沼气收集管网水力设计计算书

沼气收集管网水力设计计算书——某市生活垃圾卫生填埋场填埋气体收集系统工程工程编号：WX-LFG-SG-2026-001设计阶段：施工图设计文件类型：设计计算书工程规模：填埋处理规模800t/d收集方式：竖向导气井＋主动负压导排编制日期2026年11月审核日期批准日期设计单位：××环境工程技术有限公司二〇二六年十一月-PAGE24-目录TOC\o"1-3"\h1总则 11.1编制目的 11.2编制依据 11.3适用范围与设计原则 12设计基础资料与设计参数 22.1工程概况 22.2沼气组分与物性参数 22.3主要设计参数 33沼气产气量估算 33.1估算模型 33.2计算参数取值 43.3最大产气年份产气量与设计流量 54收集管网布置与导气井设置 64.1导气井布置与数量 64.2管网拓扑与管段划分 64.3管材、管径系列与敷设方式 75管网水力计算 75.1计算方法与基本公式 75.2标准状态与工况流量换算 95.3管径初选与流速校核 95.4摩擦阻力系数计算 105.5沿程阻力损失计算 105.6局部阻力损失计算 115.7管网总阻力 116抽气设备选型计算 116.1升压需求计算 126.2设备流量与功率计算 126.3选型结果 137安全核验 147.1可燃气体爆炸极限核验 147.2压力与负压核验 147.3管内流速核验 147.4管材强度与环刚度核验 157.5凝结水排放与防空气吸入核验 157.6防爆、防静电与防火核验 167.7管位净距与沉降适应核验 167.8安全核验汇总 168结果分析与工程指导意义 178.1阻力构成分析 178.2管径敏感性分析 178.3运行调节与控制策略 188.4工程指导意义 189结论 18免责声明 191总则1.1编制目的本计算书针对某市生活垃圾卫生填埋场填埋气体（沼气）主动导排收集系统的输气管网，开展水力计算与设备选型计算，确定管网各管段的管径、流速、沿程阻力与局部阻力，核算抽气设备的最小升压与配套功率，并对系统的可燃气安全、负压水平、流速区间、管材强度及凝结水排放等关键环节进行核验，为施工图设计、设备采购与后续运行调节提供量化依据。1.2编制依据本计算书依据下列现行国家标准、行业标准及技术文件编制：（1）《生活垃圾卫生填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术标准》CJJ/T133—2024；（2）《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》GB50869—2013；（3）《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第1部分：管材》GB15558.1—2015；（4）《城镇燃气设计规范》GB50028；（5）《输气管道工程设计规范》GB50251；（6）《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058—2014；（7）《爆炸性环境第14部分：场所分类爆炸性气体环境》GB3836.14—2014；（8）《建筑防火通用规范》GB55037—2022；（9）《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》CJJ113；上列标准如在设计期内修订、替代，应按其现行有效版本执行。1.3适用范围与设计原则本计算书适用于该填埋场填埋库区已建堆体及封场单元的沼气主动导排收集管网，包括井口连接管、输气支管、输气干管、输气总管及抽气站进出口管段。设计遵循“安全可靠、资源利用、排放达标”的原则：一是优先保证可燃气输送的本质安全，管网内始终保持富燃料工况，防止形成爆炸性混合气体；二是保证管网在最大产气工况下具备足够的输送与排放能力；三是合理控制流速与负压水平，兼顾携液能力与防止空气过渗；四是管径选择兼顾阻力损失与工程投资，做到技术可行、经济合理。2设计基础资料与设计参数2.1工程概况该填埋场为山谷型卫生填埋场，采用压实、日覆盖的作业方式，防渗系统为高密度聚乙烯膜＋膨润土毯复合衬层，堆体设计总库容2.6×10⁶m³，设计填埋处理规模800t/d，运行方式为连续填埋。按年运行365d计，年填埋量约29.2×10⁴t。自投运至上一年度末，堆体累计填埋生活垃圾已逾3.0×10⁶t，堆体平均填埋厚度约22m，已按CJJ/T133—2024第5章要求设置竖向导气井并实施主动导排。本计算书以最大产气年份（计算年）的产气工况作为设计工况。2.2沼气组分与物性参数沼气组分按现场连续监测数据的算术平均值取用。考虑到填埋体处于产甲烷稳定阶段，取甲烷体积分数55%、二氧化碳42%、氮气2.5%、氧气0.5%，硫化氢体积分数500～3000μL/L。沼气密度按各组分在标准状态下的密度加权求得，见式（1）： ρ0=i=1n按各组分标准状态密度加权计算，沼气标准状态密度ρ₀＝1.263kg/m³。各组分及物性参数见表2-1。表2-1沼气组分及物性参数表组分／参数符号数值单位备注甲烷（体积分数）y(CH₄)55.0%现场监测均值二氧化碳（体积分数）y(CO₂)42.0%现场监测均值氮气（体积分数）y(N₂)2.5%现场监测均值氧气（体积分数）y(O₂)0.5%现场监测均值硫化氢（体积分数）y(H₂S)500～3000μL/L需脱硫预处理甲烷密度（标态）ρ(CH₄)0.717kg/m³物性常数二氧化碳密度（标态）ρ(CO₂)1.977kg/m³物性常数沼气密度（标态）ρ₀1.263kg/m³式（1）加权计算沼气低热值H(u)19.7MJ/m³按甲烷55%计运动黏度（30℃）ν1.5×10⁻⁵m²/s混合气体取值甲烷爆炸下限L(L)5.0%(vol)空气中甲烷爆炸上限L(U)15.0%(vol)空气中注：标准状态指温度273.16K、压力101.325kPa；物性参数取自设计手册及现行标准。2.3主要设计参数管网水力计算所采用的主要设计参数汇总于表2-2。其中，管网进气温度按填埋堆体实测温度30℃取用；管网工作绝对压力按抽气站进口最大负压工况取98.6kPa。表2-2主要设计参数汇总表序号参数名称符号数值单位1标准状态温度T₀273.16K2标准状态压力p₀101.325kPa3管网进气温度T303（30℃）K4管网工作绝对压力p98.6kPa5沼气标准状态密度ρ₀1.263kg/m³6沼气工况密度ρ(c)1.108kg/m³7运动黏度ν1.5×10⁻⁵m²/s8管壁绝对粗糙度ε0.007mm9气体收集率η0.80—10导气井数量N40口11单井设计抽气量q24Nm³/h12输气管道敷设坡度i≥1%3沼气产气量估算3.1估算模型填埋气体产气量采用CJJ/T133—2024规定的一阶动力学双组分衰减模型估算。将生活垃圾中的可降解有机物划分为快速降解组分与慢速降解组分，分别赋予不同的产气潜力和产气速率常数，第i年填埋垃圾在计算时刻的产气速率按式（2）计算： Qi=Mi式中：Q(i)——第i年填埋垃圾在计算时刻的产气速率，Nm³/a；M(i)——第i年的垃圾填埋量，t/a；L(0,1)、L(0,2)——单位质量垃圾中快速、慢速降解组分的理论产气量，Nm³/t；k(1)、k(2)——快速、慢速降解组分的产气速率常数，a⁻¹；t(i)——第i年填埋垃圾至计算时刻的龄期，a。将各年填埋垃圾在计算时刻的产气速率叠加，即得填埋场在计算时刻的总产气速率，累计产气量按式（3）计算： Gn=i=1n单位质量垃圾的理论产气量按垃圾的可降解物理组分构成、含水率及各组分的理论产气潜力加权确定，见式（4）： L0=i=1m式中：L(0)——单位质量垃圾理论产气量，Nm³/t；w(i)——第i种可降解组分的湿基质量分数；θ(w,i)——第i种可降解组分的含水率；L′(0,i)——第i种可降解组分干基单位质量理论产气量，Nm³/t。3.2计算参数取值按我国中东部平原地区生活垃圾的典型构成，厨余类、纸类、竹木类、织物类合计占比约55%，加权干基理论产气潜力取70Nm³/t（湿垃圾），其中快速降解组分占35%、慢速降解组分占65%。结合当地气候湿润、降水较丰、堆体含水率较高的特点，取快速降解组分产气速率常数0.13a⁻¹、慢速降解组分产气速率常数0.045a⁻¹。计算以最大产气年份为设计年，此时填埋作业已连续进行11a。3.3最大产气年份产气量与设计流量按上述模型与参数逐年代入计算，最大产气年份理论产气量为1.05×10⁷Nm³/a。按年运行8760h折算，最大产气年份的平均产气速率按式（5）计算： Qn=Gmax代入计算得Q(n)＝1.05×10⁷÷8760≈1200Nm³/h。管道设计流量按气体收集率确定，见式（6）： Qt=ηQn按CJJ/T133—2024规定，抽气设备所负担区域的收集率，膜覆盖时取70%～80%、土覆盖时取60%～70%。本工程堆体已实施中间覆盖与膜覆盖，取η＝0.80。代入得管网设计流量Q(t)＝0.80×1200＝960Nm³/h。同时按标准规定校核：输气总管设计流量不应小于最大产气年份小时产气量的80%，因Q(t)＝960Nm³/h＝0.80Q(n)，恰好满足且不低于该下限。产气量估算参数及结果见表3-1。表3-1产气量估算参数及计算结果表参数名称符号取值单位单位质量垃圾理论产气量L₀70Nm³/t快速降解组分理论产气量L(0,1)24.5Nm³/t慢速降解组分理论产气量L(0,2)45.5Nm³/t快速降解组分产气速率常数k(1)0.13a⁻¹慢速降解组分产气速率常数k(2)0.045a⁻¹年填埋量M29.2×10⁴t/a填埋龄期t1～11a最大产气年份理论产气量G(max)1.05×10⁷Nm³/a最大产气年份平均产气速率Q(n)1200Nm³/h气体收集率η0.80—管网设计流量Q(t)960Nm³/h4收集管网布置与导气井设置4.1导气井布置与数量导气井沿堆体主、次渗沥液导排盲沟交汇点布置，平面上按等边三角形（正六边形）均匀排列。单井影响半径按GB50869—2013的规定，在不能进行现场抽气测试时按该井所在位置填埋厚度的0.75～1.5倍取值，见式（7）；本工程堆体平均填埋厚度H＝22m，取下限系数0.75，则影响半径R＝0.75×22≈16.5m，取16m。 R=0.75∼1.5H （等边三角形布置时，单井有效控制面积按式（8）计算： Sw=33代入R＝16m得单井控制面积S(w)≈2.598×16²≈665m²。导气井按堆体中部间距不大于50m、边缘间距不大于25m布置；按填埋库区有效收集面积约2.6×10⁴m²与单井控制面积核算，并按式（9）取整确定井数： n=AcSw计算得n≈39.1口，取40口。导气井采用石笼井形式，井径不小于600mm，中心多孔管采用高密度聚乙烯（HDPE）管，公称外径不小于110mm，开孔率不小于2%；井口周围采用黏土密封，密封厚度1.0m。单井设计抽气量取q＝24Nm³/h，40口井全部投运时合计抽气量为960Nm³/h，与管网设计流量相平衡。4.2管网拓扑与管段划分收集管网采用“井—支管—干管—总管”三级枝状汇流布置，南、北两区各设1条输气干管，对称汇入1条输气总管后进入抽气站。40口导气井按每5口一组接入1条输气支管，共8条支管；每4条支管汇入1条干管，共2条干管。各管段编号、连接井数、设计流量及计算长度见表4-1。表4-1管段划分及设计流量表序号管段编号管段性质连接导气井数／口设计流量／(Nm³/h)计算长度／m1Z-1输气总管409602602G-1北区输气干管204802103G-2南区输气干管204802104Z1-1北区输气支管51201305Z1-2北区输气支管51201306Z1-3北区输气支管51201307Z1-4北区输气支管51201308Z2-1南区输气支管51201309Z2-2南区输气支管512013010Z2-3南区输气支管512013011Z2-4南区输气支管5120130注：各支管流量、长度相同，管网呈对称布置，最不利路径为任一导气井—支管—干管—总管。4.3管材、管径系列与敷设方式输气管道选用高密度聚乙烯（HDPE）管，材质为PE100，标准尺寸比SDR11，公称压力PN1.6MPa，环刚度等级SN8。HDPE管耐酸碱腐蚀、抗硫化氢侵蚀、柔韧性好，能适应堆体不均匀沉降，符合CJJ/T133—2024关于管道材料应耐腐蚀、柔韧性好、密封性良好的要求。管道公称外径系列取dn110、dn200、dn250，均采用电熔或热熔连接。管道敷设遵循下列要求：输气管道设不小于1%的坡度，本工程取2%，坡向凝结水收集点；管段最低点设凝结水收集与排放装置，排水装置采取水封等防止空气吸入的措施；管道沿道路敷设时敷设于绿化带内，地面或架空敷设时不得妨碍交通与填埋作业，架空管道每300m设一处防静电接地装置，管道支架采用阻燃材料。5管网水力计算5.1计算方法与基本公式管网水力计算以CJJ/T133—2024第6.2节规定的输气管道单位长度摩擦阻力损失公式为基本依据，并按流体力学达西—魏斯巴赫公式的形式核算，二者可相互印证，见式（10）与式（11）： ΔPl=6.26×107 ΔPm=λl式中：ΔP／l——单位长度摩擦阻力损失，Pa/m；λ——管道摩擦阻力系数，按式（15）计算；ρ——沼气标准状态密度，kg/m³；Q(0)——输气管道设计流量（标准状态），Nm³/h；d——管道内径，mm；T——沼气温度，K；T(0)——标准状态温度，取273.16K。式（10）中的流量为设计流量（标准状态），密度为标准状态密度，温度项T／T(0)用于修正温度变化对气体体积与流速的影响。设计流量按式（10）计算前，需先由标准状态流量换算为管网工况流量，换算关系见式（12）： Qc=Q0管径由工况流量与允许流速区间反算，管内平均流速按式（13）计算： v=4Qc3600π摩擦阻力系数在湍流区按柯列布鲁克（Colebrook）公式迭代求解，见式（14）与式（15）： Re=vdν 1λ=-2lgε式中：ε——管壁绝对粗糙度，HDPE管取0.007mm；ν——运动黏度，m²/s。沿程阻力损失与局部阻力损失分别按式（16）、式（17）计算，管网总阻力按式（18）计算： ΔPm=ΔP ΔPj=∑ζρ ΔPt=ΔP式中：ζ——局部阻力系数，按管件类型查表取值；ρ(c)——沼气工况密度，kg/m³，按式（19）计算。 ρc=ρ05.2标准状态与工况流量换算取管网进气温度T＝303K、工作绝对压力p＝98.6kPa，则温度修正系数T／T(0)＝303÷273.16＝1.1092，压力修正系数p(0)／p＝101.325÷98.6＝1.0276，总换算系数为1.1398。各管段工况流量换算结果见表5-1。表5-1各管段标准状态与工况流量换算表管段编号设计流量Q₀／(Nm³/h)温度修正T／T₀压力修正p₀／p换算系数工况流量Q(c)／(m³/h)Z-1（总管）9601.10921.02761.13981094.3G-1、G-2（干管）4801.10921.02761.1398547.2Z1-1～Z1-4、Z2-1～Z2-41201.10921.02761.1398136.85.3管径初选与流速校核按CJJ/T133—2024第6.2.3条，填埋气体输气管道内气体流速宜取5～10m/s。以该区间为约束，按式（13）反算最小、最大允许内径，经试算选定各管段管径，并进行流速校核，结果见表5-2。表5-2管径初选与流速校核表管段公称外径dn／mmSDR内径d／mm断面积A／m²Q(c)／(m³/h)v／(m/s)流速校核Z-1（总管）25011204.50.032851094.39.26满足5～10G-1、G-2（干管）20011163.60.02102547.27.23满足5～10Z1、Z2（支管）1101190.00.006362136.85.97满足5～10注：HDPE管按SDR11计，计算内径d＝dn×(SDR－2)／SDR＝dn×9／11。5.4摩擦阻力系数计算按表5-2的工况流速计算雷诺数，并按柯列布鲁克公式迭代求解各管段的摩擦阻力系数λ，结果见表5-3。各管段雷诺数均在3.0×10⁴～1.5×10⁵区间，处于湍流过渡区。表5-3摩擦阻力系数计算表管段计算内径d／mm工况流速v／(m/s)雷诺数Re相对粗糙度ε／d摩擦阻力系数λZ-1（总管）204.59.261.26×10⁵3.42×10⁻⁵0.0174G-1、G-2（干管）163.67.237.89×10⁴4.28×10⁻⁵0.0192Z1、Z2（支管）90.05.973.58×10⁴7.78×10⁻⁵0.0228注：绝对粗糙度ε取0.007mm；运动黏度ν取1.5×10⁻⁵m²/s（30℃）。5.5沿程阻力损失计算将各管段的设计流量、内径、摩擦阻力系数等参数代入式（10），求得单位长度摩擦阻力损失，再按式（16）乘以计算长度，即得沿程阻力损失，结果见表5-4。表5-4沿程阻力损失计算表管段内径d／mm标准状态密度ρ₀／(kg/m³)摩擦阻力系数λ设计流量Q₀／(Nm³/h)温度T／K单位长度阻力ΔP／l／(Pa/m)计算长度l／m沿程阻力ΔP(m)／PaZ-1（总管）204.51.2630.01749603033.932601022G-1（干管）163.61.2630.01924803033.31210695Z1-1（最不利支管）90.01.2630.02281203034.88130634合计——————6002351由表5-4可知，最不利路径（导气井—最不利支管—干管—总管）的沿程阻力损失合计为2351Pa，其中输气总管占比最高，为43.5%。5.6局部阻力损失计算局部阻力损失按式（17）计算，取用沼气工况密度ρ(c)＝1.108kg/m³。局部阻力系数按管件类型取值：等径合流三通（支流汇入）取1.0，三通（支管接入井口处）取0.5，90°弯头（R／d＝1.5的HDPE模制弯头）取0.25，异径管取0.15，闸阀（部分开启）取0.5，流量计取0.3，管道出口取1.0。计算结果见表5-5。表5-5局部阻力损失计算表管段局部阻力构件及系数构成Σζv／(m/s)ρ(c)／(kg/m³)动压／PaΔP(j)／Pa支管井口接入5×0.5＋90°弯头4×0.25＋合流三通1.04.505.971.10819.7789干管支管汇入4×1.0＋90°弯头3×0.25＋异径管0.154.907.231.10828.96142总管干管汇入2×1.0＋90°弯头3×0.25＋闸阀0.5＋流量计0.3＋出口1.04.559.261.10847.45216合计—13.95———4475.7管网总阻力按式（18）将沿程阻力损失与局部阻力损失叠加，得管网总阻力ΔP(t)＝2351＋447＝2798Pa，即2.80kPa。计入导气井井内负压损失与堆体导气阻力的经验值2.00kPa，抽气站进口处的设计负压为2.80＋2.00＝4.80kPa，该值即抽气设备进口处需克服的管网负压，也是选定凝结水水封高度与管道环刚度等级的控制工况。6抽气设备选型计算6.1升压需求计算按CJJ/T133—2024第7.2.5条，抽气设备的最小升压应满足克服填埋气体输气管路和设备的总阻力损失以及用气设备进气压力的需要，按式（20）计算： ΔPf=Δ式中：ΔP(t)——管网总阻力损失，kPa；ΔP(i)——导气井井内及堆体导气阻力，取2.00kPa；ΔP(p)——抽气站预处理设备（水封、除雾器、过滤器、脱硫塔）阻力，取1.50kPa；ΔP(u)——用气设备（火炬燃烧器）进气压力要求，取2.50kPa；K——阻力裕量系数，取0.15。代入计算：ΔP(f)＝(2.80＋2.00＋1.50＋2.50)×(1＋0.15)＝8.80×1.15≈10.12kPa。考虑到管网运行过程中凝结水积聚、滤料阻力上升等因素，设备升压能力按不低于11.0kPa选取。升压需求计算结果见表6-1。表6-1抽气设备升压需求计算表序号阻力项符号数值／kPa取值说明1管网沿程阻力损失ΔP(m)2.351表5-42管网局部阻力损失ΔP(j)0.447表5-53管网总阻力损失ΔP(t)2.798式（18）4导气井及堆体导气阻力ΔP(i)2.000经验取值5抽气站预处理设备阻力ΔP(p)1.500水封／除雾／过滤／脱硫6用气设备进气压力ΔP(u)2.500火炬燃烧器要求7小计Σ8.798第3～6项之和8阻力裕量系数K0.15取值9设备最小升压ΔP(f)10.12式（20）6.2设备流量与功率计算抽气设备流量按管网设计流量并计入10%的运行余量确定，即设备工况处理能力取1094.3×1.10≈1204m³/h。设备轴功率按式（21）计算： N=QcΔP式中：N——设备轴功率，kW；Q(c)——设备工况流量，m³/h；ΔP(f)——设备升压，Pa；η(f)——风机效率，罗茨式真空泵／鼓风机取0.62；η(m)——电机效率，取0.92。代入计算：N＝1250×11000÷(3600×1000×0.62×0.92)≈6.70kW。考虑启动工况与长期连续运行的工况波动，配套电机功率按11kW选取。年运行电耗按式（22）计算： W=Nata式中：N(a)——实际运行功率，取7.0kW；t(a)——年运行小时数，取8000h；k(L)——负荷率，取0.85。代入计算：W＝7.0×8000×0.85＝4.76×10⁴kWh/a。6.3选型结果综合升压需求、流量需求与功率计算，抽气设备选型结果见表6-2。设备台数按2台配置，1用1备，采用变频调速控制。表6-2抽气设备选型参数表序号选型参数数值单位1管网设计流量（标准状态）960Nm³/h2设备工况设计流量（含10%余量）1204m³/h3设备最小升压10.12kPa4设备选用升压11.0kPa5设备形式罗茨式真空泵（变频）—6设备台数2（1用1备）台7单台设备风量1250m³/h8设备轴功率6.70kW9配套电机功率11kW10年运行电耗4.76×10⁴kWh/a7安全核验7.1可燃气体爆炸极限核验甲烷在空气中的爆炸极限为5.0%～15.0%（体积分数）。本工程管网内甲烷体积分数设计值为55%，远高于甲烷爆炸上限15.0%，处于富燃料一侧，在管网内部不存在形成爆炸性混合气体的条件。以爆炸上限为基准计算安全裕度，见式（23）： φ=yCH4-代入计算：φ＝(55.0－15.0)÷15.0×100%＝266.7%，远大于100%，安全裕度充足。运行控制指标取管内甲烷体积分数不低于35%（对应安全裕度133%）、氧气体积分数不高于3%。当在线监测到某导气井或支管甲烷体积分数低于35%或氧气体积分数高于3%时，应自动降低该井（或支管）抽气量直至停抽，并排查覆盖层破损、管道接头漏气等空气渗入点。7.2压力与负压核验管网正常运行时管内为微负压，抽气站进口设计负压为4.80kPa，对应绝对压力96.5kPa，低于当地大气压。负压工况下管道泄漏的方向为空气向管内渗入，而非沼气向管外泄漏，从本质上消除了沼气在密闭空间积聚形成爆炸性环境的可能，这是主动负压导排相对正压输送的重要安全优势。同时，为控制空气渗入量、避免管内甲烷被过度稀释，规定管网最大负压不超过6.0kPa；当负压超过该控制值时，应发出报警并核查抽气量与凝结水排放装置。设备升压能力11.0kPa大于需求值8.80kPa，压力校核满足要求。7.3管内流速核验各管段工况流速分别为：输气总管9.26m/s、输气干管7.23m/s、输气支管5.97m/s，均落在CJJ/T133—2024规定的5～10m/s区间之内。最低流速5.97m/s高于5m/s，可保证管内凝结水与冷凝液滴被气流连续携带至收集点，避免积液形成气阻与局部腐蚀；最高流速9.26m/s低于10m/s，可控制流动噪声与管道振动。7.4管材强度与环刚度核验管道环向应力按薄壁压力容器公式核算，见式（24）： σθ=pD以输气总管dn250、SDR11为例，公称外径D(o)＝250mm、壁厚e＝22.7mm，管道承受的最大工作压力（取设备升压0.011MPa）代入计算：σ(θ)＝0.011×(250－22.7)÷(2×22.7)≈0.055MPa。PE100管材的设计应力[σ]为8.0MPa，计算应力仅为其0.7%，安全系数约145，强度校核满足要求。负压工况下管道承受外压，环刚度安全系数按式（25）核算： Ks=SNΔ本工程选用环刚度等级SN8（8kN/m²）的管材，管网设计最大负压4.80kPa，即K(s)＝8.0÷4.80≈1.67，大于1.5，环刚度校核满足要求。埋地敷设时管顶覆土厚度按车行道下不小于0.8m、非车行道下不小于0.6m控制。7.5凝结水排放与防空气吸入核验沼气在30℃、98.6kPa工况下的饱和含湿量为27.96g/kg（干气），在管网内降温至20℃后饱和含湿量降至15.11g/kg（干气），析出水量按式（26）计算： qw=Gd取沼气质量流量（干气）G(d)＝960×1.263≈1212.5kg/h，代入得q(w)＝1212.5×(27.96－15.11)×10⁻³≈15.6kg/h，折合约0.37m³/d。凝结水收集罐容积按24h贮存量设计，取0.5m³。为防止空气经凝结水排放装置被吸入管网，排水装置采用水封形式，水封高度按式（27）计算： hw=Δp取管内最大负压Δp(s)＝4.80kPa、水的密度ρ(w)＝1000kg/m³，代入得h(w)＝4800÷(1000×9.81)≈0.49m，水封高度取0.50m，大于管内最大负压对应的水柱高度，可有效阻止空气吸入。7.6防爆、防静电与防火核验按GB3836.14—2014对爆炸性气体环境进行分区，抽气站、管道阀门井及导气井井口附近划为2区，电气设备选用隔爆型ExdⅡBT4，配电线路采用铜芯电缆穿镀锌钢管敷设。架空及地面敷设的输气管道每300m设一处防静电接地装置，法兰、阀门等连接处设跨接线，接地电阻不大于10Ω；管道支架采用阻燃材料，管道与明火、散发火花地点的距离不小于20m。站内设置固定式甲烷、氧气、硫化氢检测报警装置及可燃气体浓度超限联锁停车装置。7.7管位净距与沉降适应核验输气管道与其他管道的水平净距不小于0.3m（当管径大于300mm时不小于管道直径）；架空敷设时与架空输电线路的水平、垂直净距不小于4m，与露天变电站围栅的净距不小于10m。填埋堆体在自重与降解作用下将产生沉降，按沉降系数8%、平均填埋厚度22m估算，堆体最终沉降量约1.76m。HDPE管道弹性模量约800MPa，允许拉伸应变不小于5%，可通过在支管与干管上每50m设置一处伸缩补偿段（波纹补偿或Ω形弯）适应堆体沉降与温度变形。按线膨胀系数1.2×10⁻⁴℃⁻¹、温差20℃、管段长50m计算，单段温度变形量约120mm，伸缩补偿段的补偿能力按不小于150mm设计。7.8安全核验汇总各项安全核验的结论汇总于表7-1。表7-1安全核验汇总表序号核验项目核验依据／公式计算值控制值结论1甲烷浓度爆炸上限安全裕度式（23）266.7%≥100%满足2管内氧气体积分数在线监测0.5%≤3%满足3管网最大负压式（18）4.80kPa≤6.0kPa满足4设备升压能力式（20）11.0kPa≥8.80kPa满足5最低工况流速式（13）5.97m/s≥5.0m/s满足6最高工况流速式（13）9.26m/s≤10.0m/s满足7管道环向应力式（24）0.055MPa≤8.0MPa满足8环刚度安全系数式（25）1.67≥1.5满足9凝结水水封高度式（27）0.50m≥0.49m满足10凝结水收集罐容积式（26）0.50m³≥0.37m³满足11架空管防静电接地间距CJJ/T133300m≤300m满足12管道与架空输电线净距GB500284.0m≥4.0m满足8结果分析与工程指导意义8.1阻力构成分析最不利路径上，管网沿程阻力损失2351Pa、局部阻力损失447Pa，总阻力2798Pa，沿程阻力占总阻力的84.0%，局部阻力占16.0%，说明本管网为典型的沿程阻力主导型系统，管径与管长是控制阻力水平的主要因素。从沿程阻力构成看，输气总管段占43.5%、输气干管段占29.6%、输气支管段占27.0%。总管虽数量最少，但因长度最长、流量最大，对系统阻力贡献最大，是水力设计的控制性管段。8.2管径敏感性分析管径对阻力与流速的影响可通过式（28）、式（29）进行敏感性分析：管内流速与管径的平方成反比，单位长度摩擦阻力损失与管径的五次方成反比。 v2v1= ΔPl2ΔPl以输气总管为例，当管径由dn250减小一级至dn200时：工况流速由9.26m/s升至9.26×(204.5÷163.6)²≈14.47m/s，超出5～10m/s的规定区间；单位长度摩擦阻力损失由3.93Pa/m升至3.93×(204.5÷163.6)⁵≈12.0Pa/m，总管沿程阻力由1022Pa增至约3120Pa，管网总阻力由2.80kPa升至约5.21kPa，抽气设备升压需求随之升至约12.9kPa，超过所选设备11.0kPa的升压能力，方案不可行。当管径由dn250增大一级至dn315时：工况流速降至约5.83m/s，已接近5m/s的下限，携液能力明显下降；单位长度摩擦阻力损失降至约1.24Pa/m，管网总阻力降至约1.97kPa，设备升压需求降至约9.17kPa，虽技术上可行，但管材用量与工程投资增加约60%，经济性不佳。综上，dn250是在满足流速区间约束条件下兼顾阻力水平与工程投资的合理管径。8.3运行调节与控制策略根据水力计算结果，建议采取以下运行调节与控制措施：（1）分区调节。在2条干管首端、8条支管起点及每口导气井井口分别设置流量调节阀，通过分区阀门平衡各井抽气量，避免出现“短路径过抽、长路径欠抽”的流量分配不均现象；（2）负压控制。井口负压宜控制在－1.5～－2.5kPa，总管负压控制在－4.0～－6.0kPa，通过变频调速维持管网负压在合理区间；（3）轮换抽气。采用分区轮换、间歇抽气的运行方式，避免局部长时间过抽导致空气大量渗入；（4）在线监测与联锁。每口导气井、每条支管设置甲烷、氧气、流量、压力监测点，当甲烷体积分数低于35%或氧气体积分数高于3%时自动降低抽气量并报警；（5）凝结水管理。定期检查凝结水收集装置与水封高度，自动排水并记录排放量，防止水封失效导致空气吸入。8.4工程指导意义本计算书的结果对同类填埋场沼气收集管网设计与运行具有以下指导意义。第一，管径选择应采用流速区间与阻力水平双重控制准则：仅按阻力损失选小管径，会导致流速超高、噪声振动加剧及凝结水夹带；仅按流速选大管径，则阻力损失偏小但投资浪费，且低流速不利于携液。第二，主动负压导排系统的本质安全优势来源于管道内外压差方向，设计时应始终保证管网处于微负压状态，将最大负压控制在6.0kPa以内，避免空气过量渗入稀释甲烷。第三，总管是系统阻力的控制性管段，其阻力占比超过40%，在投资允许的条件下宜适当放大一级管径，可显著降低系统阻力与运行能耗。第四，收集系统的