燃气输配工程课程设计说明书改版.doc

生态环境与城市建设学院The department of environment and equipment燃气输配工程课程设计说明书题 目： 燃气输配工程课程设计 学 生： 薛春峰 系 别： 生态环境与城市建设学院 专 业： 建筑环境与能源应用工程 班 级： 建环1103班 学 号： 指导老师： 侯根富 高兰周 第一部分：室内燃气管道设计一、 工程概况：（参见任务书）1、 某市住宅，层高3米，共7层。2、 本次设计的气体为直立炉气（人造燃气），其成分如下： CH4:1.7 C2H6:1.2 C3H6:8.8% C3H8:4.6% C4H8:53.8% C4H10:26% C5:3.9% 3、 每一层居民用户内装设一台燃气双眼灶和一台燃气热水器，双眼灶额定热负荷为6.39kW，热水器额定热负荷为15kW。二、 基本计算：1、燃气选择的基本要求 根据我国城市燃气设计规范规定，作为城市燃气的人工燃气，其低发热值应大于14700KJ /NM3。由于用气设备是按确定的燃气组分设计的，所以城市的燃气组分必须维持稳定。为保证原有的用气设备是按确定的用气设备热负荷的稳定，所以供应的燃气华白指数波动范围应不超过±5%。当所输配的燃气被另一种燃烧特性差别比较大的燃气所取代时除了华白指数外，还必须考虑不产生离焰、黄焰、回火、不完全燃烧等特性。天然气的质量指标应符合下列要求：1）、天然气的发热量、总硫和硫化氢含量、水露点温度指标应符合现行国家标准天然气GB17820的一类气或二类气规定；2）、在天然气交接点的压力和温度条件下：天然气的烃露点应比最低环境低；天然气不应有固态、液态或胶状物质。2、 基本参数的计算2.1、 平均分子量：M=1/100(y1M1+ y2M2+ y3M3 + y4M4 + y5M5 + y6M6+ y7M7)= 1/100（1.7×16.0430+1.2×30.0700+8.8×42.0810+4.6×44.0970+53.8×56.1080+26×58.1240+3.9×72.1510）=54.4773kg/kmol 式中y1、y2、y3、y4、y5、y6、 y7各单一气体的容积成分（）M1 、M2 、M3 、M4、M5 、M6、 M7 各单一气体的分子量2.2、 平均摩尔容积：Vm=1/100(y1V1+ y2V2+ y3V3+ y4V4+ y5V5+ y6V6+ y7V7)= 1/100（1.7×22.3621+1.2×22.1872+8.8×21.9900+4.6×21.9360+53.8×21.6066+26×21.5036+3.9×20.891）=21.6206 Nm3/kmol式中y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7各单一气体的容积成分（）V1 、V2 、V3 、V4 、V5 、V6 、V7 各单一气体的摩尔体积2.3、 混合气体的平均密度：p=M/Vm=54.4773/21.6206=2.5197 kg/Nm3 混合气体相对密度：S=p/1.293=2.5197/1.293=1.9487 kg/Nm32.4、 标准状况下，混合气体的运动黏度： 先求出动力黏度=gi/(gi/i)=( yiMi/ yiMi )/ (gi/i)= =7.1683*10-6 pa.s混合气体的运动黏度： 2.5、平均临界压力、平均临界温度 =0.01x(1.7x4.6467+1.2x4.8839+8.8x4.7623+4.6x4.3975+53.8x3.97+26x3.6173+3.9x3.3437)=3.9656Mpa=0.01x(1.7x191.05+1.2x305.45+8.8x364.75+4.6x368.85+53.8x419.55+26x425.95+3.9x470.35)=410.7869K式中Pm.c、Tm.c：混合气体的临界压力与临界温度；：各组分的临界压力；：各组分的临界温度。2.6、混合气体的爆炸极限：混合气体爆炸上限： L= = 混合气体爆炸上限： L= = 2.7、发热值 高发热值： =1/100×(1.7×39.842+1.2×70.351+8.8×93.667+4.6×101.266+53.8×125.847+26×133.886+3.9×169.377)=123.544 MJ/Nm³ 低发热值： =1/100(1.7×35.902+1.2×64.397+8.8×87.667+4.6×93.24+53.8 ×117.695+26 ×123.649+3.9×156.733)=114.968 MJ/Nm³ 式中Hs、Ht：混合气体的高、低发热值；、：为混合气体中单一组分的高、低发热值2.8、燃具额定用气量 燃气双眼灶额定用气量：Q=(6.39×3.6)/Hl=0.200Nm3/h 热水器额定用气量： Q=(15×3.6)/Hl=0.470Nm3/h2.9、华白数 3、 室内燃气管道水力计算3.1室内燃气管道的布线：各楼层燃气管道的平，立面布置； （具体图示详见附图）3.2室内燃气管道的水力计算步骤a 将各管道按顺序编号，凡是管径变化或流量变化处均应编号；b求出各管段的额定流量，根据各管段供气的用具数得同时工作系数值，可求得各管段的计算流量；c 由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量预选各管段管径；d 算出各管段的局部阻力系数，求出其当量长度，可得管段的计算长度；e 使用水力计算表查出单位压力降并进行修正；f计算各管段的附加压头；g 求各管段的实际压力损失；h 求室内燃气管道的总压力降，对于天燃气压力降不超过200Pa(不包括表压)；i以总压力降与允许的计算压力降相比较，如不合适，则可改变个别管段的管径。（具体计算列在附表中）3.3 低压燃气管道计算说明（1）根据城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）规定，低压燃气管道单位长度的摩擦阻力宜按照下式计算。 式中Rm：燃气管道单位长度摩擦阻力，Pa/m； ：燃气管道的摩擦阻力系数； Q：燃气管道的计算流量，Nm3/h； d：管道内径； ：燃气密度，kg/Nm3； T：设计中所采用的燃气温度，K（本燃气管道设计温度采用288K）； T0：273.16，K（2） 根据燃气在管道中的不同运动状态，摩擦阻力系数按下列各式计算： 层流状态：时，； 临界状态：时，； 湍流状态：时，与管材有关： 钢管：；（本次所选管道为钢管，K0.2） 铸铁管：；式中 Re：雷诺数； v：标准状况下的燃气运动粘度，m2/s； K：管壁内表面的当量绝对粗糙度，对钢管取0.2mm。（3）附加压头计算公式：式中 g：重力加速度； H：管道计算末端和始端的高程差；k：空气密度1.293kg/m3；m：燃气密度。3.4、管道计算要求人工燃气的管道内初选气体经济流速为6m/s，最小管径为DN25。根据城镇燃气设计规范（GB 50028-2006）的要求，低压燃气管道允许阻力（Pa），在多层建筑中人工燃气从建筑物引入管道管道末端的阻力为250Pa。 天然气：（GB 50028-2006）液化石油气：（GB 50028-2006）3.5、方案进行比较 本次室内燃气管道安装采用两种方案直接立管引入用户和二楼引入盘管再引入用户，并进行经济技术比较，以取最优方案。 本设计方案的比较主要从燃气输配系统的投资 费用和运行费用安全性能三方面考虑择选燃气管道系统，燃气管道的投资取决于管子本身的造价和建设费用。管道的总投资在很大程度上取决于管径。管道造价与管径之间的关系可近似用如下简化公式计算。式中 K：燃气输配系统的投资(元)； d：燃气管道直径（cm）； l：燃气管道长度（m）； b：造价系数（元/cm·m）；（根据城市热力网设计规范查到相应管道的造价系数为27.2元/cm·m）。 年运行费用主要包括折旧费用、维修和维护管理费用、加压燃气用的电能或燃料费用。 燃气输配的系统折旧（包括大修费）、小修费及维护管理费用，通常以占投资费用的百分数来表示。这部分费用可按下式计算。式中 S：燃气输配系统的折旧、小修及维护管理费用（元/年）； f'：折旧费（包括大修费）占投资费用的百分数； f''：小修及维护管理占投资费用的百分数； K：燃气输配系统的投资(元)。 （式中取f'+ f''在8%10%，其中包括基本折旧4.8%；大修费1.4%；） 加压用的电能或燃料费用应根据年用气量及需用的情况、压缩机的类型及其功率、电价或燃料价格等计算求得。由于本设计范围较小，因此不考虑。 本方案比较采用静态比较法。t表示为附加投资的偿还限年，当t< T标准偿还限年（对于燃气输配系统T 7）投资较大的方案合理。年计算费用ZS+K/T。费用的溢出率表示两个方案的年计算费用的差比值即，其中为用户在当年对于较贵管道系统使用的经济能力系数。如果超出规定的范围，则表示用户不愿为较贵的管网系统多纳税。两个方案的具体比较见下表：方案比较1（单元引入式）管径（mm）管道费用（元）运行费用（元）总投资（元）151747.87157.311905.18252196.40 197.68 2394.0832 1370.88123.88 1494.26总投资5315.15478.365793.522（单户引入式）管径（mm）管道费用（元）运行费用（元）总投资（元）151747.84157.311905.1825 2448.00220.322668.32 321392.64125.341517.98总投资5588.51502.976091.478经济比较分析计算方案投资比较安全供气比较管道造价(元)运行费用（元）年计算费用比较（元）使用盘管，可以保证当某一闭关自守管，道气流出现故障点，可以通过其它立管供气，通过盘管输入补充，另外加强小区物业管理，合理用气，故障及时维修，可以避免故障点，带来供气的断层及堵塞。I5315.15478.365793.52II5588.51502.976091.48经上分析选方案1，比较合理4、室内燃气管道设计说明4.1、总则4.1.1.本说明系一般说明，凡有特殊要求以施工图为准。4.2.2.图中标注尺寸，管长、标高以米为单位，其余以毫米为单位。4.3. 3.图中标高以室内地坪为±0.00。4.2、一般规定4.1.1.燃气管道与采暖、给水、排水、管道交叉敷设时，一般燃气管道应在上面跨越。4.2.2.凡是敷设有燃气管道的房间均不得住人，亦不得作为易燃、易爆品、危险品仓库。4.3.3.燃气锅炉应设单独烟道。4.3、管材及连接方式 室内外燃气管道分别采用镀锌钢管和普通碳素钢钢管；室内管采用丝接和焊接，室外管采用焊接。4.4、管道的安装4.4.1.引入管采用镀锌钢管，埋地部分必须作防水。4.4.2.引入管与建筑物垂直引入，当引入管采用地下引入方式，其和庭院管道相连时，一般从庭院管道上部连接，并且宜采用两个三通、两个丝堵的连接方式，不得用弯头。4.4.3.引入管必须在冰冻线以下，并且应保持不小于5 的坡向庭院管道的坡度。4.4.4.室内水平燃气管道应有不小于3的坡度。（1）水平盘管坡向立管；（2）用户支管的表前管坡向立管，表后管坡向下垂管。4.4.5.立管的垂直度要求每层垂直偏差不大于±10mm。4.4.6.安装在总立管上的阀门一般距离地面0.81.0m， 阀门上端设一活接头，系统中的所有阀门均采用燃气管道专用旋塞或球阀，阀门朝向应以便于开关操作为原则。4.5、套管的安装 管道穿越建筑物基础、地沟、承重墙或楼板时，要设置钢套管，套管内的燃气管道不得有接口，套管还应符合下列要求： （1）穿建筑物基础或地沟时，套管两端应伸出200mm。 （2）穿承重墙时，套管两端应与墙面平齐。 （3）穿楼板时，套管下端应与天棚平齐，上端应伸出地面50100mm。 （4）套管与燃气管道之间的空隙填塞沥青油麻或用热沥青封口，套管与墙、楼板间的空隙填塞水泥沙浆，并抹平。 （5）套管规格见下表： 燃气管直径(mm)DN15 DN20 DN25 DN32 DN40 DN50 DN65 DN80 DN100 DN150套管直径(mm)DN32 DN40 DN50 DN65 DN65 DN80 DN100 DN100 DN150 DN200钢套管直径（穿地基、地沟、实体墙用）及钢套管（穿楼板用）(mm)40 70 80 100 4.6、活接头的安装 （1）在立管上隔层设置活接头，设置高度距本层地面1.50m。 （2）水平直管段长度在3m左右时，应设置活接头，以便安装和检修。4.7、燃气表的安装 （1）燃气表安装高度，一般情况下，表底距地面1.71.9m。 （2）燃气表左右垂直偏差应不大于±20mm。 （3）表背与墙应保持2550mm的净距。 （4）燃气表不宜安装在炉灶上面，其水平距离应大于0.5m。如果有特殊情况必须安装时，则表底与灶台垂直距离应不小于1.2m。4.8、管道的固定 （1）立管和下垂管均采用立管卡，立管上的立管卡每层设一个，高度距地面 1.51.7m，下垂管上的管卡应设在平口两叉上方100mm处。（2）水平管当管径不大于DN25时可采用钩钉，当管径大于DN40时应采用管托架，固定件间距不大于3m。4.9、其他未尽事宜 请参照城镇燃气设计规范(GB50028-2006)及城镇燃气输配工程施工及验收规范(CJJ33-89)执行。第二部分 燃气输配管网设计1. 设计依据：（参照设计任务书）（1）城镇燃气设计规范GB 50028-2006；城市燃气分类GB-T 13611-92；燃气工程技术手册；城市热力网设计规范。（2）城市规划图（1：10000）。（3）燃气成分（同第一部分）。（4）城市：福州市。（5）人口密度：550人/公倾。（6）气化率：85%。（7）工厂天然气大于50Nm3按中压供气，低压不予考虑。（8）选择管材为铸铁管或钢管、塑料管。2. 设计内容 本方案设计包括医疗机械厂、糖果厂两个集中用户；环网共七个，支路三条；两个区域调压器共同支配该管网的流量。计算管径、节点压力、节点流量等3. 管网水力计算3.1计算步骤 a.绘制管网平面图，对节点、管段、环网编号，并标明管道长度、集中负荷、气源或调压站的位置等 b.计算管网各管段的途泄流量。 c.按气流最短路径从供气点流向零点的原则，拟定环网各管段的燃气流向。气流的方向总是流离供气点，而不是逆向流动。d.从零点开始，逐一推断各管段的转输流量。e.求管网各管段的计算流量。f.根据管网允许的压力降和供气点到零点的管道计算长度（局部阻力损失通常取沿程损失的5%到10%），求单位长度允许的压力降，并预选管径。g.管网平差计算，求每环的校正流量，合所有封闭的环网压力降的代数和等于零或接近零，达到工程容许的误差范围。3.2计算公式（1）在使用以下燃气管道水力计算公式时有如下假设条件：燃气管道中的气体运动是稳定流；燃气在管道中的流动时的状态变化为等温过程；燃气状态参数变化符合理想气体定律。（2）流量计算a.居民生活年用气量式中 ：居民生活年用气量（NM3/年）； N：居民人数（人）；k：气化率（%）q:居民生活用气定额（KJ/人·年），本设计查城镇生活用气量指标取代东、中南地区无集中供暖用户的用气量指标（2200MJ/人·年）。：燃气低热值（KJ/Nm3）。b.工业企业年用量式中 ：公共建筑年用气量（NM3/年）； ：其它燃料年用量（t/年）；：其它燃料的低发热值（KJ/Nm3）；：其它燃料燃烧设备的热效率（%）；：燃气燃烧设备的热效率（%）。c.未预见量 城市用气量中还应计入未见量，它包括管网的燃气漏损量和发展过程中未预见的供气量。一般预见量按总量的5%计算。d.城市燃气分配管道的计算流量式中 Q：计算流量（Nm3/年）； ：月高峰系数；：日高峰系数；：小时高峰系数。 居民用户的一般取2.544.99。此外，公共建筑、及工厂的最大小时流量可按下式计算，式中 ，一班制工业企业n取20003000；两班制n取35004500；三班制n取60006500。本方案设计的工厂均为两班制。见附表1：各环网中的居民用户用气量计算见附表2：工厂用气量计算铸铁管低压紊流压力降计算（Re>3500）上两式中 ：压力降（Pa）； L：管道计算长度（m）； ：燃气的管段计算流量（）； ：管道内径（cm）； ：燃气的热力学温度（K）； ：标准状态下的温度（273K）。（3）校正流量式中 ：邻环校正流量的第一个近似值；：与该邻环共用管段的值。（4）精度要求低压管网中：式中 ：工程计算的精度要求，一般<10%。（5）管径的初步选取燃气的流速分经济流速和允许流速，不同的气质不同，不同的管材和压力也不同。一般钢管中压为15 m/s 20m/s，低压5m/s。结合天然气的经济流速与允许流速按埋地钢管骨架聚乙烯复合管燃气管道工程技术规程，取管道中的天然气低压流速为5m/s6 m/s做为选取管径的参考依据之一A.计算要求燃气管网进行水力计算，满足三个方程组：节点流量连续方程组Aq+Q=0；管段压力降方程组ATP=p；管段流量方程组q=C·p（在高压管网中p、P均表示2次方量）。其中城镇燃气低压管道从调压站到最远燃具的管道允许的压力损失为：式中、分别表示从调压站到最远燃具的管道允许的阻力损失及低压燃具的额定压力。天然气Pn2800Pa，代入式中，可得Pd=2250Pa；并取PL2250-7501500Pa（750包括室内及庭院的压力损失）为管网的计算压力。则对于高压站A而言，平均比摩阻为；同理，。并根据平均比摩阻及流量查图初步确定管径。该方案可与上述假设流速法方案做比较。用止式并考虑10%的沿程损失，求得：RAm= =3.2447 pa/m；RBm= =3.0483 pa/m用此方法做得到如下结果：零点从供气点到零点的压力与计算压力比较压力降利用率 31265Pa<1500 Pa84.33%5 1356Pa<1500 Pa90.40%121455Pa<1500 Pa97.00%14 1196 Pa<1500 Pa 79.73%15 1278 Pa<1500 Pa85.20%16 1325 Pa<1500 Pa88.33%3.3节点流量计算 管网中的节点流量包括：位于节点位置的集中流量；与节点相连的各管段中的集中流量折算到该节点的流量；与节点相连的各个管段中的沿线流量折算到该节点的流量。 规定节点流量流入为正、流出为负。根据质量守恒原理，在管网中，所有节点的流量代数和为零。 根据燃气气流的方向，按管段始点0.45、终点0.55的比例将沿线流量分摊到各节点。集中流量按用气点至前后点距离的反比例分摊到节点上。节点流量计算节点编号节点流量节点编号节点流量节点编号节点流量13.21 713.00 1311.21 27.93 816.08 146.06 326.16 916.82 152.26 49.18 109.63 165.75 55.26 115.49 64.44 1291.67 总和234.14 3.4校正结果经过一次校正计算，各环的误差值均在10%以内，因此计算合格。经过校正流量的计算，使管网中的燃气流量进行重新分配，因为集中负荷的预分流量有所调整，零点的位置有所移动。零点漂移：由于零点3、5、12、15、16的误差均接近于0，故在此只对零点14进行调整。管段10-14的计算流量由28.20Nm3/h减至22.53Nm3/h，因而零点向点10方向移动了Lm,L=0.46m经过上述流量校正，在一定程度上说明了计算达到了经济合理的效果，计算压力降已充分利用。3.5详细样图及计算结果见附图、表 设计总结课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。做好课程设计的感觉是很好的，能学到许多课堂上学不到的知识，对以后的实际动手操作也是很有帮助的。从这次燃气输配课程设计中，我明白了几点：第一，进行必要的准备是完成课程设计的前提。就像在完成第一部分的燃气基本性质计算时我们必须要掌握燃气的种类和性质才能进行计算。而在完成第二部分的输配管网设计就要求我们必须先掌握水力计算等相关课程知识，这样才能提高速度提高效率，而不是像无头苍蝇一样到处乱算，我们必须要把课堂上学到的知识应用到课程设计上来，达到事半功倍的效果。还有，无论课程设计的结果如何，我们一定要吸取教训，积累经验，这才是最重要的另外，必须要跟得上进度，每天踏踏实实独立的做好每一个步骤。这样才能更好的发现问题，一碰到不懂的就可以及时请教老师或者和同学们讨论，这能很好的培养我们的独立动手能力。这既是能力的要求，也是锻炼一个人做事的态度。如果专业基础都没打好，以后从事这个燃气行业也只会寸步难行。所以说，有一个良好、认真的课程设计态度是十分重要的。 在此要感谢我的指导老师候老师和高老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次设计的最大收获和财富，使我终身受益。 参考文献1、燃气输配（第四版），段常贵，2011年，中国建筑工业出版社2、燃气燃烧与应用（第四版），同济大学等，2011年，中国建筑工业出版社3、流体输配管网（第三版），付祥钊，2010年，中国建筑工业出版社4、城镇燃气设计规范GB 50028-2006，2006年，中华人民共和国建设部附表1：各环网中的居民用户用气量计算各环居民供气量计算环号面积（公顷）居民数每人年用气量（MJ/人.年）气化率最低热值（MJ/Nm3）居民年用气量Qy（Nm3/年）环周边长（m）沿环周边的单位长度途泄流量（Nm3（m.h）K1K2K3小时流量(Nm3/h)4.16228822000.85114.97 37214.58 815.00 0.022 1.151.2317.59 4.04222222000.85114.97 36141.08 804.00 0.021 1.151.2317.08 4.252337.522000.85114.97 38019.70 825.00 0.022 1.151.2317.97 4.392414.522000.85114.97 39272.11 841.00 0.022 1.151.2318.56 5.172843.522000.85114.97 46249.85 921.00 0.024 1.151.2321.86 5.52303622000.85114.97 49380.88 946.00 0.025 1.151.2323.34 5.04277222000.85114.97 45086.89 901.00 0.024 1.151.2321.31 Q=137.71(Nm3/h) 附表2：工厂用气量计算工厂用气量计算工厂燃料类型耗热指标（千卡/月）班制燃气低热值（MJ/Nm3）工厂年用气量（Nm3/年）工厂小时流量（Nm3/h）暖水瓶厂液化石油气二114.97.97 79.29糕点厂液化石油气二114.9735826.95 16.93