重庆大学燃气输配课程设计报告书Word文件下载.docx
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4.《燃气工程技术手册》同济大学出版社
(3)绘图:
①燃气管道平面布置图(2号图纸1张)
②燃气管道水力计算图(2号图纸1张)
1.2城市规划概述及气源条件
(1)城市规划概况
1)城市规模
1.镇域总人口预测
2010年4.20万人
2020年5.50万人
2.城镇化水平预测
近期2010年为30%,城镇人口将达到约1.26万人;
远期2020年为55%,城镇人口将达到约3.00万人。
3.镇域村镇体系规划范围是镇行政辖区,面积215平方公里。
规划区范围为北至黄山村、合阜、花山村;
东至镇区红岭河;
南至香泉村;
西至长江沿岸,规划区总面积30.57km2。
2)城市布局
规划形成“一轴一核三组团”的空间发展结构
一轴:
即沿327省道形成建设发展廊道。
一核:
香口温泉保护性开发区。
三组团:
香隅中心镇区、化学工业园区、香口港区。
3)管道走廊
根据道路横断面布置图,并与各管线工种进行充分的工种协调,并经城市规划建设管理部门比准,燃气干管敷设在道路的东侧或北侧的车行道上,管道中心距离道路边线的距离为1.5m。
(2)气源
1)规划区内现状没有燃气输配系统。
近期将有一条设计压力0.4Mpa的管输天然气供应本区,气源点位置在香隅北部。
2)天然气容积成分,工业用气占居民生活总用气比例见下表。
天然气容积成分表
成分
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
CO2
N2
体积分数(%)
96.12
1.83
1.13
0.62
0.2
0.1
1.3基础设计资料汇编
(1)规划区内目前无气源,近期将有管输天然气供应本区,引入设计压力为0.35MPa,引入点位置分别为北边。
(2)天然气容积成分见下表
注:
工业用气占居民生活总用气比例为30%
(3)用气指标
1)居民生活用气定额详见《燃气工程技术手册》,推荐参考指标(重庆)2720[MJ/(人.年)]。
2)商业用气定额详见《城镇燃气设计规范》(GB50028-2006)
公共建筑用气指标
类别
单位
用气量指标
职工食堂
MJ/(人·
年)
1884~2303
饮食业
MJ/(座·
7955~9211
托儿所
幼儿园
全托
1884~2512
半托
1256~1675
医院
MJ/(床位·
2931~4187
旅馆
招待所
有餐厅
3350~5024
无餐厅
670~1047
高级宾馆
8374~10467
理发
次)
3.3~4.19
千人指标参照表
公共建筑类别
比例数
食堂与餐饮
10座/100人
0.5床/100人
宾馆、旅馆
0.2床/100人
学校
16人/100人
幼儿园、托儿所
3人/100人
12次/(人·
a)
注:
千人指标参考重庆市统计年鉴确定
3)工业用气定额:
按居民用气的30%进行估算
(4)不均匀系数的选取
月高峰系数取1.1~1.3;
日高峰系数取1.05~1.2;
小时用气工况见教材P40表2-1。
2燃气的物理化学性质的确定
2.1混合气体的平均分子量
混合气体的平均分子量按下式计算
M=∑yiMi=y1M1+y2M2+y3M3+……+ynMn
M——混合气体的平均分子量(kg/kmol)
y1、y2……yn——混合气体中各组分的摩尔分数(气体的摩尔分数与体积分数数值相等)
M1、M2……Mn——混合气体中各组分的分子量(kg/kmol)
2.2混合气体的运动粘度
混合气体的动力粘度可以近似地按下式计算
μ——混合气体在0℃时的动力粘度(Pa·
s)
g1、g2……gn——混合气体中各组分的质量分数
μ1、μ2……μn——混合气体各组分在0℃时的动力粘度(Pa·
混合气体的运动粘度为式(2-3)
υ=
2.3混n合气体的平均密度(273.15K、101.325kPa)
混合气体的平均密度按下式计算
ρ=∑yiρi=y1ρ1+y2ρ2+y3ρ3+……+ynρn
ρ——混合气体的平均密度(kg/m³
)
ρ1、ρ2……ρn——标准状况下混合气体中各组分的密度(kg/Nm³
2.4混合气体的低热值
按公式计算
式中
—混合物气体的平均低热值
—各单一气体的容积成分(%)
—各单一气体的低热值
2.5混合气体的临界参数
按下式计算
—混合气体的临界压力;
—混合气体的临界温度;
…
—各单一气体的临界压力;
—各单一气体的临界温度;
y1…yn—各单一气体容积成分(%)
2.6混合气体的物理化学参数表
根据上述公式计算得结果列入下表中。
混合气体的物理化学参数表
参数及单位
数值
分子量M
16.901
运动粘度v*10-6(㎡/s)
11.64
密度ρ(㎏/Nm3)
0.759
低热值Ht(MJ/Nm3)
37.51
临界温度Tc(K)
196.77
临界压力Pc(MPa)
4.64
3各类用户年用气量
3.1供气原则及供气对象
3.1.1.供气对象
按照用户的特点,城市燃气供气对象一般分为下列三个方面并考虑未预见量:
(1)居民生活用气
居民用户是城市供气的基本对象,也是必须保证连续稳定供气的用户。
(2)商业及公共建筑用气
公共建筑包括职工食堂、饮食业、幼儿园、托儿所、医院、旅馆、理发店、浴室、洗衣房、机房、学校和科研机关等,燃气主要用于炊事和生活用热水。
对于学校和科研机关,燃气还用于实验室。
(3)工业企业用气
工业企业用气主要用于生产工艺。
此外,城市燃气也可用作供暖、空调及汽车能源。
3.1.2.供气原则
(1)首先应供气给居民、公建用户,以居民生活用气为优先
(2)优先满足城镇居民炊事和生活用热水用气。
尽量满足托幼、医院、学校、旅社、食堂和科研等公共建筑的用气。
人工煤气一般不供应采暖锅炉用气。
如天然气量充足,可发展燃气供暖和空调。
(3)应优先供应在工艺上使用燃气后,可使产品产量及质量有很大提高的企业
(4)使用燃气后能显著减轻大气污染的工业企业。
作为缓冲用户的工业企业。
其他用户只有在技术经济论证之后,合理才能使用
(5)工业与民用供气的比例
城市燃气在气量分配时应兼顾工业与民用。
在发展城市燃气的初期,由于民用用户发展较慢,在一定时期内,工业用气比例往往较大。
但随着民用用户的逐步发展,民用供气的比例就会逐渐提高。
在正常情况下,工业与民用的供气量应有一定的比例。
这个比例的确定既要从城市燃气供应和需求的具体情况出发,也要考虑发展一定数量的工业用户。
因为工业企业具有用气比较均匀的特点,所以工业企业用气量在城市用气量中占有一定的比例将有利于平衡城市燃气使用的不均匀性,减少燃气储存容量。
此外,为了平衡城市燃气供应的季节不均匀性及调节日高峰负荷,可发展一定数量的工业用户作为缓冲用户。
3.2居民生活年用气量
Qa=
Qa——居民生活用气量(Nm³
/a)
N——居民人口数(人)
k——气化率(%)
q——居民生活用气额定(kJ/人·
Hl——燃气低热值(kJ/Nm³
其中,N取30000人,q取2720000kJ/人·
a,k取100%,Hl为37510kJ/Nm³
计算得Qa=217.54万m3/a。
3.3公共建筑年用气量
式中:
—小型公共建筑年用气量(万Nm3)
—人口数(远期为3万人)
—气化率(远期取90%)
-千人指标数(床(座)位/千人)
-居民用气量指标(
-燃气低热值
3.4工业用户年用气量
根据工业用气量占居民及公共建筑用气量总和30%的方法计算
3.5燃气汽车年用气量
Qa——燃气汽车用户年用气量(Nm³
L——各类汽车万人指标(辆/万人)
N——居民人口数(万人)
q——各类汽车用户用气额定(kJ/辆·
3.5未预见量
未预见量按总用量的5%计算。
3.6年用气量汇总
远期各类用户年用气量平衡表(万m3/a)
用户类别
居民
商业
工业
燃气汽车
未预见量
合计
小计
974.91
234.33
1062.74
10903.36
177.12
3542.45
比例
27.52%
6.61%
30%
30.86%
5%
100%
注:
城市气化率远期为100%
4各类用户用气工况
4.1日用气工况及用气量计算
采用不均匀系数法计算。
日用气量计算公式为
—某类用户的月用气量(万m3)
—该类用户的年用气量(万m3)
—月不均匀系数
—日不均匀系数
结果如下
远期各类用户日用气量平衡表(m3/d)
未预见
38462
9245
45421
6988
16062
比列(%)
28.3
6.8
33.4
26.4
5.1
100
4.2小时用气工况及用气量计算
小时计算流量计算公式为
—小时不均匀系数
居民和公共建筑小时最大用气量发生在10-11时,此时小时高峰系数为2.7。
工业企业小时最大用气量发生在17-18时,其小时高峰系数为1.33
远期各类用户小时计算流量表(m3/h)
序号
小时计算流量
高峰时段
1
居民
4808
10-11
2
1156
3
2366
17-18
4
2247
5
873
6
11449
5设计方案及管网布置
5.1燃气管网系统选择和管网布线原则;
(1)燃气管网系统选择
对于本次管网系统选择,宜选用中压管网系统进行输气,从经济性,实用性角度出发宜选用钢管。
起源站设于城市北边,符合常年风向最小的条件,既方便本县用气又可以为邻县供。
(2)管网布线原则
城市里的燃气管道均采用地下敷设。
所谓城市燃气管道的布线,是指城市管网系统在原则上选定之后,决定个管段的具体位置。
地下燃气管道宜沿城市道路、人行便道敷设,或敷设在绿化地带内。
在决定城市中不同压力燃气管道的布线问题时,必须考虑到下列基本情况:
①管道中燃气的压力
②街道及其他地下管道的密集程度与布置情况
③接到交通量和路面结构情况,以及运输干线的分布情况
④所属送燃气的含湿量,必要的管道坡度,接到地形变化情况
⑤与该管道相连结的用户数量及用气情况,该管道是主要管道还是次要管道
⑥线路上所遇到的障碍物情况
⑦土壤性质、腐蚀性能和冰冻线深度
⑧该管道在施工、运行和万一发生故障时,对交通和人民生活的影响
在布线时,要决定燃气管道沿城市街道的平面与纵断面位置。
由于输配系统各级管网的输气压力不同,其设施和防火安全的要求也不同,而且各自的功能也有所区别,故应按各自的特点进行布置。
5.2各类用户用气压力的确定;
居民及商业用户:
低压(一般额定压力为2000Pa)
工业用户:
≥0.08MPa(中压或低压)
调压箱(柜):
≥0.05MPa
5.3设计方案及供气工艺流程;
一般来说,城市供气压力较高,输配管网的管径较小,投资越少。
但是,供气压力受安全距离的限制。
《城镇燃气设计规范》(GB50028-2006),对城镇燃气输送压力进行分级,如下表:
城镇燃气设计压力(表压)分级
名称
压力(Mpa)
高压燃气管道
A
2.5<P≤4.0
B
1.6<P≤2.5
次高压燃气管道
0.8<P≤1.6
0.4<P≤0.8
中压燃气管道
0.2<P≤0.4
0.01≤P≤0.2
低压燃气管道
P<0.01
管网压力级制采用中压一级系统。
供气方式采用中压配气、楼栋调压、低压进户的供气方式。
6管网水力计算
6.1各级管网压力及计算压力降的确定;
该县城采用中压A环网配气,中压干管计算压力降选择:
起点0.35MPa;
末端最低压力0.20MPa。
考虑60%~70%的压降利用系数,计算压力降可以达到105KPa。
起点处附加一个标准大气压即绝对压力为0.45MPa。
首先依据管网布置图将整个县城的燃气用户占地面积算出,标出节点,然后利用比例法将每个环所供的用户的总需气量算出,进而算出管段流量,节点流量,最后从供气起点一直到供气零点算出每个节点的压力值,算出管段计算压力降及压降利用系数。
6.2管道计算流量确定;
燃气管道均采用地下敷设。
所谓城市燃气管道的布线,是指城市管网系统在原则上选定后,决定各管段的位置。
6.2.1管段途泻流量
途泻流量的计算公式
——管段途泄流量(Nm3/h);
——单位长度途泄流量(Nm3/(m·
h));
——管段长度(m);
单位长度途泻流量
的值该管段所在的所有的环上的单位长度途泻流量之和。
环内支管的长度计算在环总长度上,小时计算流量值采用环内面积比例法算得,即:
——环内小时计算流量(Nm3/h);
——环内供气面积(m2);
——环内环外的各区域供气面积;
——供气总的小时计算流量(Nm3/h);
其中,环外支管的流量计算与环内相似。
小时计算流量工业区与居民、公共建筑区分开计算,未预见用气量按二者的比例折算到工业用气量与居民、公共建筑用气量之中。
计算流量按照远期的用气量进行。
各环的单位长度途泄流量
环号
面积
(km²
用气量
(Nm³
/h)
本环供气量
环周长(m)
沿环周边的单位长度途泄流量
/(m·
h))
一
163
265
486
751
6119
0.1228
二
117
1032
149
1281
5730
0.2236
三
183
828
230
383
1441
7827
0.1841
四
205
2091
360
73
2524
8981
0.2810
五
159
776
65
403
1244
6128
0.2030
6.2.2管段转输流量
初步计算时,转输流量
按照上游管段平均分摊下游管段的途泻流量与转输流量之和的原则进行计算。
从最末端开始依次计算到始端,支管末端的转输流量为0。
6.2.3管段节点流量
管网流向确定之后,个节点的流量计算根据节点所在管段的途泻流量确定。
计算公式如下:
(管段始端为i、终端为j)
式中
——从i节点到j节点管段途泻流量,Nm3/h;
、
——节点流量,(Nm3/h);
6.2.4管段计算流量
管段计算流量的计算公式为:
——管段途泻流量,Nm3/h
——管段转输流量,Nm3/h
各管段的计算流量
管段
途泄流量
0.55*途泄流量
转输流量
计算流量
环一
1—7
395
217
4890
5107
1—5
534
294
3151
3445
7—6
337
185
457
642
6—5
241
133
589
环二
1—2
247
136
2233
2368
2—12
142
78
2—3
620
341
1471
1812
5—10
309
170
2144
2314
4—3
367
202
1673
环三
6—10
801
440
112
553
7—8
485
267
3611
3878
8—9上
827
455
9—10
225
124
环四
5—4
4—11
306
169
3—10
1613
887
1000
环五
8—9下
1567
862
6.3管网水力计算
6.3.1管网水力计算步骤
1)绘制管网系统平面示意图,对节点、管段、环网进行编号,标明管道长度、门站位置。
2)计算出管网各管段的途泄流量。
3)按气流沿最短路径从供气点流向零点的原则,确定环网各管段中的燃气流向。
气流方向总是远离供气点,而不应逆向流动。
本次设计初步选择一个零点。
4)从零点开始,逐一计算个管段转输流量,求出各管段计算流量。
5)根据管网允许的压力降以及供气点(门站)至零点的管段计算长度,求取单位长度允许压力降,进而预选管径。
计算中局部阻力损失取为沿程阻力损失的10%。
6)根据中压燃气管道摩擦阻力损失计算公式,求出单位长度压力降,以及每个环的闭合差。
单位长度压力降的计算公式如下:
——管道内表面当量粗糙度,此次采用塑料管,取值为0.01mm
——起点压力与终点压力的平方差,
——燃气管道起点压力,KPa
——燃气管道终点压力,KPa
——燃气管道计算长度,m
——燃气管道计算流量,Nm3/h;
——燃气管道内径,mm。
中压管网压力降闭合差的计算公式为:
——环网内各管段起点压力与终点压力的平方差,
——环网内各管段起点压力与终点压力的平方差的绝对值,
——工程计算精度要求值,一般取10%。
7)管网平差计算,求出每个环的校正流量,使所有封闭环的网压力降的代数和等于0或接近于0,使闭合差达到工程要求。
环网校正流量的计算公式:
——环网内各管段计算流量,Nm3/h;
——邻环校正流量第一个近似值,Nm3/h;
——与该邻环公用管段的
值。
当一次校正后闭合差还不满足要求时,进行二次校正,直至闭合差满足工程要求。
6.3.2中压管网水力计算结果
中压环状管网水力计算表1
管段号
长度(m)
管段流量(Nm³
管径(mm)
单位压力降(kpa²
/km)
管段压力降(kpa²
△p/Q
Ⅰ
2880.3
5106.9
250.0
5991.6
17257.6
3.4
1098.3
641.9
100.0
11718.2
12870.1
20.0
597.9
589.3
9908.9
5924.6
10.1
1542.9
3444.8
200.0
8783.4
13551.9
3.9
49604.2
37.4
不平衡率
21.5
Ⅱ
1104.0
2368.5
150.0
18703.2
20648.3
8.7
1744.3
1811.7
11023.0
19227.5
10.6
727.3
1672.8
9421.3
6852.1
4.1
611.6
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