重庆大学-燃气输配课程设计报告书

香隅天然气管道方案设计课程设计指导教师评定成绩表项目分值优秀(100x90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(x60)评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准学习态度15学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度技术水平与实际能力25设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题创新10有重大改进或独特见解，有一定实用价值有较大改进或新颖的见解，实用性尚可有一定改进或新的见解有一定见解观念陈旧论文(计算书、图纸)撰写质量50结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰指导教师评定成绩：指导教师签名： 年 月 日目录1绪论41.1设计内容和设计依据41.2城市规划概述及气源条件41.3基础设计资料汇编52燃气的物理化学性质的确定62.1混合气体的平均分子量62.2混合气体的运动粘度62.3混n合气体的平均密度（273.15K、101.325kPa）62.4混合气体的低热值62.5混合气体的临界参数72.6 混合气体的物理化学参数表73各类用户年用气量73.1供气原则及供气对象73.1.1. 供气对象73.1.2.供气原则83.2居民生活年用气量83.3公共建筑年用气量83.4工业用户年用气量93.5燃气汽车年用气量93.5未预见量93.6年用气量汇总94 各类用户用气工况94.1日用气工况及用气量计算94.2小时用气工况及用气量计算105 设计方案及管网布置115.1燃气管网系统选择和管网布线原则；115.2各类用户用气压力的确定；115.3设计方案及供气工艺流程；116 管网水力计算126.1各级管网压力及计算压力降的确定；126.2管道计算流量确定；136.2.1 管段途泻流量136.2.2 管段转输流量146.2.3 管段节点流量146.2.4 管段计算流量146.3管网水力计算156.3.1 管网水力计算步骤156.3.2 中压管网水力计算结果166.4主要工程量统计181绪论 1.1设计内容和设计依据（1）设计内容：重庆市香隅燃气远期规划与设计。（2）设计依据：香隅总体规划平面图1张； 参考资料 1.燃气输配中国建筑工业出版社 2.城镇燃气 设计规范（GB50028-2006） 3.燃气工程设计手册中国建筑工业出版社 4.燃气工程技术手册同济大学出版社（3）绘图：燃气管道平面布置图（2号图纸1张） 燃气管道水力计算图（2号图纸1张）1.2城市规划概述及气源条件（1）城市规划概况 1）城市规模1镇域总人口预测2010年4.20万人2020年5.50万人2城镇化水平预测近期2010年为30%，城镇人口将达到约1.26万人；远期2020年为55%，城镇人口将达到约3.00万人。3.镇域村镇体系规划范围是镇行政辖区，面积215平方公里。规划区范围为北至黄山村、合阜、花山村；东至镇区红岭河；南至香泉村；西至长江沿岸，规划区总面积30.57km2。 2）城市布局规划形成“一轴一核三组团”的空间发展结构一轴：即沿327省道形成建设发展廊道。一核：香口温泉保护性开发区。三组团：香隅中心镇区、化学工业园区、香口港区。3）管道走廊根据道路横断面布置图，并与各管线工种进行充分的工种协调，并经城市规划建设管理部门比准，燃气干管敷设在道路的东侧或北侧的车行道上，管道中心距离道路边线的距离为1.5m。（2）气源1）规划区内现状没有燃气输配系统。近期将有一条设计压力0.4Mpa的管输天然气供应本区，气源点位置在香隅北部。2）天然气容积成分，工业用气占居民生活总用气比例见下表。天然气容积成分表成分CH4C2H6C3H8C4H10CO2N2体积分数（%）96.121.831.130.620.20.11.3基础设计资料汇编（1）规划区内目前无气源，近期将有管输天然气供应本区，引入设计压力为0.35MPa，引入点位置分别为北边。（2）天然气容积成分见下表天然气容积成分表成分CH4C2H6C3H8C4H10CO2N2体积分数（%）96.121.831.130.620.20.1注:工业用气占居民生活总用气比例为30%（3）用气指标1）居民生活用气定额详见燃气工程技术手册，推荐参考指标（重庆）2720MJ/（人.年）。2）商业用气定额详见城镇燃气设计规范（GB50028-2006）公共建筑用气指标类别单位用气量指标职工食堂MJ/(人年)18842303饮食业MJ/(座年)79559211托儿所幼儿园全托MJ/(人年)18842512半托MJ/(人年)12561675医院MJ/(床位年)29314187旅 馆招待所有餐厅MJ/(床位年)33505024无餐厅MJ/(床位年)6701047高级宾馆MJ/(床位年)837410467理发MJ/(人次)3.34.19千人指标参照表公共建筑类别比例数食堂与餐饮10座/100人医院0.5床/100人宾馆、旅馆0.2床/100人学校16人/100人幼儿园、托儿所3人/100人理发12次/（人a）注：千人指标参考重庆市统计年鉴确定3）工业用气定额：按居民用气的30%进行估算（4）不均匀系数的选取月高峰系数取1.11.3；日高峰系数取1.051.2；小时用气工况见教材P40表2-1。2燃气的物理化学性质的确定2.1混合气体的平均分子量混合气体的平均分子量按下式计算M=yiMi=y1M1+y2M2+y3M3+ynMnM混合气体的平均分子量（kg/kmol）y1、y2yn混合气体中各组分的摩尔分数（气体的摩尔分数与体积分数数值相等）M1、M2Mn混合气体中各组分的分子量（kg/kmol）2.2混合气体的运动粘度 混合气体的动力粘度可以近似地按下式计算=gigii=g1+g2+gng11+g22+gnn 混合气体在0时的动力粘度（Pas）g1、g2gn混合气体中各组分的质量分数1、2n混合气体各组分在0时的动力粘度（Pas）混合气体的运动粘度为式（2-3） = 2.3混n合气体的平均密度（273.15K、101.325kPa）混合气体的平均密度按下式计算=yii=y11+y22+y33+ynn混合气体的平均密度（kg/m）y1、y2yn混合气体中各组分的摩尔分数（气体的摩尔分数与体积分数数值相等）1、2n标准状况下混合气体中各组分的密度（kg/Nm）2.4混合气体的低热值 按公式计算 式中 混合物气体的平均低热值各单一气体的容积成分（%）各单一气体的低热值2.5混合气体的临界参数按下式计算式中 混合气体的临界压力；混合气体的临界温度；各单一气体的临界压力；各单一气体的临界温度； y1yn各单一气体容积成分（%）2.6 混合气体的物理化学参数表根据上述公式计算得结果列入下表中。混合气体的物理化学参数表参数及单位数值分子量M16.901运动粘度v*10-6 (/s)11.64密度 （/Nm3）0.759低热值Ht (MJ/Nm3)37.51临界温度Tc (K)196.77临界压力Pc (MPa)4.643各类用户年用气量3.1供气原则及供气对象3.1.1. 供气对象按照用户的特点，城市燃气供气对象一般分为下列三个方面并考虑未预见量：(1)居民生活用气居民用户是城市供气的基本对象，也是必须保证连续稳定供气的用户。(2)商业及公共建筑用气公共建筑包括职工食堂、饮食业、幼儿园、托儿所、医院、旅馆、理发店、浴室、洗衣房、机房、学校和科研机关等，燃气主要用于炊事和生活用热水。对于学校和科研机关，燃气还用于实验室。(3)工业企业用气工业企业用气主要用于生产工艺。此外，城市燃气也可用作供暖、空调及汽车能源。3.1.2.供气原则(1)首先应供气给居民、公建用户，以居民生活用气为优先(2)优先满足城镇居民炊事和生活用热水用气。尽量满足托幼、医院、学校、旅社、食堂和科研等公共建筑的用气。人工煤气一般不供应采暖锅炉用气。如天然气量充足，可发展燃气供暖和空调。(3)应优先供应在工艺上使用燃气后，可使产品产量及质量有很大提高的企业(4)使用燃气后能显著减轻大气污染的工业企业。作为缓冲用户的工业企业。其他用户只有在技术经济论证之后，合理才能使用(5)工业与民用供气的比例 城市燃气在气量分配时应兼顾工业与民用。在发展城市燃气的初期，由于民用用户发展较慢，在一定时期内，工业用气比例往往较大。但随着民用用户的逐步发展，民用供气的比例就会逐渐提高。在正常情况下，工业与民用的供气量应有一定的比例。这个比例的确定既要从城市燃气供应和需求的具体情况出发，也要考虑发展一定数量的工业用户。因为工业企业具有用气比较均匀的特点，所以工业企业用气量在城市用气量中占有一定的比例将有利于平衡城市燃气使用的不均匀性，减少燃气储存容量。此外，为了平衡城市燃气供应的季节不均匀性及调节日高峰负荷，可发展一定数量的工业用户作为缓冲用户。3.2居民生活年用气量Qa=NkqHlQa居民生活用气量（Nm/a）N居民人口数（人）k气化率（%）q居民生活用气额定（kJ/人a）Hl燃气低热值（kJ/Nm）其中，N 取30000人，q取 kJ/人a，k取100%， Hl为37510 kJ/Nm计算得Qa=217.54万m3/a。3.3公共建筑年用气量 式中： 小型公共建筑年用气量（万Nm3）人口数(远期为3万人)气化率（远期取90%）千人指标数（床（座）位/千人）居民用气量指标（)燃气低热值3.4工业用户年用气量根据工业用气量占居民及公共建筑用气量总和30%的方法计算3.5燃气汽车年用气量Qa=NLqHlQa燃气汽车用户年用气量（Nm/a）L各类汽车万人指标（辆/万人）N居民人口数（万人）q各类汽车用户用气额定（kJ/辆a）Hl燃气低热值（kJ/Nm）3.5未预见量未预见量按总用量的5%计算。3.6年用气量汇总远期各类用户年用气量平衡表（万m3/a）用户类别居民商业工业燃气汽车未预见量合计小计97491234.331062.7410903.36177.123542.45比例27.52%6.61%30%30.86%5%100% 注：城市气化率远期为100%4 各类用户用气工况4.1日用气工况及用气量计算采用不均匀系数法计算。日用气量计算公式为 式中：某类用户的月用气量（万m3）该类用户的年用气量（万m3）月不均匀系数日不均匀系数结果如下远期各类用户日用气量平衡表（m3/d）用户类别居民商业工业燃气汽车未预见合计小计3846292454542145421698816062比列（%）28.36.833.426.45.11004.2小时用气工况及用气量计算小时计算流量计算公式为 式中：某类用户的月用气量（万m3）该类用户的年用气量（万m3）月不均匀系数日不均匀系数小时不均匀系数居民和公共建筑小时最大用气量发生在10-11时，此时小时高峰系数为2.7。工业企业小时最大用气量发生在17-18时，其小时高峰系数为1.33结果如下远期各类用户小时计算流量表（m3/h）序号用户类别小时计算流量高峰时段1居民 480810-112商业115610-113工业236617-184燃气汽车22475未预见8736合计114495 设计方案及管网布置5.1燃气管网系统选择和管网布线原则；（1）燃气管网系统选择对于本次管网系统选择，宜选用中压管网系统进行输气，从经济性，实用性角度出发宜选用钢管。起源站设于城市北边，符合常年风向最小的条件，既方便本县用气又可以为邻县供。（2）管网布线原则城市里的燃气管道均采用地下敷设。所谓城市燃气管道的布线，是指城市管网系统在原则上选定之后，决定个管段的具体位置。地下燃气管道宜沿城市道路、人行便道敷设，或敷设在绿化地带内。在决定城市中不同压力燃气管道的布线问题时，必须考虑到下列基本情况：管道中燃气的压力街道及其他地下管道的密集程度与布置情况接到交通量和路面结构情况，以及运输干线的分布情况所属送燃气的含湿量，必要的管道坡度，接到地形变化情况与该管道相连结的用户数量及用气情况，该管道是主要管道还是次要管道线路上所遇到的障碍物情况土壤性质、腐蚀性能和冰冻线深度该管道在施工、运行和万一发生故障时，对交通和人民生活的影响在布线时，要决定燃气管道沿城市街道的平面与纵断面位置。由于输配系统各级管网的输气压力不同，其设施和防火安全的要求也不同，而且各自的功能也有所区别，故应按各自的特点进行布置。5.2各类用户用气压力的确定；居民及商业用户：低压（一般额定压力为2000Pa）工业用户：0.08 MPa（中压或低压）调压箱（柜）：0.05 MPa5.3设计方案及供气工艺流程；一般来说，城市供气压力较高，输配管网的管径较小，投资越少。但是，供气压力受安全距离的限制。城镇燃气设计规范（GB50028-2006），对城镇燃气输送压力进行分级，如下表：城镇燃气设计压力（表压）分级名称压力（ Mpa ） 高压燃气管道 A 2.5P4.0 B 1.6P2.5 次高压燃气管道 A 0.8P1.6 B 0.4P0.8 中压燃气管道 A 0.2P0.4 B 0.01P0.2 低压燃气管道 P0.01 管网压力级制采用中压一级系统。供气方式采用中压配气、楼栋调压、低压进户的供气方式。中压A环网中压A庭院管网楼栋调压箱调压柜或楼栋调压箱商业及公共建筑用户居民用户）调压柜或专用调压室工业用户6 管网水力计算6.1各级管网压力及计算压力降的确定；该县城采用中压A环网配气，中压干管计算压力降选择：起点0.35MPa；末端最低压力0.20MPa。考虑60%70%的压降利用系数，计算压力降可以达到105KPa。起点处附加一个标准大气压即绝对压力为0.45MPa。首先依据管网布置图将整个县城的燃气用户占地面积算出，标出节点，然后利用比例法将每个环所供的用户的总需气量算出，进而算出管段流量，节点流量，最后从供气起点一直到供气零点算出每个节点的压力值，算出管段计算压力降及压降利用系数。6.2管道计算流量确定；燃气管道均采用地下敷设。所谓城市燃气管道的布线，是指城市管网系统在原则上选定后，决定各管段的位置。6.2.1 管段途泻流量途泻流量的计算公式式中 管段途泄流量（Nm3/h）；单位长度途泄流量（Nm3 /(mh)；管段长度（m)；单位长度途泻流量的值该管段所在的所有的环上的单位长度途泻流量之和。环内支管的长度计算在环总长度上，小时计算流量值采用环内面积比例法算得，即： 式中 环内小时计算流量（Nm3/h）；环内供气面积（m2)；环内环外的各区域供气面积；供气总的小时计算流量（Nm3/h）；其中，环外支管的流量计算与环内相似。小时计算流量工业区与居民、公共建筑区分开计算，未预见用气量按二者的比例折算到工业用气量与居民、公共建筑用气量之中。计算流量按照远期的用气量进行。各环的单位长度途泄流量环号面积(km)居民用气量(Nm/h)商业用气量（Nm/h）工业用气量（Nm/h）本环供气量（Nm/h）环周长（m）沿环周边的单位长度途泄流量（Nm/（mh）一163026548675161190.1228二1171032100149128157300.2236三183828230383144178270.1841四205209136073252489810.2810五15977665403124461280.20306.2.2 管段转输流量初步计算时，转输流量按照上游管段平均分摊下游管段的途泻流量与转输流量之和的原则进行计算。从最末端开始依次计算到始端，支管末端的转输流量为0。6.2.3 管段节点流量管网流向确定之后，个节点的流量计算根据节点所在管段的途泻流量确定。计算公式如下：（管段始端为i、终端为j） 式中从i节点到j节点管段途泻流量，Nm3/h；、节点流量，（Nm3/h）；6.2.4 管段计算流量管段计算流量的计算公式为： 式中管段途泻流量，Nm3/h管段转输流量，Nm3/h各管段的计算流量环号管段途泄流量(Nm/h)0.55*途泄流量(Nm/h)转输流量(Nm/h)计算流量(Nm/h)环一173952174890510715534294315134457633718545764265241133457589环二12247136223323682121427807823620341147118121553429431513445510309170214423144336720214711673环三76337185457642610801440112553784852673611387889 上82745504559102251240124环四6524113345758954309170214423144336720214711673610801440112553411306169016931016138871121000环五89 上827455045589 下 156786208626.3管网水力计算6.3.1 管网水力计算步骤1） 绘制管网系统平面示意图，对节点、管段、环网进行编号，标明管道长度、门站位置。2） 计算出管网各管段的途泄流量。3） 按气流沿最短路径从供气点流向零点的原则，确定环网各管段中的燃气流向。气流方向总是远离供气点，而不应逆向流动。本次设计初步选择一个零点。4） 从零点开始，逐一计算个管段转输流量，求出各管段计算流量。5） 根据管网允许的压力降以及供气点（门站）至零点的管段计算长度，求取单位长度允许压力降，进而预选管径。计算中局部阻力损失取为沿程阻力损失的10%。6） 根据中压燃气管道摩擦阻力损失计算公式，求出单位长度压力降，以及每个环的闭合差。 单位长度压力降的计算公式如下： 式中管道内表面当量粗糙度，此次采用塑料管，取值为0.01mm 起点压力与终点压力的平方差，燃气管道起点压力，KPa燃气管道终点压力，KPa燃气管道计算长度，m燃气管道计算流量，Nm3/h；燃气管道内径，mm。中压管网压力降闭合差的计算公式为：式中环网内各管段起点压力与终点压力的平方差，环网内各管段起点压力与终点压力的平方差的绝对值，工程计算精度要求值，一般取10%。7）管网平差计算，求出每个环的校正流量，使所有封闭环的网压力降的代数和等于0或接近于0，使闭合差达到工程要求。环网校正流量的计算公式:式中环网内各管段起点压力与终点压力的平方差，环网内各管段计算流量，Nm3/h；邻环校正流量第一个近似值，Nm3/h；与该邻环公用管段的值。当一次校正后闭合差还不满足要求时，进行二次校正，直至闭合差满足工程要求。6.3.2 中压管网水力计算结果中压环状管网水力计算表1环号管段号长度（m）管段流量（Nm/h）管径（mm）单位压力降（kpa/km)管段压力降（kpa)p/Q172880.35106.9250.05991.617257.63.4761098.3641.9100.011718.212870.120.065597.9589.3100.09908.95924.610.1151542.93444.8200.08783.413551.93.9 49604.237.4 不平衡率21.5 121104.02368.5150.018703.220648.38.7231744.31811.7150.011023.019227.510.643727.31672.8150.09421.36852.14.1510611.62314.1150.017864.010925.64.7151542.93444.8200.08783.413551.93.971205.432.1不平衡率12.0 761098.3641.9100.011718.212870.120.06101721.4552.7100.08739.215043.727.2910387.7123.5100.0489.6189.81.589 上2137.1455.1100.05978.012775.728.1782482.93877.7200.011093.827544.87.168424.184.0不平衡率17.9 65597.9589.3100.09908.95924.610.154611.62314.1150.017864.010925.64.743727.31672.8150.09421.36852.14.13104232.7999.7150.03436.614545.914.66101721.4552.7100.08739.215043.727.253291.960.6不平衡率21.3 89 上2137.1455.1100.05978.012775.728.189 下3991.1862.0150.02575.310278.411.923054.140.0不平衡率10.8经3次校正后得到如下结果中压环状管网水力计算表2环号管段号长度（m）管段流量（Nm/h）管径（mm）单位压力降（kpa/km)管段压力降