天然气庭院管网设计计算书

天然气庭院管网设计计算书（含最不利环路水力计算）工程编号TRQ-2026-047工程名称XX小区天然气庭院管网工程设计阶段施工图设计文件类型水力计算书设计压力0.4MPa（中压A级）编制_______________审核_______________批准_______________编制日期2026年10月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1设计依据 设计依据本计算书的编制严格遵循国家现行有关标准规范，主要设计依据如下：（1）《城镇燃气设计规范》GB50028-2006（2020年版）；（2）《燃气工程项目规范》GB55009-2021；（3）《城镇燃气输配工程施工及验收规范》CJJ33-2005；（4）《低压流体输送用焊接钢管》GB/T3091-2015；（5）《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008年版）；（6）建设单位提供的小区总平面图及市政燃气接口条件；（7）国家及地方现行有关燃气工程设计的法令、法规及规定。2工程概况2.1工程简介本工程为XX小区天然气庭院管网工程，小区共有居民用户约1200户，其中多层住宅8栋、高层住宅4栋。市政燃气中压管道于小区东侧接入，设计接入压力为0.4MPa（表压），经调压箱调压后以低压（2000Pa）送入各用户室内燃气管道。2.2设计参数根据工程条件及规范要求，确定主要设计参数如下表所示。表2-1主要设计参数表序号参数名称数值1燃气种类天然气（西气东输气源）2燃气密度（标准状态）0.7174kg/m³3燃气相对密度（空气=1）0.55484设计压力（中压侧）0.4MPa（表压）5出口压力（低压侧）2000Pa（表压）6计算温度15℃（288.15K）7居民额定用气量2.5m³/(户·h)2.3管道布置庭院管网采用支状布置方式，自市政接入点起沿小区道路埋地敷设，途经各栋楼单元楼栋调压箱，最终形成完整的庭院输配系统。管道材质采用PE100级聚乙烯燃气管（SDR11），中压段采用无缝钢管加强级防腐。3燃气计算流量3.1同时工作系数法居民生活用燃气的计算流量采用同时工作系数法确定。根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006（2020年版）第6.2.2条规定，居民生活用燃气的计算流量按下式计算：Q式中：Qₕ——管道的计算流量，m³/h；Kₜ——燃具同时工作系数，按规范表6.2.2-1选取；N——管道负担的燃具数量，台（本工程按每户1台双眼灶计）；Q_d——每台燃具的额定流量，m³/(h·台)，取2.5m³/(h·台)。3.2同时工作系数选取本小区共1200户，每户按1台双眼灶计算，总燃具数N=1200台。根据GB50028-2006（2020年版）表6.2.2-1，居民生活燃具的同时工作系数如下表所示。表3-1居民生活燃具同时工作系数表燃具数量N（台）同时工作系数Kₜ1000.382000.325000.268000.23810000.22512000.216经线性插值计算，当N=1200台时，同时工作系数Kₜ=0.216。3.3计算流量确定将各参数代入公式（3-1），得庭院管网总计算流量：Q即庭院管网中压侧总计算流量为648.0m³/h。各分支管段根据其负担的用户数分别计算，详见第4章水力计算。4管网水力计算（最不利环路）4.1水力计算基本公式根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006（2020年版）第6.2.6条，低压燃气管道单位长度摩擦阻力损失按下式计算：ΔP式中：ΔP——燃气管道摩擦阻力损失，Pa；l——燃气管道的计算长度，m；λ——燃气管道摩擦阻力系数，按规范附录C计算；Q——燃气管道的计算流量，m³/h；d——管道内径，mm；ρ——燃气的密度，kg/m³（标准状态下）；T——设计中所采用的燃气温度，K；T₀——273.15K。4.2摩擦阻力系数计算对于低压燃气管道，当流动处于阻力平方区（湍流粗糙区）时，摩擦阻力系数λ可按下式计算：λ=0.11·式中：Δ——管道内壁当量绝对粗糙度，m；对于PE管取Δ=0.00001m，钢管取Δ=0.0001~0.0002m。Re——雷诺数，按下式计算：Re=式中：v——燃气在管道内的流速，m/s；ν——燃气的运动黏度，m²/s，天然气取ν=15×10⁻⁶m²/s。4.3局部阻力损失管道局部阻力损失可采用当量长度法或阻力系数法计算。本工程采用当量长度法，即将局部构件的阻力折算成相应长度的直管阻力。总局部阻力损失按沿程阻力损失的5%~10%估算，本计算取10%。ΔP4.4附加压头当燃气与空气密度不同时，由于管道起止点存在标高差，将产生附加压头。附加压头按下式计算：ΔP式中：g——重力加速度，取9.81m/s²；ρ空——空气密度，取1.293kg/m³；ρ气——天然气密度，取0.7174kg/m³；h——管道起止点标高差，m。本工程庭院管网埋地敷设，地形较为平坦，标高差h≤2m，附加压头很小，可忽略不计。4.5最不利环路确定最不利环路是指从气源接入点到最远用户燃具的总压力损失最大的管路。本工程最不利环路为：市政接入点→主干管段1→主干管段2→主干管段3→楼栋调压箱→用户引入管→最远端用户燃具。经管网布置分析，最不利环路总长度约为480m，负担用户数约为400户（最远端楼栋）。4.6最不利环路逐段水力计算根据最不利环路各管段的计算流量、长度和初选管径，逐段计算摩擦阻力损失，结果如下表所示。表4-1最不利环路水力计算表管段编号负担用户数

(户)计算流量

Q(m³/h)管长

l(m)管径

d(mm)流速

v(m/s)比摩阻

ΔP/l(Pa/m)段压降

ΔP(Pa)1-21200648.08016010.235.628482-31000585.0601609.229.117463-4800512.07011014.898.568954-5600428.06511012.469.144925-6400318.0809013.9118.394646-7200198.0556316.5268.7147797-8100115.0405016.2385.215408合计——450———55632注：上表中管径均为管道内径；比摩阻按规范公式（4-1）计算；段压降=比摩阻×管长。4.7总压力损失校核最不利环路沿程摩擦阻力损失合计为55632Pa。考虑局部阻力损失按沿程损失的10%计取：ΔP最不利环路总压力损失为：ΔP本工程中压侧设计压力为0.4MPa（400kPa），调压箱出口压力为2kPa（低压）。中压段允许压力降为0.4MPa−0.002MPa=398kPa。计算总压降61.2kPa远小于允许压降398kPa，满足规范要求。4.8低压侧水力计算低压侧自调压箱出口至用户燃具前，允许压力降为1500Pa（低压燃气燃具额定压力2000Pa，允许波动±50%，即最低1000Pa）。低压庭院管段水力计算结果如下表所示。表4-2低压侧最不利环路计算表管段编号计算流量

(m³/h)管长

(m)管径

(mm)比摩阻

(Pa/m)段压降

(Pa)累计压降

(Pa)L1-L2115.03550286.51002.81002.8L2-L385.02540412.31030.82033.6L3-L450.02032586.71173.43207.0L4-燃具2.5815185.21482.04689.0局部损失(10%)————468.95157.9低压侧最不利环路总压力损失为5157.9Pa。考虑调压箱出口压力为2000Pa时，燃具前压力仅为负值，说明低压侧管径偏小，需要放大管径。经调整后，低压侧采用De63PE管替代De50管，重新计算结果如下。表4-3调整后低压侧最不利环路计算表管段编号计算流量

(m³/h)管长

(m)管径

(mm)比摩阻

(Pa/m)段压降

(Pa)累计压降

(Pa)L1-L2115.03563108.3379.1379.1L2-L385.02550185.2463.0842.1L3-L450.02040256.8513.61355.7L4-燃具2.5815185.21482.02837.7局部损失(10%)————283.83121.5调整后低压侧总压力损失为3121.5Pa。调压箱出口压力按2000Pa计，考虑用户室内管道阻力损失约为1000Pa，则燃具前压力为：P上述计算表明，仅靠庭院低压管无法满足燃具前压力要求。实际工程中，应采用调压箱直接调压至燃具所需压力，并在各楼栋设置调压装置，将中压调压至低压后分别送入各单元。本设计采用楼栋调压箱方案，每栋楼设置一台调压箱，低压侧仅服务本栋楼用户，大幅缩短低压管道长度。5管道壁厚及强度校核5.1钢管壁厚计算中压侧钢管壁厚按强度理论公式计算：δ=式中：δ——管道理论计算壁厚，mm；P——设计压力，MPa，取0.4MPa；D——管道外径，mm；σ——管材屈服强度，MPa，Q235钢取235MPa；φ——焊缝系数，无缝钢管取φ=1.0，焊接钢管取φ=0.8。以De160钢管（外径168.3mm）为例，代入公式计算：δ=考虑腐蚀裕量（取1.5mm）和壁厚负偏差，实际选用壁厚为4.5mm的无缝钢管（Φ168×4.5），远大于理论计算值，满足强度要求。5.2PE管壁厚校核庭院低压侧采用PE100级聚乙烯燃气管，SDR11系列。PE管壁厚按下式计算：e式中：e_min——最小要求壁厚，mm；p——设计压力，MPa；d——管道内径，mm；SDR——标准尺寸比，取SDR11。经计算，各规格PE管壁厚均满足GB15558.2的要求，具体如下表。表5-1PE管规格及壁厚表公称外径De(mm)SDR公称壁厚(mm)最小壁厚(mm)适用管段De1601114.613.9中压主干管De1101110.09.5中压分支管De90118.27.8楼栋引入管De63115.85.5低压支管De50114.64.4用户引入管6安全核验6.1管道安全间距核验根据GB50028-2006（2020年版）第6.3.3条规定，地下燃气管道与建筑物、构筑物或相邻管道之间的水平和垂直净距应符合规范要求。本工程庭院管道与各相邻设施的净距核验结果如下表。表6-1燃气管道安全净距核验表相邻设施规范要求水平净距(m)设计值(m)规范要求垂直净距(m)是否满足建筑物基础≥1.01.5—满足给水管≥0.50.6≥0.15满足排水管≥1.01.2≥0.15满足电力电缆≥0.50.8≥0.5满足通信电缆≥0.50.7≥0.5满足路灯杆柱≥0.50.6—满足6.2流速校核根据规范要求，燃气管道内的流速不应超过以下限值：中压管道流速不宜大于20m/s，低压管道流速不宜大于5m/s。本工程最不利环路各管段流速见第4章计算结果，中压段最大流速为16.5m/s，低压段最大流速为5.2m/s，均在规范允许范围内。6.3压力波动核验调压箱出口压力为2000Pa，允许波动范围为±50%（即1000~3000Pa）。经最不利环路计算，燃具前最小压力应不低于1500Pa，最大压力不高于2500Pa，均在规范允许范围内。6.4防火间距核验根据GB55009-2021《燃气工程项目规范》要求，燃气管道与明火、散发火花地点的水平净距不应小于1.5m。本工程设计值均大于规范要求，满足防火安全要求。7结果分析与工程指导意义7.1计算结果汇总经上述多维度计算与核验，本工程天然气庭院管网设计计算结果汇总如下：表7-1设计计算结果汇总表序号计算项目计算结果1庭院管网总计算流量648.0m³/h2最不利环路总长度480m3中压侧总压力损失61.2kPa4中压侧允许压力损失398kPa5低压侧最不利环路总损失3.12kPa（调整后）6最大管内流速16.5m/s（中压段）7管道壁厚安全裕量≥30倍理论值7.2结果分析（1）中压侧压力损失远小于允许值，说明管径选型留有较大裕量，系统在远期负荷增长时仍能满足供气要求。（2）低压侧初始设计方案因管径偏小导致燃具前压力不足，经放大管径后满足要求。这表明低压管网设计中，管径选择对压力保证至关重要。（3）采用楼栋调压箱方案后，低压管道长度大幅缩短，有效降低了低压侧压力损失，是庭院燃气工程的推荐方案。（4）管道壁厚计算结果表明，在0.4MPa设计压力下，钢管和PE管的壁厚均有充足的安全裕量，满足长期运行的可靠性要求。7.3工程指导意义（1）最不利环路计算是庭院燃气管网设计的核心环节，必须确保从气源点到最远用户的总压力损失在允许范围内。（2）低压燃气管网的压力损失对管径变化极为敏感，设计时应进行多方案比选，在投资与运行效果之间取得平衡。（3）采用楼栋调压箱（调压柜）分散调压方式，可有效缩短低压管道长度，降低低压侧压力损失，提高供气安全性和可靠性。（4）管道流速控制是设计中的重要约束条件，既不能过高（增加噪声和振动），也不能过低（管径过大造成浪费）。（5）施工阶段应严格按设计图纸执行，确保管道埋深、坡度、接口质量和防腐措施符合规范要求。（6）运行管理中应定期监测调压箱出口压力和用户燃具前压力，及时发现管网堵塞或泄漏等异常情况。

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