某小区燃气管网系统设计

1、某小区燃气管网系统设计某小区燃气管网系统设计专业班级：学生姓名：学生学号：指导老师：目 录1.设计条件41.1工程概况41.2燃气供应对象41.3接入点位置5 1.4燃气的设计参数及计算公式6 1.5用户灶具配备 82.设计计算8 2.1用户用气量确定 8 2.2小区管道设计8 2.3 调压设备选择14 2.4水力计算16 2.5确定允许压力降21 2.6校核22 2.7 举例对管段进行水力计算并核算小区管段总压降223.管道附属设备29 3.1阀门29 3.2排水器29 3.3放散管30 3.4 护罩30 3.5阀门井31 3.6金属示踪线和警示带314.设计图纸315.参考文献321.设计

2、条件：1.1工程概况 本设计为某小区燃气管网系统设计。该小区位于华东某平原区域，属亚热带南缘季风气候区，冬夏长，春秋短，温暖潮湿，雨量充沛，年平均气温16度，极限冻土深度0.3m。接入点市政燃气管网的压力等级为中压，设计压力均为0.2MPa，小区内末端压力0.15MPa，低压管网设计压力为0.01MPa，煤气表前压力3000Pa。管道坡度3；1.2燃气供应对象该小区为一新建社区，小区内地势平坦，本设计的范围仅包括小区平面图中虚线划定区域内的1#6#楼房，共6栋，各栋楼房居民户数分配方案如表1.1所示。居民户数分配表 表1.1方案1#楼2#楼3#楼4#楼5#楼6#楼合计H222241820302

3、41381.3接入点位置该小区燃气管网的市政批准接入点位置为B方案，详见小区平面图。 图1.11.4燃气的设计参数及计算公式该小区所引用的燃气为石油伴生气R2，其化学成分详见表1.2。燃气化学成分表 表1.2燃气CH4C3H8C4H10CmHnCO2O2N2R281.76.24.84.90.30.21.9天然气基本参数计算公式（1）燃气的平均密度【1】式中：混合气体的平均密度，kg/m3;：燃气中各单一气体的容积比，%；：标准状态下燃气中各单一气体的密度，kg/m3。（2） 燃气的相对密度【1】 式中： 混合气体的相对密度，空气为1；： 混合气体的平均密度，kg/m3；1.293：标准状态下空

4、气的密度，kg/m3。(3) 动力黏度【1】 式中：混合气体的动力粘度，：混合气体各组分的质量成分，%；：混合气体各组分的动力粘度，。(4) 运动粘度【1】 (5) 式中：流体的运动粘度，m2/s；：相应流体的动力粘度，；：流体的密度，kg/m3。（5） 燃气的低发热值该燃气为石油伴生气，查的石油伴生气的低发热值为45470。【2】本设计中CmHn使用燃气的性质，得到石油伴生气的燃气的性质。 成分参数 (kg/m3)0.71742.01022.7033.45371.97711.42911.2504y(%)81.76.24.84.90.30.21.9（%）57.2 11.9 12.2 15.4

5、0.6 0.3 2.3 105()1.060.7650.6970.6481.431.981.7表1.3燃气性质表流体密度 （kg/m3）=1.0423 燃气相对密度 s=0.8061流体动力粘度105()=1.128 流体运动粘度105（m2/s）=1.082 1.5用户灶具配备各户居民均选用海尔公司产YZ12T-2 型双眼灶具，不考虑其他燃气具，燃气额定热负荷：4.1kW，R2燃料灶前额定燃气压力要求2000Pa。2. 设计计算2.1用户用气量确定各户居民均选用海尔公司产YZ12T-2 型双眼灶具，不考虑其他燃气具，燃气额定热负荷：4.1kW；灶前额定燃气压力要求： R2燃料2000Pa。式

6、中：-灶具额定用气流量（）-为本设计所用天燃气的低热值（）计算得： 2.2 小区管道设计2.2.1 小区管道选材城市室外煤气管道管材，按输气压力要求，考虑到管壁耐压强度，低压和中压管道一般采用铸铁管，次高压或高压管道宜采用钢管。【3】我国燃气管道按燃气设计压力P(MPa)分为七级。燃气设计压力分级表名称压力(MPa)高压燃气管道A2.5P4.0B1.6P2.5次高压燃气管道A0.8P1.6B0.4P0.8中压燃气管道A0.2P0.4B0.01P0.2低压燃气管道P0.01用于输送燃气的管道材料有钢、铸铁管、塑料管和复合管等，一般应根据燃气的性质、系统压力、施工要求以及材料供应情况等来选用，并满

7、足机械强度、抗腐蚀、抗震及气密性等各项基本要求。其中钢管具有强度高、韧性好、抗冲击性和严密性好，焊接加工方便等优点，但耐腐蚀性能较差，使用寿命约为30年；铸铁管塑性好，钻孔、切割方便，耐腐蚀，使用寿命可达60年左右；塑料管是近年来发展快、用途广的一种管材，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、抗拉强度大以及官网运行管理容易费用低廉等一系列优点，但其刚性比钢管低，经剧烈碰撞容易断裂。【1】由于本设计小区位于华东某平原区域，属亚热带南缘季风气候区，冬夏长，春秋短，温暖潮湿，雨量充沛，年平均气温16度，极限冻土深度0.3m。并且由于小区内输气管道一般埋设于土壤中，易受腐蚀，

8、小区内使用环境决定管道不易受到碰撞，并且由工程概况看出小区使用中低压管网，故综合应选择塑料管。塑料管按原材料的不同可分为聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丁烯，ABS管等，适用于输送燃气的塑料管主要是聚乙烯（Polyethylene简称PE管）管。【1】聚乙烯燃气管道分为SDR11和SDR17.6两个系列。SDR为公称外径与壁厚之比。SDR11系列宜用于输送人工煤气、天然气、气态液化石油气；SDR17.6系列宜用于输送天然气。由于本工程输送石油伴生气，考虑到今后有可能更换燃气种类。所以选用SDR11系列的聚乙烯燃气管材。由于接入点市政燃气管网的压力等级均为中压，设计压力均为0.2MPa。PE80为4

9、.0MPa;PE 100为5.0 MPa。本设计中选用PE80级别的混配料。管道连接方式分为电热熔链接和热熔对接链接，本设计采用电热熔链接。2.2.2 燃气管网布线小区内无河流或厂区，故采用地下敷设，地下燃气管道宜沿城镇道路敷设，一般敷设在人行便道或绿化带内。【1】本设计为六栋居民楼供应燃气，由小区平面图可以确认管线采用枝状布置。（一）布线原则应考虑：（1） 管道中燃气的压力；（2） 街道地下其他管网的密集程度与布置情况；（3） 接到交通量和路面结构情况，以及运输干线的分布情况；（4） 所输送燃气的含湿量，输送是燃气要考虑必要的管道坡度，而输送干燃气则不用考虑管道坡度；（5） 与该管道相连接的

10、用户数量及用气量情况，该管道是主要管道还是次要管道；（6） 线路上所遇到的障碍物情况；（7） 土壤性质、腐蚀性能和冰冻线深度；（8） 该管道在施工、运行和发生故障时，对城镇交通和人民生活的影响。（2） 低压管网的燃气布置低压管网的主要功能是直接向各类用户配气，低压管网的布置一般应考虑：（1） 燃气管网的输气压力低，沿程压力降的允许值也较低，故低压管网成环时变长一般应控制在300600m之间。（2） 为保证和提高抵押管网的供气可靠性，给低压管网供气的相邻调压站之间的管道应成环布置。（3） 有条件时低压管网应尽可能布置在街坊内兼作庭院管道，以节省投资。（4） 低压管道应按规划道路布线，并应与道路轴

11、线或建筑物的前沿相平行，尽可能避免在高级路面下敷设。（5） 低压管道仅在调压室出口设置阀门，其余一般不设阀门。为了保证在施工和检修时互不影响，也为了避免由于泄漏出的燃气影响相邻管道的正常运行，甚至逸入建筑物内，地下燃气管道与建筑物、构筑物以及其他各种管道之间应保持必要水平净距。见下表。【1】地下燃气管道与建筑物，构筑物或相邻管道之间的水平净距表（m）项目地下燃气管道低压中压B中压A次高压B次高压A建筑物的基础外墙面0.71.01.54.56.5给水管0.50.50.51.01.5污水、雨水排水管1.01.21.21.52.0电力电缆直埋在导管内0.51.00.51.00.51.01.01.01

12、.51.5通讯电缆直埋在导管内0.51.00.51.00.51.01.01.01.51.5燃气管道DN300mmDN300mm0.40.50.40.50.40.50.40.50.40.5热力管直埋热水蒸汽1.01.01.02.01.02.01.02.01.53.0在管沟内1.01.01.51.52.0电杆基础35kV35kV1.02.01.02.01.02.01.05.01.05.0通讯照明电杆1.01.01.01.01.5铁路路堤坡脚5.05.05.05.05.0有轨电车钢轨2.02.02.02.02.0街树0.750.750.751.21.2在本设计中，地下管道与各楼水平净距均保持3m。其

13、他应遵从低压管线的布线原则。管线绘制：1.标明管线平面位置。2.对各计算接点进行编号，对于有管道计算流量、管径、气流方向改变或变化的位置均应编上接点号。3.对于管道附件，如图中的凝水缸均应给出地坪及埋地的标高。4.图上应标示出气流方向,坡度方向。5.图中应标示出与本设计有关的建（构）筑物名称，如调压站、阀门井等。（三）纵断面管道布置地下燃气管道与构筑物和相邻管道之间的垂直净距（m）也有一定要求（详见参考文献【1】表4-3）。因为为新建小区，未给出其他管线布置则本设计暂时先不考虑与其他管线的间距问题，但会给其他管线布置留下适当空间。要求【1】：1.埋设在车行道下时，不得小于0.9m；2.埋设在非

14、车行道（含人行道）下时，不得小于0.6m；3.埋设在庭院（指绿化地及货载汽车不能进入之地）内时，不得小于0.3m；4.埋设在水田下时，不得小于0.8m。在本设计中，考虑到现在小区内车辆的普及率，埋地深度都在0.9m及以上。由于地下燃气管道中不可避免有冷凝水或轻质油，为了排除液体，须在管道低处设置排水器，相邻排水器之间距离一般不大于500m，管道应有不小于0.003的坡度，本设计取用0.005。布线时应尽量使管道坡度与地面坡度方向一致，以减少土方量。本设计地面坡度未给出，则取坡度为0。绘制【2】：1.管道路面的地形标高；2.管道平面布置示意图；3.燃气管道走势及埋深；4.相邻管线、穿越管线及穿越

15、障碍物的端面位置；5.管道附件的安装深度；6.输气管道的坡向及坡度；7.图面中管道高程和长度方向应该采取不同的比例。2.3调压设备选择小区接入点市政燃气管网的压力等级为中压，设计压力均为0.2MPa，小区内末端压力0.15MPa，低压管网设计压力为0.01MPa。即在接入点与小区管网之间应设置调压装置。可选择的调压装置为调压箱、调压柜和调压室。本小区共有六栋居民楼需要供应燃气，若设置调压箱或调压柜则需在每栋楼前各悬挂（或安装在架上）一调压箱或调压柜，并且由接入点到各调压箱（柜）之间为中压管道，综合考虑经济性，本设计采用调压室调压。【1】本设计采用用户调压室（通常与中压管网或低压管网的管线相连接

16、直接供应居民用户用气）【4】2.3.1调压室选择调压室可建成地上或地下调压室，为通风安全考虑，现在多采用地上调压室，但因为地上调压室选址比较困难，调压室应尽量避开城市繁华地段及主要道路、密集的居民楼、重要建筑物及公共运动场所，距明火或散发火花的地点不得小于30m。【4】由于本设计小区平面图上所示，若设计地上调压室不满足安全距离，故采用地下调压室。调压室入口燃气压力级制为中压，根据燃气工程技术手册要求地下独立燃气调压室距建筑物或构筑物距离要求为5m，距重要公共建筑物距离为25m，距铁路或电车距离10m。【4】由小区平面图上所示，B接入口附近3#号和5#号楼间距离为26459mm，若将调压室设置在

17、通道中间则可以满足5m的安全距离。2.3.2调压室的组成调压室在城市燃气输配系统中的主要作用是调节和稳定系统压力。并可用于控制输配系统燃气流量，并保护系统以免出口压力过低或超低。【4】调压室通常由调压器、阀门、过滤器、安全装置、旁通管以及测量仪器等组成。（1） 旁通管作用凡不能间断供气的调压室均应设置旁通管，以保证调压器维修时继续供气。燃气通过旁通管供给用户时，管网的压力和流量由手动调节旁通管上的阀门来控制。（2） 测量仪器调压室的测量仪器主要是压力表。有些用户调压室和专用调压室往往还安装流量计。通常调压室入口处安装指示式压力计，调压器出口处安装记录式压力计，可自动记录调压器的出口瞬间压力，以

18、便监视调压器的工作状况。调压室可分为单通道调压室和并联通道调压室两种，本设计采用单通道调压室。单通道调压室的工作流程图【4】 1、 绝缘法兰 2、入口阀门 3、过滤器 4、带安全阀的调压器5、 出口阀门 6、流量计 7、旁通阀2.4水力计算2.4.1流量计算城市燃气输配系统的管径及设备通过能力应按燃气计算月的小时最大流量进行计算【1】。小时计算流量的确定，关系着燃气输配的经济性和可靠性。若小时计算流量定得偏高，将会增加输配系统的金属用量等基础设备费用，而若定得偏低，又会影响用户的正常用气量。确定燃气小时计算流量的方法有两种，不均匀系数法和同时工作系数法。由于居民住宅使用燃气的数量和使用时间变化

19、较大，故庭院燃气管道的计算流量一般按燃气用具的额定耗气量和同时工作系数来确定。用同时工作系数法求管道计算流量的公式如下【1】：式中：:燃气管道的小时计算流量（）；:不同类型用户的同时工作系数，取1；：相同燃具或相同组合燃具的同时工作系数；:相同燃具或相同组合燃具的额定流量（）；:相同燃具或相同组合燃具数。根据文献【1】表3-5可查得居民生活用燃具的同时工作系数k。根据计算流量预选管径并计算阻力损失2.4.2预选管径预选管径可通过平均压降法或经济流速法来确定。但是由于本设计的庭院管段流量变化频繁，不适合采用平均压降法；本设计中天然气按照6m/s的经济流速预选管径【2】。公式如下：式中：:管段的计

20、算流量（）；:管道内径()；:经济流速()。根据预选管径从表2.3中确定管道内径。表2.3（埋地用聚乙烯PE直管尺寸表）内径(mm)最小壁厚(mm)公称外径(mm)9.03.01514.03.02019.03.02526.03.03232.63.74040.84.65051.45.86361.46.8752.4.3确定实际流速根据计算流量以及预选管道的内径，确定实际流速。公式如下：式中：:实际流速()；:庭院及室内燃气管道的计算流量（）；:管道内径()。2.4.4确定摩擦阻力系数及单位管长摩擦阻力损失由于燃气处于各种流态时，需要选用不同的阻力计算公式。流态是通过雷诺数来判别的。雷诺数的计算公式

21、如下：式中:雷诺数；:管道内径()；:实际流速()；:运动粘度(/s)。根据各管段燃气的雷诺数判别流态，选用不同的摩擦阻力系数及单位管长的摩擦阻力计算公式。不同流态的计算公式如下：【1】附录2当3500时为紊流 ；当时为临界状态 ；式中：:燃气管道摩擦阻力损失(Pa)；:燃气管道的摩阻系数；:燃气管道的计算长度(m)；:燃气管道的计算流量（Nm3/h）；:管道内径(mm)；:1/m；:运动粘度(/s)；:管壁内表面的当量绝对粗糙度(mm)。PE管一般取=0.01mm【1】；:雷诺数；:实际的燃气温度，本设计取当地年平均气温16度；:273K。2.4.5单位管长摩擦阻力损失的密度修正密度修正：在

22、上述单位管长摩擦阻力损失的公式中，密度为1kg/m3在输送天然气时，只需在上述阻力损失的基础上乘以天然气的密度数值。2.4.6确定管段计算长度【1】管段的计算长度由两部分组成：一.实际管段长度；二.当量长度。:实际管段长度:当量长度当量长度的计算公式如下【1】：式中：:当量长度（m）；:计算管段中局部阻力系数的总和。可以通过查文献【1】中表6-1查取；:管道内径(mm)；:燃气管道的摩阻系数。2.4.7管段阻力损失计算管段的总压力损失值即为管段的计算长度与经过密度修正的单位长度管道阻力损失之积。管段的累计阻力损失计算该值即为本管段的阻力损失与前面已经计算过的管段的阻力损失累计值。至此，管道阻力

23、损失计算完毕。2.5确定允许压力降根据设计资料及文献【1】中计算公式：式中 ：从调压站到最远燃具的管道允许阻力损失(Pa) ：低压燃具的额定压力(Pa)计算得：根据文献【5】中表7-3可知多层建筑室内允许压力降为350Pa，由此可以确定庭院燃气管道允许压力降为1300Pa。根据文献【2】中表5-10可知压力波动范围则：，2.6校核第一次预选的管径计算出的压力降过高为3222.86Pa，大于2300Pa。没有通过校核，则对管道适当的扩大管径，最终得出的管径符合要求。最大压损为1786.44Pa，最小压损为1174.76Pa，通过校核。对于天然气的多层建筑室内燃气管道允许阻力损失为350Pa，燃具

24、额定压力为2000Pa，庭院管道压力损失在1211.52.76Pa 和1786.44Pa之间。则调压室出口压力在3813.1Pa和4357.26Pa之间。2.7 举例对管段进行水力计算并核算小区管段总压降下面以某管段为例，对其进行流量计算以及水力计算。(1) 初步画出庭院管道水力计算图（附图1），标出所需参数。(2) 先将附表1中的参数加以说明：N 使用双眼灶的用户数；K 使用双眼灶的用户同时使用系数；Qn 双眼灶的额定流量（Nm3/h）；Qh 使用双眼灶的用户的计算流量（Nm3/h）；d 管道内径(mm)；dn 公称直径(mm)；L1 管段长度m；v 实际流速(m/s)； 运动粘度(/s)；

25、Re 雷诺数； 燃气管道的摩阻系数；计算管段中局部阻力系数的总和。可以通过查文献【1】中表6-1查取；l2 单位的当量长度m；L2当量长度m；L 计算长度m； 燃气的温度；单位管长的摩擦阻力损失； 燃气管道摩擦阻力损失(Pa)； 累计燃气管道摩擦阻力损失(Pa)；(3) 以附表1中1-2-3管段为例，按照Excel表格中各项的计算顺序说明表格中含有的程序、公式。a.流量计算b.流速确定根据流量以及预选管径所对应得内径确定实际流速，预选管径时经济流速定为5m/s。29.53mm查表选用外径dn40的管径，以下公式中的d均以对应于外径40mm的内径32.6mm计算。管段1-2-3，实际流速为：4.

26、92m/sc. 单位管长摩擦阻力损失计算根据管段计算流量、实际流速以及运动粘度，得出雷诺数并判别流态从而选择对应的公式进行计算得出单位摩擦阻力损失并进行密度修正。管段1-2-3，雷诺数为：18863.6的计算需要选用公式，该过程由下列语句来实现：如果(Re3500, , )如果Re值如果小于2100，就用这一公式；如果不是小于2100，并且如果大于3500，则套用公式，如果既不小于2100，且不大于3500，即大于2100小于3500时，套用公式。因为雷诺数为18863.6，大于3500，采用与紊流相对应的公式：0.035和的计算过程一样，需要根据雷诺数来判断流态从而选定公式。所用语句为：(R

27、e3500，)因为雷诺数为18863.6，大于3500，采用与紊流相对应的公式：17.86Pa/m密度修正后单位管长摩擦阻力损失为：Pa/m燃气管道的管段计算长度确定13.5m 式中： 计算管段中局部阻力系数的总和，在管段1-2-3中，局部阻力明细见表2.4表2.4（管段1-2-3局部阻力明细表）名称数量局部阻力系数截止阀1690直角弯头（dn40）11.6累计局部阻力损失： 7.6d.计算长度确定管段1-2-3的计算长度：LL1L2=22.51me压力损失计算管段1-2-3的总压力损失及1-18的累计压力损失：L419.06Pa：管段从节点1开始到节点17为止的管段累计阻力损失为：3222.

28、86Pa，见附表1。f校核经过校核不通过，则管道系统再次选择管径进行水力计算，程序重复。最后确定1-2-3管段管径为dn50累计管段总压力损失为1786.44Pa，见附表2。通过校核，则确定管径。至此，管段1-2-3的水力计算完成。其余管段均按照以上步骤完成。管道的局部阻力损失表表2.5(局部阻力损失表)管段附件名称局部阻力系数数量累计局部阻力系数1-2-3截止阀90直角弯头5.011.116.13-4-5-6三通分流变径管90直角弯头1.510.3511.825.456-7三通分流变径管截止阀1.510.3516.017.856-8-9三通分流变径管90直角弯头截止阀1.510.3512.0

29、16.019.853-10三通分流变径管1.510.3511.8510-11三通直流变径管截止阀1.510.3517.018.8510-12三通分流变径管1.510.3511.8512-13三通分流变径管截止阀1.510.3547.018.8512-14三通分流变径管1.510.3511.8514-15三通分流变径管截止阀1.510.3516.017.8514-16-17三通分流变径管90直角弯头截止阀1.510.3512.016.018.85(4) 庭院管道水力计算结果详见附表2。(5) 从调压站到管道水力最远点阻力损失即为从节点1到节点17之间管段的阻力损失，经过修正管径，最终累加结果为1

30、786.44Pa.。该值在800Pa和2300Pa之间。（管道允许的压力损失）。3.管道附属设备3.1阀门根据参考文献【1】中给出，低压管道仅在调压室出口设置阀门，其余一般不设阀门。本设计在调压室出口沿管线10m外设置一阀门【6】，附带配置一阀门井。为保证调压室检修时的安全，在调压室入口外也设置一阀门。为用户用气安全考虑，本设计对每栋楼的入户管道也设置了阀门。阀门的作用是切断燃气的输送，所以要保证其气密性，而且当发生突发事故时阀门应该能够迅速的关闭，使用灵活，阀门是造成局部阻力较大的原因，选择时应根据所选取管段管径选择阀门。本设计干管所用截至阀为上海盖球阀门厂生产的聚四氟乙烯、丁晴胶 阀，产品型号为J41N（DN50）选用1个，入户支管所用截止阀也用上海盖球阀门厂生产的注四氯乙烯、丁晴胶截止阀，产品型号为J41N（DN25）选用4个，产品型号为J41N（DN20）选用2个。3.2凝水器用途【2】： 1.收集燃气中的冷凝水、施工过程进入燃气管道中的水，以及地下水为高的地区透过管道不严密部分渗入低压燃气管道内的水；2.充气启动或修理时，用抽水管作为吹洗管、放空管；3.用抽水管做测压管。安装地点【2】：管道坡向改变时，凝水缸设在管道的最低点，两相邻凝水器之间距离一般为20050