燃气输配工程课程设计说明书改版.doc

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1、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、

2、 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

3、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（1.716.0430+1.230.0700+8.842.0810+4.644.0970+53.856.1080+2658.1240+3.972.1510）=54.4773kg/kmol 式中y1、y2、y3、y4、y5、y6、 y7各单一气体的容积成

4、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（1.722.3621+1.222.1872+8.821.9900+4.621.9360+53.821.6066+2621.5036+3.920.891）=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=54.477

5、3/21.6206=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+

6、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(1.739.842+1.270.351+8.893.667+4.6101.266+53.8125.847+26133.886+3.9169.377)=123.544 MJ/Nm 低发热值： =1/100(1.735.902+1.264.397+8

7、.887.667+4.693.24+53.8 117.695+26 123.649+3.9156.733)=114.968 MJ/Nm 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=(6.393.6)/Hl=0.200Nm3/h 热水器额定用气量： Q=(153.6)/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

8、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

9、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

10、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

11、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/cmm）；（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/cmm）。 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）

12、； 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t3500）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

13、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=Cp（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

14、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 31265Pa1500 Pa84.33%5 135

15、6Pa1500 Pa90.40%121455Pa1500 Pa97.00%14 1196 Pa1500 Pa 79.73%15 1278 Pa1500 Pa85.20%16 1325 Pa1500 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

16、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28.2

17、0Nm3/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，

18、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

19、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

20、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)4.1622

21、8822000.85114.97 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