低处设排水器 将汇集的水或油排出 排水器的间距视水量和油量多少而定 由于管道压力不同 排水器有不能自喷和自喷两种 33 4 放散管专门用来排放管道内部的空气或燃气的装置 在管道投入运行时利用放散管排除管内空气 在管道或设备检修时 可利用放散管排放管内的燃气 防止在管道内形成爆炸性的混合气体 5 阀门井为了保证管网的安全与操作方便 地下燃气管道上的阀门一般都设置在阀门井中 应坚固耐久 有良好的防水性 有检修的必要空间 不宜过深 直埋设置的专用阀门 不设阀门井 34 四 钢制燃气管道的防腐 1 腐蚀是金属在周围介质的化学 电化学作用下引起的一种破坏 化学腐蚀电化学腐蚀当金属和电解质溶液接触时 形成了原电池 由电化学作用引起的腐蚀 在管道的内壁和外壁都会产生 严重的电化学腐蚀发生在埋地钢管的外壁 对城市埋地钢管的运行安全及寿命构成的威胁最大 与土壤的腐蚀性即土壤的电阻率有关 杂散电流腐蚀由于外界各种电气设备的漏电与接地 在土壤中形成的杂散电流对钢管也有腐蚀性 其中直流电对钢管的危害最大 在电流离开钢管流入土壤处 管壁产生腐蚀 细菌腐蚀厌氧硫酸盐还原菌将可溶解的硫酸盐转化为硫化氢引起腐蚀 35 钢制燃气管道的防腐方法 一 对于架空管道 通常是在外壁涂上油漆覆盖层防止外壁的腐蚀 内壁的腐蚀不严重 不作特殊的防腐处理 二 对于埋地管道 针对土壤腐蚀性的特点 可从三个途径防止腐蚀的发生和降低腐蚀的程度 1采用耐腐蚀的管材 2增加金属管道和土壤之间的过渡电阻 减小腐蚀电流 如采用防腐绝缘层使电阻增加 在局部地区采用地沟敷设或非金属套管敷设等方法 36 目前常用的防腐绝缘层有沥青绝缘层 聚乙烯包扎带 塑料薄膜涂层 泡沫树脂塑料绝缘层等 3采用电保护法 一般也与绝缘层防腐法相结合 以减小电流的消耗 有阴极保护法和牺牲阳极保护法 37 第四章燃气用具 一 燃气炊事用具家用灶组成 进气管 燃烧器 阀 灶台 灶面 自动点火装置 熄火保护装置 38 39 40 烤箱灶除装有自动点火装置 熄火保护装置外 还装有温度调节系统及时间控制器 41 二 燃气热水器装有燃气压力调节 自动点火 熄火保护和缺氧保护等装置 而在沸水器上则装有点火气阀 安全气阀 继动气阀等组成的自动控制系统 42 43 三 燃气锅炉在燃气锅炉上自动控制及安全装置有 自动点火 燃气压力稳定 燃气压力过高或过低保护 燃气燃烧用空气压力不足保护 点火火焰及主燃烧器熄火保护 蒸汽压力过高保护 锅炉水位过低保护 突然停电保护 蒸汽负荷自动调节 44 45 46 四 燃气工业炉 由于燃气工业锅炉类型繁多 功能又各不相同 因此自动控制装置及安全装置也各不一样 但对于一般加热炉来说有三个互相联系的参数 温度 燃气及空气量和压力 通常都采用自动控制 并宜安装空气不足 熄火保护以及自动点火等装置 47 五 燃气燃烧的自动与安全控制燃烧自动调节及安全装置是一种基本上不用人直接监视和操纵 而能对整个燃烧过程进行自动调节的机构 这种装置是凭控制对象的一些物理量 如温度 压力及流量等 的变化自动调节燃烧过程 并保证其安全运行 48 六 燃气的互换性是城市燃气的重要指标 任何燃具 都是按一定的燃气成分设计的 设某一燃具以A燃气为基准进行设计和调整 若以S燃气来置换A燃气 如果燃具此时不加以任何调整而能保证正常工作 则表示S燃气可以置换A燃气 或称S燃气对A燃气具有互换性