天然气区域调压站工艺设计计算书

天然气区域调压站工艺设计计算书（含调压与计工程名称××市××路天然气区域调压站工程文件编号RQ-TJY-2026-001设计阶段初步设计文件类型工艺设计计算书专业燃气输配工艺版次A/0编制：×××审核：×××批准：×××二〇二六年十月PAGE3目录TOC\o"1-2"\h\z\u1设计依据与设计基础资料 PAGEREF_LarkToc00001\h11.1设计依据 PAGEREF_LarkToc00002\h11.2设计基础资料 PAGEREF_LarkToc00003\h12调压器选型计算 PAGEREF_LarkToc00004\h22.1流动状态判定 PAGEREF_LarkToc00005\h22.2调压器流通能力计算 PAGEREF_LarkToc00006\h33工艺流程与主要设备配置 PAGEREF_LarkToc00007\h43.1工艺流程概述 PAGEREF_LarkToc00008\h43.2主要设备配置 PAGEREF_LarkToc00009\h44站内管道水力计算 PAGEREF_LarkToc00010\h54.1计算工况与管径初选 PAGEREF_LarkToc00011\h54.2工况体积流量换算 PAGEREF_LarkToc00012\h54.3管道流速校核 PAGEREF_LarkToc00013\h54.4阻力损失计算 PAGEREF_LarkToc00014\h65站内管道强度计算 PAGEREF_LarkToc00015\h75.1壁厚计算公式 PAGEREF_LarkToc00016\h75.2进站管壁厚计算 PAGEREF_LarkToc00017\h75.3出站管壁厚计算 PAGEREF_LarkToc00018\h75.4壁厚验算结果 PAGEREF_LarkToc00019\h86计量系统设计 PAGEREF_LarkToc00020\h86.1计量方式与准确度等级 PAGEREF_LarkToc00021\h86.2流量计选型 PAGEREF_LarkToc00022\h86.3流量计量程校核 PAGEREF_LarkToc00023\h96.4直管段要求 PAGEREF_LarkToc00024\h97安全设施设计 PAGEREF_LarkToc00025\h97.1超压保护与切断整定 PAGEREF_LarkToc00026\h97.2可燃气体检测报警 PAGEREF_LarkToc00027\h107.3电气防爆 PAGEREF_LarkToc00028\h107.4防雷与防静电 PAGEREF_LarkToc00029\h108总图布置与安全间距核验 PAGEREF_LarkToc00030\h108.1总平面布置 PAGEREF_LarkToc00031\h108.2安全间距核验 PAGEREF_LarkToc00032\h119计算结果汇总与工程指导意义 PAGEREF_LarkToc00033\h119.1主要计算结果 PAGEREF_LarkToc00034\h119.2工程指导意义 PAGEREF_LarkToc00035\h12免责声明 PAGEREF_LarkToc00036\h121设计依据与设计基础资料1.1设计依据本计算书依据国家现行有关标准规范及工程设计输入资料编制，主要设计依据如下：（1）《城镇燃气设计规范》GB50028—2006（2020年版）；（2）《城镇燃气调压器》GB27790—2020；（3）《天然气计量系统技术要求》GB/T18603—2023；（4）《用气体超声流量计测量天然气流量》GB/T18604—2023；（5）《用气体涡轮流量计测量天然气流量》GB/T21391；（6）《输气管道工程设计规范》GB50251—2015；（7）《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058—2014；（8）《建筑设计防火规范》GB50016—2014（2018年版）；（9）《输送流体用无缝钢管》GB/T8163—2018。上述标准均为现行有效版本。设计中当各标准要求不一致时，按较高要求执行。1.2设计基础资料本调压站为城市次高压管网至中压管网的区域调压站，承担周边居住小区及公建用户的供气任务。设计原始参数见表1.1。表1.1调压站设计基础参数表序号参数名称符号数值单位1进站设计压力（表压）P₁1.60MPa2出站设计压力（表压）P₂0.40MPa3大气压力Pₐ0.101325MPa4小时最大用气量Qₘₐₓ5000Nm³/h5天然气相对密度（空气=1）d0.60—6进站气体温度t₁15℃7天然气绝热指数γ1.31—8燃气低热值Hₗ36.0MJ/Nm³9地区等级—三级—10管道钢级—L245—根据《城镇燃气设计规范》GB50028第6.6.9条，调压器计算流量按其所承担管网小时最大输送量的1.2倍确定，故本计算取用调压器计算流量为： Qjs=1.2Qmax=1.22调压器选型计算2.1流动状态判定天然气流经调压器阀口时，依据出口与进口绝对压力之比，可分为临界流动（壅塞流）和亚临界流动两种状态。按《城镇燃气调压器》GB27790—2020附录D，临界流动的判定条件为： P2+PaP式中：P₁——进口压力（绝压），MPa；P₂——出口压力（绝压），MPa；Pₐ——大气压力，MPa；K₁——形状系数，对天然气取K₁=0.50。本工程P₁、P₂均为表压，换算为绝对压力： P1,abs=1.60+0.101325=1.7013MPa （ P2,abs=0.40+0.101325=0.5013MPa （代入式(2-1)左端： 0.50131.7013=0.295≤K判定结果：P₂/P₁=0.295＜0.50，调压器处于临界流动（壅塞流）状态，临界流条件成立。2.2调压器流通能力计算临界流动状态下，基准状态下调压器通过流量按GB27790—2020附录D式(D.2)计算： Q=Cg·P式中：Q——基准状态下通过调压器的流量，Nm³/h；Cg——调压器流量系数（由制造厂提供）；P₁——进口绝对压力，MPa；d——天然气相对密度；t₁——进口气体温度，℃。为满足计算流量Q=6000Nm³/h所需的调压器流量系数Cg，将式(2-5)改写为： Cg=QP代入数值： 273.150.60×273.15+15 Cg,min=60001.7013即所选调压器在本工况下的流量系数Cg应不小于2806。经设备厂家参数比选，选用轴流式可调式调压器（带安全切断及超压放散功能），公称通径DN100，阀口额定流量系数Cg=3200，其实际通过能力为： Q=3200×1.7013×1.257=6845NmQ=6845Nm³/h＞计算流量6000Nm³/h，富余系数为6845/6000=1.14，满足GB50028第6.6.9条对调压器进出口压力及流量能力的要求。调压器一用一备并联设置，互为备用。3工艺流程与主要设备配置3.1工艺流程概述本站采用“进站过滤—安全切断—调压—安全放散—出站计量”的典型工艺路线。次高压A天然气经进站阀门后进入过滤器去除杂质，再经调压器将压力由1.60MPa降至0.40MPa中压A，出站后经计量支路计量供向下游中压管网。工艺系统按“两路调压、一路计量”并联布置：两路调压器一用一备，任一线路检修时另一线路可承担全部计算流量；计量支路设置超声流量计及温压补偿。在调压器入口设全径球阀，入口及出口设波纹管截止阀；调压器自带工作调压器、安全切断器及安全放散阀。站内设旁通管路，用于开站调试及事故工况下的手动供气。3.2主要设备配置表3.1调压站主要设备配置表序号设备名称规格/型号单位数量备注1可调式调压器（带切断）DN100，PN25，Cg=3200台2一用一备2过滤器DN150，PN25，过滤精度50μm台2配压差表3全径球阀DN150，PN25个4进站/出站4波纹管截止阀DN100，PN25个4调压器进出口5安全放散阀DN50，整定0.42MPa个2与切断联锁6气体超声流量计DN150，PN25，4声道台1带温压补偿7压力变送器0~2.5MPa，防爆ExdⅡCT4台3进/出/放散8温度变送器Pt100，-40~80℃台1出站9流量计算机2.0级，GB/T18603套1SCADA远传10燃气浓度报警器1区防爆，≤25%LEL套2联动排风4站内管道水力计算4.1计算工况与管径初选站内设计流量按调压器计算流量Q=6000Nm³/h取。进站管与出站管均选用L245无缝钢管。天然气站内输送流速一般控制在不大于25m/s（工况），据此初选管径：进站管φ159×6（内径D₁=147mm），出站管φ159×4.5（内径D₂=150mm）。4.2工况体积流量换算基准状态（0℃、101.325kPa）流量换算为工况状态下体积流量，采用理想气体状态方程： Qv=Q·式中：Qv——工况体积流量，m³/s；Q——基准流量，Nm³/s；P₀=0.101325MPa；T₀=273.15K；P——工况绝对压力，MPa；T=288.15K。基准流量Q=6000/3600=1.667Nm³/s。进站工况（P=1.7013MPa）： Qv,1=1.667×出站工况（P=0.5013MPa）： Qv,2=1.667×4.3管道流速校核管内实际流速按v=Qv/A计算，其中A=πD²/4。进站管（D=0.147m，A₁=0.01697m²）： v1=0.10470.01697出站管（D=0.150m，A₂=0.01767m²）： v2=0.35550.01767进站流速6.17m/s、出站流速20.1m/s，均不大于25m/s的控制值，满足站内管道流速要求。4.4阻力损失计算站内管道阻力包括沿程阻力与局部阻力两部分。沿程阻力采用达西—魏斯巴赫公式： ΔPy=λ·局部阻力采用局部阻力系数法： ΔPj=Σξ·式中：λ——水力摩阻系数，取0.02；L——计算管段长度，取40m；D——管内径，m；ρ——天然气工况密度，kg/m³；v——工况流速，m/s；Σξ——局部阻力系数之和，站内阀门、弯头、三通合计取8.0。天然气气体常数R=518.3J/(kg·K)，出站工况密度： ρ2=PRT动压头： ρv22=3.36沿程阻力： ΔPy=0.02×局部阻力： ΔPj=8.0×679=5432Pa出站管道总阻力损失： ΔPtotal=3.6+5.4=9.0kPa （出站阻力损失9.0kPa，仅占出站设计压力0.40MPa（400kPa）的2.25%，调压器调压精度及出口压力稳定性不受影响，计算通过。5站内管道强度计算5.1壁厚计算公式站内钢质燃气管道直管段计算壁厚按《城镇燃气设计规范》GB50028第6.4.6条，采用第三强度理论（最大剪应力理论）推导： δ=P·D2式中：δ——钢管计算壁厚，mm；P——设计压力，MPa；D——钢管外径，mm；σs——钢管最低屈服强度，MPa，L245取245MPa；F——强度设计系数，三级地区取0.40；φ——焊缝系数，采用GB/T8163无缝钢管取1.0。5.2进站管壁厚计算进站管设计压力P=1.60MPa，钢管外径D=159mm： δ1=1.60×按GB50028表6.3.2，次高压钢质燃气管道最小公称壁厚不应小于4.0mm。计算壁厚1.30mm远小于构造最小壁厚，故进站管按构造要求并结合压力等级选取φ159×6无缝钢管，实际壁厚6mm。5.3出站管壁厚计算出站管设计压力P=0.40MPa，钢管外径D=159mm： δ2=0.40×出站管按构造要求选取φ159×4.5无缝钢管，实际壁厚4.5mm，满足最小公称壁厚要求。5.4壁厚验算结果表5.1管道壁厚计算结果汇总表管段设计压力(MPa)外径(mm)计算壁厚(mm)选用壁厚(mm)强度校核进站管1.601591.306.0满足出站管0.401590.334.5满足管道最高允许工作压力反算：进站管φ159×6，按式(5-1)反算P=2δσsFφ/D=2×6×245×0.4×1.0/159=7.39MPa，远大于设计压力1.60MPa，强度储备充足。6计量系统设计6.1计量方式与准确度等级本站为城市次高压—中压交接计量点，属于贸易交接计量。按《天然气计量系统技术要求》GB/T18603—2023，根据设计流量及贸易交接性质，计量系统准确度等级选用2.0级。计量系统由超声流量计本体、温度变送器、压力变送器、流量计算机及数据远传单元组成，实现温度、压力实时补偿并将工况体积流量自动换算为基准状态（0℃、101.325kPa）体积流量。6.2流量计选型常用天然气流量计性能比较见表6.1。结合本站DN150管径、流量范围300~6000Nm³/h及不间断供气要求，选用4声道气体超声流量计，符合GB/T18604—2023。表6.1天然气常用流量计性能比较表流量计类型准确度量程比压损适用管径本站适用性孔板流量计1.0~1.5级1:3~1:4大DN50~DN500压损大，不推荐涡轮流量计1.0级1:10~1:20较小DN50~DN200运动部件，维护量大超声流量计1.0级1:20~1:40可忽略DN50~DN1000无压损、量程宽，推荐旋进旋涡1.5~2.0级1:5~1:10中DN50~DN200量程窄，不推荐6.3流量计量程校核超声流量计量程比选1:20，正常运行流量5000Nm³/h，最大流量6000Nm³/h。计量系统最小可测流量： Qmin=Qmax,cal本站冬季小时最小负荷按最大流量的8%计，即400Nm³/h＞300Nm³/h，流量计在最小工况下仍处于线性测量范围内，量程覆盖满足要求。6.4直管段要求按GB/T18604要求，超声流量计上游直管段长度不小于10D，下游不小于5D。本站流量计前设15D直管段，流量计后设5D直管段，上下游均设整流器，保证流场充分发展，测量不确定度满足2.0级要求。7安全设施设计7.1超压保护与切断整定按GB50028第6.6.10条第6款，调压器出口设安全保护装置。本站出口设计压力P₂=0.40MPa，属“出口压力等于或大于0.08MPa但不大于0.4MPa”档，安全切断启动压力不应超过出口工作压力上限加0.04MPa。取： Psd=P2+0.04=0.40+0.04=0.44MPa安全放散阀整定压力取切断压力的约90%： Pfs=0.90×P安全放散管管口高出调压站屋檐1.0m以上，且距地面不小于4m，放散管口设防雨风帽。安全切断器采用人工复位型，切断信号上传SCADA系统。7.2可燃气体检测报警调压室为密闭建筑物，按GB50028第10.8.1条设燃气浓度检测报警器。报警器设置在室内上部（天然气相对密度0.60＜0.75，比空气轻），报警一级值取20%LEL（即爆炸下限的20%）时联动启动事故排风，二级值取25%LEL时自动关闭进站紧急切断阀并声光报警。事故通风换气次数不小于12次/h，正常通风不小于2次/h。7.3电气防爆调压室火灾危险区域划分按GB50058执行，属1区爆炸危险环境。站内电气设备、照明、仪表均选用ExdⅡCT4级防爆型，电缆采用阻燃铠装电缆。调压室内地面采用撞击不产生火花的不发火地面。7.4防雷与防静电调压站建筑物按第三类防雷建筑设防，屋顶设避雷带，接地电阻不大于10Ω。站内所有燃气管道、调压器、过滤器法兰连接处设跨接线，金属设备及管道接地电阻不大于10Ω。当站内、外燃气管道为绝缘连接时，调压器及附属设备必须接地，接地电阻小于100Ω。8总图布置与安全间距核验8.1总平面布置本站为地上单独建筑式调压站，调压室为耐火等级不低于二级的单层建筑。调压室内两台调压器平行布置，相邻调压器外缘净距、调压器与墙面净距及主通道宽度均大于0.8m。调压室与毗连房间之间采用厚度不小于24cm的实体隔墙分隔。进站阀门距调压站外墙不小于10m，出站阀门同样设置。8.2安全间距核验按GB50028表6.6.3，本调压站进口压力为次高压A（0.8＜P≤1.6MPa），与建、构筑物水平净距核验见表8.1。表8.1调压站安全间距核验表项目规范要求净距(m)本站设计净距(m)是否满足重要公共建筑12.015.0满足一般民用建筑6.09.0满足明火或散发火花地点12.015.0满足城市主干道（边线）6.08.0满足架空电力线（边保护）≥1.5倍杆高1.5倍杆高满足通讯线（边线）1.03.0满足站外进、出站阀门距站10.012.0满足由表8.1可见，本站与周边建、构筑物水平净距均满足GB50028表6.6.3的要求，总图布置安全可靠。9计算结果汇总与工程指导意义9.1主要计算结果表9.1主要计算结果汇总表序号计算项目计算结果选型/取值结论1调压器计算流量6000Nm³/h1.2×Qmax—2流动状态判定P2/P1=0.295临界流计算成立3所需流量系数Cg≥2806选Cg=3200，DN100满足4进站工况流速6.17m/s≤25m/s满足5出站工况流速20.1m/s≤25m/s满足6出站总阻力损失9.0kPa占出口压力2.25%满足7进站管壁厚计算1.30mm选φ159×6满足8出站管壁厚计算0