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燃气工程基础知识 1 一 城镇燃气输配系统的组成 燃气输配系统是一个综合设施 它承担向用户输送燃气的使命 一般由门站 储配站 包括储气设施 输配管网 调压设施 运行管理设施及监控系统等共同组成 燃气输配系统主要包括 门站 或气源厂 储配站 或其它调配设施 过滤调压计量 若干级输气管网 分区分段控件阀件 调压设施 用户管网 用户计量 用气设备等 2 1 1门站 负责接收气源 包括煤制气厂 天然气 煤层气及有余气可供应用的工厂等 供城镇使用的燃气 进行计量 质量检测 按城镇供气的输配要求 控制并调节向城镇供应的燃气流量与压力 必要时还需对燃气进行净化 加臭 长输管道的末站和城镇接收门宜安排在城镇的外围 某天然气门站一角 3 1 2储配站作用 储存一定量的燃气以供用气高峰时调整 当上游输气设施发生故障或维修管道时 保证一定程度的供气 对使用的多种燃气进行混合 使其组分均匀 将燃气加压 或降压 以保证输配管网或用户燃具前燃气的压力 1 3输配管网是将储配站 包括门站 的燃气输送至各储气点 调压站及燃气用户 并保证输气安全可靠 管网布置应尽量靠近用户 以保证用最短的线路长度 达到同样的供气效果 4 1 4调压站是将输气管网的压力调压至下一级管网或用户所需的压力 并使调节后的燃气压力保持稳定 城镇燃气调压设施的布局 应根据管网布置及调压站的作用半径确定 1 5监控及数据采集系统即SCADA系统 该系统具有数据采集 生产调度自动化 营业收费自动化及决策支持等功能 1 6维护与管理中心主要负责燃气管网系统的日常运行 维护以及收费 一般燃气企业需要设置燃气维修所 维护与管理中心的布局 应满足其服务半径的需要 保障燃气输配系统正常运行 5 二 城市燃气管网系统 2 1分类按输气压力 燃气形状 用途及敷设方式等进行分类 1 根据输气压力分类 6 2 按管网形式分环状管网 枝状管网 环枝状管网3 根据用途分类 1 长输管线 用于城市间的输气 如 陕北 北京长输管道及西气东输管道 2 城市燃气管道 分配管 引入管 庭院或室内管 城市输气干管配气管道 接自输气干管 将燃气分配给用户的管道 分街区配气管和住宅庭院配气管 室内燃气管道 建筑物内部的燃气管道 室内燃气管道是通过引入管与庭院配气管相接 3 工业企业管道 引入管 厂区管 车间管 炉前管 7 4 根据敷设方式分类 1 地下燃气管道 2 架空燃气管道一般城镇燃气管道不允许架空 少数城镇庭院管 因地下敷设有难度时 才允许架空敷设 工厂区内部燃气管道通常架空敷设 以方便运行管理和检修 8 2 2城市燃气管网系统形式的选择 1 城市燃气输配系统的构成构成 1 不同压力等级的燃气管网 2 城市燃气分配站或压气站 调压站 储配站 3 监控与调度中心 维护管理中心原则 1 供气安全可靠 管理维修方便 2 经济效益好 投资省 运行管理费用低 3 站室 构筑物 设备宜采用标准化和系列化 4 能够分期建设 分期投产 9 2 城市燃气管网系统的分类 据系统所采用的压力级制一级系统 仅用低压管网来分配和供给燃气 只适用于小城镇 二级系统 由低压和中压两级管道组成三级系统 由低压 中压和高压三级管道组成多级系统 由低压 中压 次高压 高压 管道组成 10 3 采用不同压力级制的必要性经济性 高中压输气的可节约管网投资 用户需要 居民和公共建筑用低压 工业用高中压 安全性 老城区人口密度大 街道窄 宜用中低压 11 中压A 低压系统 气源 天然气长输管线末段储气 适用范围 对于街道宽阔 建筑物密度较小的大中城市均可采用 12 中压B 低压系统示例 气源 人工燃气低压储气罐储气 特点 供气范围比单级系统大 压力较低 一般适用于人口密集 街道狭窄的老城区 13 三级系统 天然气加压气化煤气高压储气罐储气 由高 中 低压三级管网级制构成 14 15 三 建筑燃气供应系统 主要是供应居民用户和商业用户 商业用户主要分两类 第一类用户是餐饮燃气用户 第二类是指使用燃气锅炉和燃气直燃型吸收式冷 温 水机组的用户 16 3 1建筑燃气供应系统的组成 由用户引入管 立管 水平干管 用户支管 燃气计量表 用具连接管和燃气用具组成如图 直接连接在城镇燃气的低压管道上 也有采用中压进户表前调压的系统 17 系统组成 用户引入管立管水平干管用户支管燃气计量表用具连接管燃气用具 18 1 引入管用户引入管是指从室外配气支管 庭院管 引向用户室内燃气总阀门 当无总阀门时 指室内地面1m高处 之间的管道 用户引入管与城市或庭院低压分配管道连接 在分支管处设阀门 输送湿燃气的引入管一般由地下引入室内 当采取防冻措施时也可由地上引入 输送湿燃气的引入管应有不小于0 01的坡度 坡向室外管道 在非采暖地区输送干燃气 且管径不大于75mm时 可由地上引入室内 19 引入管穿越基础或外墙 20 引入管沿外墙翻身引入 21 2 燃气立管立管是将燃气由水平干管 或引入管 分送到各层的管道 立管宜明装 立管一般敷设在厨房 走廊或楼梯间内 每一立管的顶端和底端设丝堵三通 作清洗用 其直径不小于25mm 当由地下室引入时 立管在第一层应设阀门 阀门应设于室内 对重要用户 应在室外另设阀门 室外燃气立管一般居民住宅燃气立管宜走户内 当立管上有进户支管时 宜先经过一段与墙面平行的水平管段过渡后再进入户内 建筑物外墙面的阴角 22 3 水平干管引入管连接多根立管时 应设水平干管 水平干管可沿楼梯间或辅助间的墙壁敷设 不宜穿过建筑物的沉降缝 不得暗设于地下土层或地面混凝土层内 管道经过的楼梯和房间应有良好的通风 4 套管立管通过各层楼板处应设套管 套管高出地面至少50mm 套管与立管之间的间隙用油麻填堵 沥青封口 立管在一幢建筑中一般不改变管径 直通上面各层 23 5 用户支管由立管引向各单独用户计量表及燃气用具的管道为用户支管 支管穿墙时也应有套管保护 室内燃气管道一般宜明装 当建筑物或工艺有特殊要求时 也可以采用暗装 但必须敷设在有人孔的闷顶或有活盖的墙槽内 以便安装和检修 暗装部分不宜有接头 室内燃气管与电气设备 相邻管道的间距不得小于规范的规定 24 室内燃气管道不应敷设在潮湿或有腐蚀性介质的房间内 当必须穿过该房间时 则应采取防腐措施 当室内燃气管道需要穿过卧室 浴室或地下室时 必须设置在套管中 室内燃气管道敷设在可能冻结的地方时 应采取防冻措施 用气设备与燃气管道可采用硬管连接或软管连接 当采用软管时 其长度不应超过2m 当使用液化石油气时 应选用耐油软管 25 室内燃气管道力求设在厨房内 穿过过道 厅 闭合间 的管段不宜设置阀门和活接头 进入建筑物内的燃气管道可采用镀锌钢管或普通焊接钢管 连接方式可以用法兰 也可以焊接或用螺纹连接 一般直径小于或等于50mm的管道均用螺纹连接 如果室内管道采用普通焊接钢管 安装前应先除锈 刷一道防腐漆 并在安装后再刷两道银粉或灰色防锈漆 26 室内燃气管道系统 27 室内燃气管道布置的其他要求 1 室内明设燃气管道与墙面净距 当管径小于DN25时 不宜小于30mm 当管径为DN25 40时 不宜小于50mm 当管径等于DN50时 不宜小于60mm 当管径大于DN50时 不宜小于90mm 28 2 沿墙 柱 楼板和加热设备构件上明设的燃气管道应采用管支架 管卡或吊卡固定 管支架 管卡 吊卡及固定件的安装不应妨碍管道的自由膨胀和收缩 3 保温 4 防腐措施 5 阀门设置 29 3 2燃气用气设备和用气场所 居民用气一般规定居民生活用气设备严禁设在卧室内使用燃气的房间或部位宜靠外墙设置住宅厨房内宜设置排气装置和燃气浓度检测报警器 30 居民住宅燃气用具的一般规定 1 居民生活用燃具在选用时 符合国家标准 燃气燃气器具安全技术条件 GB16914 燃具必须与当地的燃气类别和代号对应 气源适配性检测海拔高度超过600m进行海拔高度适应性检测 2 各类用气设备采用低压燃气设备 其燃烧器的额定压力见相关规范规定 5 燃具的安装符合国家标准 家用燃气燃烧器具安装及验收规程 GJJ12的规定 31 燃气灶具的设置自然通风和自然采光房间净高不得低于2 2m 低于2 2m时 限制是室内燃气灶眼数量 并通风 燃气灶具与墙面的净距不得低于100mm 灶台材料的要求燃气热水器的设置通风净高应大于2 4m给 排气筒 燃气采暖设置设集中采暖系统 分散采暖系统 符合下列要求 通风 防火隔热 熄火保护和排烟设施 32 3 3燃气表的选型与设置 1 燃气表燃气表是计量燃气用量的仪表 为了适应燃气本身的性质和城市用气量波动的特点 燃气表应具有耐腐蚀 不易受燃气中杂质影响 量程宽和精度高等特点 当使用人工煤气和天然气时 安装隔膜表的工作环境应高于0 当使用液化石油气时 应高于其露点5 以上 33 燃气表种类繁多 在居住与公共建筑内 最常用的是一种膜式燃气表 可计量人工燃气 天然气和液化石油气 钢壳膜式燃气表 34 为便于收费和管理 配有智能卡的燃气表已得到广泛应用 这种燃气表有一个方形的金属外壳 上部两侧有短管 左接进气管 右接出气管 燃气计量表适宜安装在下列位置 1 非燃烧结构的室内通风良好的地方 2 公共建筑和工业企业生产用气的计量装置宜设置在单独的房间内 3 燃气表的安装应满足抄表 检修 保养和安全使用的要求 当燃气表安装在燃气灶具的上方时 燃气表与燃气灶的水平净距不应小于0 3m 35 燃气计量表严禁安装在下列场所 1 卧室 浴室 卫生间及更衣室内 2 有电源 电器开关及其他电气设备的管道井内 或有可能滞留泄漏燃气的隐蔽场所 3 环境温度高于45 的地方 4 经常潮湿的地方 5 堆放易燃 易腐蚀或有放射性物质等危险的地方 6 有变 配 电等电气设备的地方 7 有明显振动影响的地方 8 高层建筑中避难层及安全疏散楼梯间内 36 3 4燃气的监控和防雷 防静电 1 燃气浓度检测报警器2 燃气紧急自动切断阀3 燃气管道和设备的防雷 防静电 1 进出建筑物的燃气管道的进出口处 室外的屋面管 立管 放散管 引入管及燃气设备均有可靠的防雷 防静电接地设施 2 防雷接地设计符合 建筑物防雷电设计规范 GB50057的规定 3 防静电接地设施符合 化工企业静电接地设计规程 HGJ28的规定 37 1 高层建筑的沉降问题 高层建筑自重大 沉降显著 容易在引入管处造成破坏 引入管处安装伸缩补偿接头以消除建筑物沉降的影响伸缩补偿接头种类 波纹管接头套筒接头软管接头 四 高层建筑燃气供应系统 8 20层 波纹管接头 38 2 高层建筑高程所引起的附加压头 燃气与空气的密度不同 因此燃气在管道内流动时 可引起附加压头 是燃气重力与所受浮力共同作用的结果 附加压头具有方向性 如果附加压头过大 可能会造成燃气前压力过高 超过它的正常工作范围 必须采用一定措施 消除附加压头 消除附加压头的措施 选择适当的燃气立管管径或在燃气立管上增加截流阀 在燃气立管上设置低 低调压器 消除楼层的附加压头 在立管上每各7 8层设一个调压器 较少采用 用户表前设置低 低压调压器 39 3 补偿温差产生的变形 补偿办法管道两端固定 中间安装吸收变形的挠性管或波纹管补偿装置 管道补偿量 0 012L t安装 t运行 高层建筑燃气立管管道长 自重大 需在立管底部设置支墩 40 41 五 燃气管道及附属设备 42 5 1管材及连接方式 一 管材1 钢管特点分类钢管选用原则当直径在150mm以下时 一般采用焊接钢管低压流体输送 大口径管道多采用螺旋焊接管 钢管壁厚应视埋设地点 土壤和交通荷载而加以选择 要求不小于3 5mm 如在街道红线内则不小于4 5mm 当管道穿越重要障碍物以及土壤腐蚀性甚强的地段 壁厚应不小于8mm 户内管的壁厚不小于2 75mm 43 2 铸铁管 灰铸铁管的抗拉强度 抗弯曲 抗冲击能力和焊接性能均不如钢管好 但由于其抗腐蚀性能良好 在城市的中 低压燃气管道中仍被广泛采用 随着球墨铸铁铸造技术的发展 铸铁管的机械性能大大增强了 从而提高了其安全性 降低了维护费用 国外铸铁管的直径为40 2600mm 长度为2 8m 输气压力最高达0 7一1 6MP 44 3 塑料管 塑料管具有耐腐蚀 质轻 流体流动阻力小 使用寿命长 施工简便 可盘卷 抗拉强度较大等一系列优点 国内外相继在天然气输配系统中使用中密度聚乙烯 PE 和尼龙 11等各种材质的塑料管 由于塑料管的刚性不如金属管 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憧易断裂 但易于及时发现并修复 塑料管的安装费要比钢管低 如施工DN100的管子 每米可节省施工费约7 施工DN50的管子每米可节省施工费约17 尼龙 11 45 4 其他管材 有时还使用有色金属管村 如铜管和铝管 由于铜管和铝管价格昂贵而不能广泛应用于燃气输配管道上 在室内管道上还可使用铝质软连接管和铝塑 钢塑复合管 在有些方面有更优于塑料管的特性 46 二 连接方法 钢管钢管的连接可以用螺纹 焊接和法兰进行连接 铸铁管灰铸铁管 球墨铸铁管 采用机械接口进行连接 塑料管聚乙烯管道常采用热熔连接 电熔连接 塑料管与金属管采用钢塑接头连接 其他管材 钢 铝管 铝质软连接管 铝塑 钢塑复合管 47 5 2燃气管材的选用 燃气工程管材的选用根据输送介质的种类 设计压力 设计温度 工作所处的环境 材料的价格及焊接性能等因素确定 各种管材的适用条件应与国家或行业现行标准或规程相适应 1 室外高压 次高压应采用石油天然气工业输送钢管 L175级钢管除外 和输送流体用无缝钢管 三级和四级地区高压燃气管道材料钢级不应低于L245 次高压燃气管道若采用钢质燃气管道 其直管段壁厚应计算确定 地下次高压B级燃气管道也可用钢号Q235B焊接钢管 燃气工程用聚乙烯管 PE100 SDR11 和钢塑复合管 48 2 室外中压 低压燃气管道宜采用聚乙烯管 机械接口球墨铸铁管 钢管和钢塑复合管 钢塑复合管还可分为钢丝网 焊接 骨架聚乙烯复合管和孔网钢带聚乙烯复合管 3 建筑燃气管道管材可选用钢管 铜管 不锈钢管 铝塑复合管及胶管 宜选用热镀锌钢管 需要防止不均匀沉降的部位宜采用金属软管 其他管材 在有限制条件下可采用 49 常用的管材有 防腐钢管 PE管 球墨铸铁管 灰口铸铁管 镀锌管 较多用于地上部分 少量应用的有 钢骨架PE管 铝塑复合管 仅能用于表后室内 埋地钢管常用的防腐材料有 PE 环氧煤 环氧煤沥青玻璃布 石油沥青玻璃布 并根据材质与厚度的不同 有普通级 加强级 特加强级之分 新建管网一般采用PE防腐钢管 PE管 镀锌管 老管网一般以铸铁管 钢管为主 对于同样的输气能力 当管径 DN250时 PE管的造价要低于其它管材的造价 有效期使用寿命也较高 50 5 3燃气管道的附属设备 一 阀门要求机械强度高 转动灵活 密封严密耐用 对输送介质的抗腐性强 零部件的通用性好 种类常用的有闸阀 旋塞 截止阀 球阀和蝶阀等 51 2 旋塞 特点是一种动作灵活的阀门 阀杆转90 即可达到启闭的要求 杂质沉积造成的影响比闸阀小 广泛用于燃气管道上 种类一种是利用阀芯尾部螺母的作用 使阀芯与阀体紧密接触 不致漏气 这种旋塞只允许用于低压管道上 称无填料旋塞 另一种称为填料旋塞 利用填料以密封旋塞阀体与阀芯之问的间隙而避免漏气 这种旋塞体积较大 但较安全可靠 52 3 截止阀 依靠阀瓣的升降以达到开阈和节流的口的 这类阀门使用方便 安全可靠 但阻力较大 4 球阀体积小 完全开启时的流通断面与管径相等 这种阀门动作灵活 阻力损失小5 蝶阀是关闭件 阀瓣绕阀体内固定轴旋转的阀门 一般作管道及设备的开启或关闭用 有的也可以作节流用 53 二 补偿器 作用消除管段胀缩对管道所产生的应力 常用于架空管道和需要进行蒸气吹扫的管道上 安装在阀门的下侧 按气流方向 利用其伸缩性能 方便阀门的拆卸和检修 种类在埋