燃气管网设计说明书

09级建筑环境与设备工程专业《燃气输配》课程设计说明书设计题目衡阳县天然气输配管网设计专业09级建筑环境与设备工程学生姓名王金刚学号090207021120指导教师管延文老师 目录一、设计资料 31.1衡阳县相关资料 31.2天然气气源 31.3我国一些地区和城市的居民生活用气量指标 4二、负荷计算 52.1城市燃气总年用量计算 52.2确定各类用户用气高峰系数 72.3计算月平均日和小时计算流量 8三、管道布置 10 3.1、管网系统选择 103.2、中压管网布置原则 113.3、管道布置及管网规划图 11四、管网水力计算 124.1、管道的途泄流量 124.2、确定零点 124.3、转输流量的计算 124.4、管道的计算流量 124.5、计算过程 12 4.6，管网平差计算 15五、储气容积计算 175.1、用气量的储气容积 175.2、确定储气罐的实际容积 18六、燃气输配课程设计体会 19参考文献 20附录 21燃气输配课程设计说明书设计题目：衡阳县天然气输配管道设计一、设计资料◆1.1、衡阳县相关资料：供气区面积为：3.5平方公里人口密度为：4万人/平方公里属于南方地区无采暖考虑。◆1.2、天然气气源： 中原油田液化天然气特性参数表1项目参数取值组分，体积百分比（％）CH495.857C2H62.936C3H80.733iC4H100.105nC4H100.201iC5H120.031nC5H120.037N20.085其它0.015分子量，kg/kmol17.3气化温度，℃（0.3MPa）-161.5临界温度，℃-82.3临界压力，kg/cm245.8液态密度，kg/m3（15.5℃460气态密度，kg/Nm30.754液态/气态膨胀系数，m3/m3LNG（20℃610低热值，MJ/Nm3（kcal/Nm3）36.15（8641）运动粘度，m2/s12.07×10－6华白指数，MJ/Nm344.94燃烧势45.18爆炸极限5％～15％◆1.3、我国一些地区和城市的居民生活用气量指标：城镇居民生活用气量指标[MJ/(人·年)]表2城镇地区东北地区华东、中南地区北京成都上海有集中供暖的用户2303～2721—2721～3140——无集中供暖的用户1884～23032093～23032512～29312512～29312303～2512二、负荷计算◆2.1、城市燃气总年用量计算2.1.1居民生活年用气量居民生活的燃气用量和燃气用具的配置、气候条件、有无集中热水供应等许多因素有关，很难精确估计，通常根据实际统计资料分析而得的用气定额来计算。在计算居民生活年用气量时，需要确定用气人数。居民用气人数取决于城镇居民人口数及气化率。气化率是指城镇居民使用燃气的人口数占城镇总人口的百分数。根据供气区面积、人口密度、燃气热值以及居民生活用气量指标，计算出居民生活年用气量：式中：Qy——居民生活年用气量(Nm3/a)S——供气区面积(平方公里)——人口密度(人/平方公里)K——气化率(%)q——居民生活用气定额(kJ/人·年)Hl——燃气低热值(kJ/Nm3)供气区面积选取图中有道路覆盖的区域面积，通过测量其值S=3.5平方公里；已知人口密度=40000人/平方公里；气化率是指城市气化人口占总人口的比例，本设计规划管网覆盖整个供气区，没有涉及到城市总人口数，因此气化率可采用K=100％；衡阳县按南方地区无采暖考虑，查表2“城镇居民生活用气量指标”，取衡阳县居民用气量定额q=2200MJ/(人·年)；查表1“衡阳县天然气特性参数”，气源燃气低热值Hl=36.15MJ/Nm3；计算得衡阳县居民生活年用气量：2.1.2商业用户年用气量商业用户主要是指学校、医院、饭店以及城市公共建筑等。商业用气量与多种因素有关，比如城镇性质、职能划分、发展规模及趋势等。衡阳各种公共商业建筑也在不断的增加，有商业购物中心、娱乐城、办公写字楼、商贸综合楼，有宾馆、酒店、职工食堂、茶馆，有医院、诊所、福利院、美容美发室，还有职校、中学、小学、幼儿园等。这些公共或商业服务设施，有的规模庞大，有的规模较小，其热耗要求各不一样，要对其耗气量逐一分析计算是不现实的。但是，对于整个城市来说，其城市商业用户的发展速度与其人口及经济增长率有着密切相关的联系，一般会随着人口与经济的增长成一定比例的增长。炎陵在商业方面也较为发达，并且随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，商业用户的规模和数量也会扩大和增加。商业用户在改用天然气后虽然会提高这部分用户的燃料成本，但环境和节能效益却是十分显著的。考虑到商业用户的燃料成本在其经营成本中所占比例一般不高，对天然气价格有着一定的承受能力，同时随着以后环保要求的提高，继续使用燃煤生活锅炉可能会付出较高的环保成本（如烟尘处理、灰渣处理、排污费等），配合相关的政策支持，在城区内对燃煤生活锅炉逐步实行煤改气是切实可行的。综上所述，商业用户耗气量按实际调查资料并适当考虑发展进行核算，在没有具体资料的情况下，商业用户的用气量按城市居民耗气量的一定百分比考虑，本课程设计按20%考虑，计算得衡阳县商业用户年用气量：年2.1.3工业用户年用气量对于有承受能力、经济效益好、且环保需要整改的企业用天然气替代；对以电、柴油、重油、液化气等作为燃料的企业，如以天然气替代，将使企业燃料成本降低、产品质量提高，也计入天然气用户。由本设计给出了三个工业用户的耗热指标，将其换算为用气量。即：用气量=1）工业用户1：140×108KJ/年，用气量==3.873×105Nm3/年2）工业用户2：100×108KJ/年，用气量==2.766×105Nm3/年3）工业用户3：170×108KJ/年，用气量==4.703×105Nm3/年计算得衡阳县工业用户年用气量：2.1.4计算得衡阳县所有用户理论年用气总量：年2.1.5未预见量城市年用气量中还应计入未遇见量它主要包括两部分内容：一部分是管网的燃气漏损量；另一部分是发展过程中没有预见到的新情况而超出了原计算的设计供气量。本设计未遇见量按总用气量的5%计算，计算得炎陵县年用气未预见量：2.1.6总年用气量计算得衡阳县所有用户理论年用气总量：◆2.2、确定各类用户用气高峰系数用气高峰性是城市燃气供应的重要特征，用气高峰系数包括：月高峰系数、日高峰系数、小时高峰系数。用气高峰系数是确定调压站、混气站、输配管网设计规模的重要参数。妈妈2.2.1居民及公共建筑用户用气高峰系数居民及公共建筑用户的用气随季、日、小时的变化非常明显，其大小与城市性质、气候、供气规模、人口流动状况、居民生活水平和生活习惯等密切相关。用气高峰系数可根据城市用气统计资料选取；对于以前基本没有管道燃气，没有管道燃气用户的用气统计资料的城市，可参照《城镇燃气设计规范》给出的用气高峰系数取值范围，结合同类城市的统计分析资料及当地的具体情况确定居民和公建用户的用气高峰系数。1）月高峰系数影响居民生活及商业用户用气月不均匀性的主要因数是气候条件。月高峰系数为计算月的平均日用气量和年平均日用气量之比。结合《城镇燃气设计规范》给出的用气高峰系数取值范围：=1.1-1.3，此处取=1.2。2）日高峰系数影响居民和商业用户用气日不均匀性主要取决与居民生活习惯。在一周内星期一至星期五用气量变化较小，而周六、周日用气量增大。日高峰系数为计算月中最大日用气量和该月平均日用气量之比。结合《城镇燃气设计规范》给出的用气高峰系数取值范围：=1.05-1.2，此处取=1.18。3）小时高峰系数居民和商业用户的用气小时高峰系数与供气规模密切相关，对统计资料的分析表明，用气户数越少，小时高峰系数越大，随着用气户数的增加，小时高峰系数将逐渐降低。小时高峰系数为计算月中最大日的小时最大用气量和该日小时平均用气量之比。小时高峰系数除在一天内受人们工作、生活作息时间变化呈现周期性变化外，与日高峰性系数类似，在一周内也呈现出较明显的周期性。由下表（任务书提供）小时不均匀性 表3小时0-11-22-33-44-55-66-77-88-99-1010-1111-12％1.351.301.650.991.634.355.205.174.876.5510.459.59小时12-1313-1414-1515-1616-1717-1818-1919-2020-2121-2222-2323-24％4.092.772.274.057.1011.246.103.422.131.481.270.98计算得小时高峰系数：2.2.2工业用户用气高峰系数工业用户用气的高峰系数主要与其用气设备的年工作日及生产班制有关，一般情况下，工业用户的月用气及日用气是较均匀的，主要考虑其小时不均匀性。1）月高峰系数工业企业的月不均匀性主要取决于生产工艺的性质，连续生产的工业企业及工业炉用气比较均匀，一般按均匀用气考虑。即月高峰系数Km＝1.02）日高峰系数工业用户在正常工作日的日用气量变化不大，但在停产及检修期则不用气，因此，其日高峰系数主要取决于年工作日数。本设计不考虑工业用户的日用气不均匀性，日高峰系数Kd＝1.0。3）小时高峰系数工业用户用气的小时不均匀性主要与生产班制有关，在工作时间内，认为用气是均匀的，因此，小时高峰系数一般按下述数值选取：一班制用户：Kh=3.00二班制用户：Kh=1.50三班制用户：Kh=1.00本设计中各工业用户都为二班工作制，因此取Kh=1.50。◆2.3、计算月平均日和小时计算流量计算高峰用气量时，认为各类用户的用气高峰是重叠的，可以将各类用户的高峰用气量直接相加。5％的其它气量按比例分摊到各类用户气量之中。根据各类用户年用气量计算其平均日用气量；根据各类用户的年平均日用气量、月高峰系数计算其计算月平均日用气量。根据各类用户计算月平均日用气量、日高峰系数、小时高峰系数计算高峰小时用气量。（1）首先将5％的其它用气量按各自所占比率分配到居民、商业和工业用户中去，调整后各类用户用气量如下：（2）计算流量1）居民和商业用户高峰小时用气量：2）工业用户高峰小时用气量：3）计算月小时最大用气量：4）居民人均小时用气量三、管道布置◆3.1、管网系统选择综合考虑衡阳县城区实际情况（城市性质、规模及城市地理条件；用户类型、分布情况；已有城市燃气设施情况；）及气源情况（燃气种类、供气压力、储气设施情况等）采用中压B一级系统。◆3.2、中压管网布置原则根据已确定的中压管网压力级制，市区中压管网敷设，应遵循以下原则布置：（1）根据城市总体规划，沿城市道路布置中压干管。（2）主干管尽量靠近用气负荷集中的区域。（3）主干管布置成环，以提高供气可靠性；但应尽量减少环密度，环内管网可采用枝状管网敷设，环、枝结合敷设，在保证安全供气条件下方便维修及发展新用户。（4）管道布置安全间距应满足《城镇燃气设计规范》、《城市工程管线综合规划》等相关规范的要求。（5）在安全供气，布局合理的原则下，尽量减少穿跨越工程。（6）避免与高压电缆平行敷设，以减少埋地钢质燃气管道的腐蚀。◆3.3、管道布置及管网规划图(1）管网布线每个城市沿城市道路布置燃气管网，并与城市气源相连。根据城市道路分布情况，设置4个环路，环路分布尽量均匀。具体分布见图。（2）管段和节点在该方案中共有10个节点，1为气源点，3-8为环状管网和内部的节点2、9、10为工业用户。四、管网水力计算◆4.1、管道的途泄流量根据管网布置，将城市供气范围划分为多个地块，求出每个地块居民生活和商业的小时计算流量，即为该地块的途泄流量。除以周边管段长度，得到该地块对应的单位长度途泄流量。与管段相邻地块单位长度途泄流量之和，乘以管道计算长度，得到管道途泄流量。◆4.2、确定零点零点的确定原则是离气源点最远，这样可以使气体流量分配尽量均匀，不妨将连接工业用户的位置作为零点。选定零点以后，相应的气流方向也可确定。本设计选离气源最远节点6，10作为零点，同时它也分别是两个工业用户。见图1管网计算简图。◆4.3、转输流量的计算从零点开始，按气流的反方向推算至气源点。同时校核管网流量与供气区总用气量相等。◆4.4、管道的计算流量管段计算流量按下式计算：式中Q——计算流量（Nm3/h）Q1——途泄流量（Nm3/h）Q2——转输流量（Nm3/h）α——流量折算系数，取α=0.55◆4.5、计算过程：4.5.1计算各环的单位长度途泄流量：1）按管网布置将供气区域分成小区。2）求出每环内的最大小时用气量：以面积、人口密度和每人每小时用气量相乘。3）计算供气环周边的总长。4）求单位长度的途泄流量。各环单位长度途泄流量计算表：表3环号环供气面积（km2）居民数（万人）每人用气量本环供气量环周边长沿环周边单位长度途泄流量Ⅰ0.742.960.035103637870.274Ⅱ140.035140046080.304Ⅲ0.843.360.035117635700.329Ⅳ0.923.680.035128840800.316合计3.5140.0354900160450.305具体计算详见附表一。4.5.2、根据计算简图，求出管网中每一管段的计算流量，计算列于表41）将管网的各管段依次编号，在距供气点最远处，假定零点的位置，确定气流方向。2）计算各管段的途泄流量。3）计算转输流量，计算由零点开始，与气流相反方向推算到供气点。节点的集中负荷由两侧管段供气，转输流量各分担一半。4）求各管段的计算流量。管段的计算流量表4环号管段号管段长度(米)环的长度单位长度途泄流量流量附注途泄流量0.55Q1转输流量计算流量Ⅰ1--290337870.274247.42136.1391527.12--3412.40.27411362.15179.21241.43--4473.30.603285.4156.97428.65585.64--5700.40.578404.83222.664219.94442.65--112620.274345.79190.1835583748.2Ⅱ4--5700.446080.578404.83222.664219.94442.65--91830.20.304566.4306838.71144.79--64210.30412870.4218.62896--7431.20.62267.214793510827—41205.40.63376342031433563Ⅲ3--4473.335700.603285.4159.97428.65585.64--71205.40.633763420314335637--8834.60.645538.3296.114021698.18--3912.70.329300.3165.2460625.2Ⅳ8—7834.640800.645538.3296.114021698.17—6431.20.62276.214793510826--101461.50.316461.8254415.9669.910—811200.316353.9194.7328522.7校验转输流量的总值，城市门站向管段1—2及1—5输出的燃气量为：（3748.2+345.79）+（527.1+247.42）=4869.41Nm3/h各环的供气量及集中负荷为：两者基本相符！4.5.3、根据各管段的途泄流量计算各节点流量1）结合计算流量的分析，当管段途泄流量为Q1时，对应的节点流量为：管道终端节点0.55Q1、管道始端节点0.45Q1。2）对于连接多根管道的节点或有集中负荷的节点，其节点流量为：流入节点所有管段的途泄流量的0.55倍，与流出节点所有管段的途泄流量的0.45倍之和，再加上该节点的集中流量。◆4.6，管网平差计算4.6.1管道的压力平方差根据已知的起点压力及末端压力计算。起点压力:P1=0.15MPa；末端压力:P2=0.10MPa中压燃气管道的水力计算公式为4.6.2单位长度计算压力平方差根据初步流量分配及单位长度平均压力平方差选择各管段的管径。局部阻力损失取沿程摩擦阻力损失的10%。经计算由供气点至零点的平均距离为L=4060m，则单位长度计算压力平方差为：由于本设计所用的燃气=0.754kg/Nm3，故在查水力计算图表时，需进行修正，即4.6.3管径计算与平差1）选取管径已知气源的运动粘度=12.07×10－6m2/s，看做天然气来计算，查燃气输配教材图6-4燃气管道水力计算图表（三）选取各管段的管径，结果如表6所示：各管段管径表6管段号1--22--33--44--55--15--99--6管径（mm）125100125250300200100管段号6--77--47--86--1010--8管径（mm）125250200125125选定管径后，由图6—4查出管段的值，2）水力平差再求各环的所以，各环的校正流量为：=-657+（-20）=-677=-277+（-50）=-3276=73-35=38=-122-8.6=-130共用管段的校正流量为本环的校正流量值减去相邻环的，在本设计中，经过一次校正计算，各环的误差值均在10%以内，因此计算合格五、储气容积计算◆5.1、用气量的储气容积依据表1居民、商业用户的每小时用气量占日用气量的百分数，计算如表10：储气容积计算表表10小时（时)燃气供应量的累计值用气量燃气的储存量该小时内累计值123450～14.171.351.352.821～28.331.332.685.652～312.501.654.338.173～416.670.995.3211.354～520.831.636.9513.885～625.004.3511.313.706～729.175.216.512.677～833.335.1721.6711.668～937.504.8726.5410.969～1041.676.5533.098.5810～1145.8310.4243.512.3211～1250.009.5953.1-3.1012～1354.174.0957.19-3.0213～1458.332.7759.96-1.6314～1562.502.2762.230.2715～1666.674.0566.280.3916～1770.837.173.38-2.5517～1875.0011.2484.62-9.6218～1979.176.190.72-11.5519～2083.333.4294.14-10.8120～2187.502.1396.27-8.7721～2291.671.4897.75-6.0822～2395.831.2799.02-3.1923～24100.000.981000.00设每日气源供气量为100，每小时平均供气量为100/24=4.17。表13中的第二项为从计算开始时算起的燃气供应量累积值；第四项为从计算开始算起的用气量累积值；第二项与第四项数值之差，即为该小时末燃气的储存量（储气设备中应有的气量）。在第五项中找出最大和最小的数值，这两个数值的绝对值相加为13.88+11.55=25.43计算月的最大日用气量：◆5.2、确定储气罐的实际容积确定储气罐的实际容积时，应考虑搞供气量的波动、用气负荷的误差、气温等外界条件的突然变化以及储气设备的安全操作要求和工业用户不均匀性，故储气罐的实际容积应有一定的富余。确定储气罐实际容积需要使用的一些计算公式式中:—所需的储气容积（Nm3）—储气罐的容积（Nm3）—t小时中的用气量（Nm3）—制气能力（Nm3/d）—最大日用气量（Nm3/d）—1日中小时用气量大于制气能力的小时数（h）—小时用气量大于平均制气能力的时间中的用气量和一日内用气量的比值。—储气罐的活动率，根据储气罐的实际情况并参考供应调整的实际操作来选定，一般取=0.75～0.85,取=0.8由储气容积计算表10可知5-12及16-19共10个小时的用气量大于制气能力，即=10，且=130000×70.59%=9200则储气罐的实际容积：六、燃气输配课程设计体会看着自己一周的成果，心里充满了成就感。这个过程是艰苦的，结果却是美妙的.经过将近一周的奋战，燃气输配课程设计终于宣告完成。在此过程中遇到了很多难题，不过通过自己不懈的努力和老师、同学的帮助得以解决，攻克的难题比我想象的要多得多。在设计中，最开始由于很多问题没有考虑全面，导致后面不得不从头开始慢慢的改正，还有一些因为计算上的错误导致增加了很多工作量。有时候为了找到某个设备的参数必须得翻遍几本书或在网上查找很久。有时为了修改图令自己满意会一直工作到凌晨两三点钟，身心俱疲却是心无旁骛。绘图完成的那一刻也是身体放松和心情愉快的一刻。在这个学期《燃气输配》这门课程的学习过程中，我曾经存在一些认识上的误区，认为这门课主要偏重于理论，都是一些需要记的东西，通过这次设计才知道，燃气输配是一门和实际应用结合得相当紧密的课程，要求我们在设计中，注意与实际相结合，有时还要考虑管道布置的经济性，合理性,因而对燃气输配这门课程的一些计算方法有了进一步的了解，也对管道设计方法也有了更深刻的认识。在这次设计中，我认为主要培养了自己四种能力：一：考虑问题的全面性,并如何根据实际问题确定方案:要求我们在给定条件的基础上，遵循设计规范，从实际出发，确定供气分区方案。二：设计过程所需要的耐心与细心:如在计算实际和理论的各种值的时候，需要很耐心，还有计算需要反复的查表，需要细心和耐心三：熟练的运用各种辅助软件:设计中，在熟练运用CAD的基础上，还使用了一些辅助计算的软件，如Excel，在这次设计中，可以说，Excel表格发挥了很大的作用，只要按照公式偏出一个算式，表格可以自动帮你算出结果，在出现错误需要改正时，它可以自动根据前面数据的变化而变化。四：学会查找资料，利用资源:设计开始，手中只有《燃气输配》一本课本，后来通过互联网查找了大量的资料和参数，并且通过和很好的帮助了自己的设计。同时，同学也是一种资源，我遇到问题就向同学们虚心请教并相互讨论，极大加快了进度,而且巩固了在课堂上学的知识,甚至弄清了许多课堂上没有学到的东西。另外，老师设计指导中也起到很大作用，在设计过程中，我一共两次找老师请教，老师给了很大的帮助，使我的思路越来越清晰，知识体系也逐渐建立起来。通过这次课程设计，也暴露了自己的很多不足，如考虑不周密,计算不够细心等，以至于花了很多时间在计算上,在以后的学习中，争取努力改正，进一步提高自己。参考文献【1】段常贵.燃气输配(第四版).2000.中国建筑工业出版社【2】姜正侯.燃气工程技术手册.1993.同济大学出版社【3】燃气规划设计手册【4】城镇燃气设计规范附：建环2009燃气输配课程设计任务书设计任务及目的：任务：完成某小城镇燃气输配管网的设计计算。目的：通过本课程设计，使学生掌握城市燃气输配管网