燃气输配课程设计报告.docx
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燃气输配课程设计报告
第一章、管道设计基础资料
1.1现状管道接口位置
管道接入处如图所示,根据导师设计要求,选择A处接入
1.2燃气压力
接入点市政燃气管网的压力等级为中压,设计压力均为0.2MPa,小区内末端压力≮0.15MPa,低压管网设计压力为0.01MPa,煤气表前压力≮3000Pa。
管道坡度≮0.3‰;
灶前额定燃气压力要求:
R2燃料2000Pa
1.3土壤性质及腐蚀性能
土壤性质:
华北平原地带性土壤为棕壤或褐色土。
腐蚀性能:
我国华北地区的土壤一般为中碱性土壤。
土壤pH值一般为7.0~8.5;SO42-含量占土壤重量的0.005%~0.045%;Cl-的含量占土壤重量的0.002%~0.012%;Mg2+含量占土壤重量的0.001%~0.002%。
1.4气候条件
小区位于华东某平原区域,属亚热带南缘季风气候区,冬夏长春秋短,温暖潮湿,雨量充沛。
气温:
年平均气温16度;
地温:
数据缺失;
地下水位线:
26.55米(以2016年6月30日北京市885个地下水位监测点数据为例)
极限冻土深度≯0.3m;
1.5供气区域规划平面图和现状平面图(管线综合图)
CAD图见附录
1.6其他地下管道布置的规划图和现状图
数据缺失
1.7燃气成分及物性参数
1.7.1基本气体性质
按任务书要求,选用石油伴生气:
甲烷①
丙烷②
正丁烷③
按丙烯④
二氧化碳⑤
氧气⑥
氮气⑦
体积分数(%)
81.7%
6.20%
4.80%
4.90%
0.30%
0.20%
1.90%
分子式
CH4
C3H8
C4H10
CmHn
CO2
O2
N2
分子量M
16.043
44.097
58.124
42.081
44.0098
31.9988
28.014
摩尔容积VM
22.3621
21.9362
21.5036
21.99
22.2601
22.3923
22.403
密度ρ
0.7174
2.0102
2.703
1.9136
1.9771
1.4291
1.2504
相对密度S(空气=1)
0.5548
1.554
2.09
1.479
——
——
——
气体常数R
517.1
184.5
137.2
193.8
188.74
259.585
296.66
临界参数
临界温度TC
191.05
368.85
425.95
364.75
304.2
154.8
126.2
临界压力PC
4.6407
4.3975
3.6173
4.7623
7.3866
5.0764
3.3944
临界密度ρC
162
226
225
232
468.19
430.09
310.91
热值
高热值Hh
39.842
101.266
133.886
93.667
——
——
——
低热值HL
35.902
93.24
123.649
87.667
——
——
——
爆炸极限
爆炸上限Lh(体积%)
5
2.1
1.5
2
——
——
——
爆炸下限LL(体积%)
15
9.5
8.5
11.7
——
——
——
粘度
动力粘度
10.393
7.502
6.835
7.649
14.023
19.417
16.671
运动粘度
14.5
3.81
2.53
3.99
7.09
13.6
13.3
无因次系数C
164
278
377
321
266
131
112
沸点t(℃)
-161.49
-42.05
-0.5
-47.72
-78.2
-182.98
-195.78
定压比热CP
1.545
2.96
4.13
2.675
1.62
1.315
1.302
绝热指数K
1.309
1.161
10144
1.17
1.304
1.4
1.402
导热系数
0.03024
0.01512
0.01349
0.01467
0.01372
0.25
0.02489
1.7.2混合物容积组成、质量组成
(1)容积组成r
序号
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
名称
甲烷
丙烷
正丁烷
按丙烯
二氧化碳
氧气
氮气
体积分数(%)r
81.7%
6.20%
4.80%
4.90%
0.30%
0.20%
1.90%
(2)质量组成g
序号
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
名称
甲烷
丙烷
正丁烷
按丙烯
二氧化碳
氧气
氮气
g
0.6119
0.1276
0.1302
0.0963
0.0062
0.0030
0.0248
1.7.3平均分子量
M=21.421359
1.7.4平均密度和相对密度
(1)平均密度
ρ=0.9668057
(2)相对密度
混合气体相对密度计算公式
S=0.74772289
1.7.5虚拟临界压力、虚拟临界温度
(1)虚拟临界压力
PCm=4.5678862(Mpa)
(2)虚拟临界温度
TCm=220.8949(K)
1.7.6粘度
混合气体动力粘度计算公式
μ=9.1232887666×10^-6m2/s
t=20℃混合气体动力粘度
T=273.15+20=293.15K
μt=9.72684688×10^-6m2/s
计算密度
ρ=0.97847073kg/立方米
运动粘度=9.940866477×10^-6m2/s
考虑到理想气体与实际气体的差异,将运动粘度调整为软件计算的10.6739×10^-6m2/s
手算误差为6.87%
计算软件基于REFPROP模型.ap1700./DefineNewMix.htm
1.7.7热值
计算得到:
HH=49.845617MJ/m3
HL=45.343649MJ/m3
1.7.8爆炸极限
爆炸上限:
3.968768355%
爆炸下限:
13.95575413%
1.8供气区域用户、用气量资料
该小区内地势平坦,本设计的范围仅包括小区平面图中划定区域内的1#~8#楼房,共8栋,各栋楼房居民户数分配方案如下表所示:
合计220单位(户)
1.8.1确定用户燃具
各户居民均选用海尔公司产YZ12T-2型双眼灶具,不考虑其他燃气具,燃具额定热负荷:
4.1kW,灶前额定燃气压力要求:
R2燃料2000Pa;
1.8.2每户用气量的确定
燃气额定热负荷:
4.1kW;
式中:
---灶具额定用气流量(
)
---为本设计所用天燃气的低热值(
)
每户用气量:
Qn=4.1*3600/45.344=0.3255m3/h
1.8.3每栋用气量
查表得同时工作系数,利用公式计算出每一栋的计算流量
方案
1#楼
2#楼
3#楼
4#楼
5#楼
6#楼
7#楼
8#楼
合计
H2(户数)
22
24
18
20
30
24
40
42
220
同时工作系数
0.442
0.434
0.462
0.45
0.4
0.434
0.39
0.388
每栋用气量
3.165
3.390
2.707
2.930
3.906
3.390
5.078
5.304
29.870
第二章、水力计算
2.0燃气管网布线
小区内燃气管道采用地下敷设,地下燃气管道宜沿城镇道路敷设,一般敷设在人行便道或绿化带内。
本设计为八栋居民楼供应燃气,由小区平面图可以确认管线采用枝状布置。
(一)布线原则应考虑:
(1)管道中燃气的压力;
(2)街道地下其他管网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)所输送燃气的含湿量,输送是燃气要考虑必要的管道坡度,而输送干燃气则不用考虑管道坡度;
(5)与该管道相连接的用户数量及用气量情况,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、运行和发生故障时,对城镇交通和人民生活的影响。
(二)低压管网的燃气布置
低压管网的主要功能是直接向各类用户配气,低压管网的布置一般应考虑:
(1)燃气管网的输气压力低,沿程压力降的允许值也较低,故低压管网成环时变长一般应控制在300~600m之间。
(2)为保证和提高抵押管网的供气可靠性,给低压管网供气的相邻调压站之间的管道应成环布置。
(3)有条件时低压管网应尽可能布置在街坊内兼作庭院管道,以节省投资。
(4)低压管道应按规划道路布线,并应与道路轴线或建筑物的前沿相平行,尽可能避免在高级路面下敷设。
(5)低压管道仅在调压室出口设置阀门,其余一般不设阀门。
为了保证在施工和检修时互不影响,也为了避免由于泄漏出的燃气影响相邻管道的正常运行,甚至逸入建筑物内,地下燃气管道与建筑物、构筑物以及其他各种管道之间应保持必要水平净距。
见下表。
表3.3地下燃气管道与建筑物,构筑物或相邻管道之间的水平净距表(m)
项目
地下燃气管道
低压
中压B
中压A
次高压B
次高压A
建筑物的
基础
外墙面
0.7
—
1.0
—
1.5
—
—
4.5
—
6.5
给水管
0.5
0.5
0.5
1.0
1.5
污水、雨水排水管
1.0
1.2
1.2
1.5
2.0
电力电缆
直埋
在导管内
0.5
1.0
0.5
1.0
0.5
1.0
1.0
1.0
1.5
1.5
通讯电缆
直埋
在导管内
0.5
1.0
0.5
1.0
0.5
1.0
1.0
1.0
1.5
1.5
燃气管道
DN≤300mm
DN>300mm
0.4
0.5
0.4
0.5
0.4
0.5
0.4
0.5
0.4
0.5
热力管
直埋
热水
蒸汽
1.0
1.0
1.0
2.0
1.0
2.0
1.0
2.0
1.5
3.0
在管沟内
1.0
1.0
1.5
1.5
2.0
电杆基础
≤35kV
>35kV
1.0
2.0
1.0
2.0
1.0
2.0
1.0
5.0
1.0
5.0
通讯照明电杆
1.0
1.0
1.0
1.0
1.5
铁路路堤坡脚
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
有轨电车钢轨
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
街树
0.75
0.75
0.75
1.2
1.2
在本设计中,地下管道与各楼水平净距均保持≥3m。
其他应遵从低压管线的布线原则。
2.1水力图
2.2确定各管段计算流量
以6-5为例:
计算流量为5#楼的计算流量3.906立方米/小时。
进而确定每一管段计算流量
见附表
2.3允许压力降
灶前额定燃气压力要求:
R2燃料2000Pa
所以
=0.75×2000+150=1650pa错误:
(入户管压降分配未分配)
0-1-7-8-9-17为最长管线,长度为200米
所以单位长度与允许压降为8.25pa/m
2.4预选管径
根据管段的计算流量及单位长度的允许压力降预选管径
以14-6管段为例:
查《燃气工程设计手册》图11-1-1
单位长度与允许压降为8.25pa/m,计算流量为3.9立方米/小时
得到初选标准管径为:
25mm
其他管段见附表
2.5管道壁厚计算
使用公式:
求直管壁厚
名称
符号
单位
数值
说明
设计压力
P
MPa
0.01
管子外径
Do
mm
许用应力
[σ]t
MPa
查附表
焊缝系数
φ
无缝钢管取1,焊接钢管查表
修正系数
Y
查附表
计算壁厚
So
mm
判断公式
是否可用
Do/6
mm
P/[σ]t
腐蚀裕量
mm
根据设计需要填写
壁厚负偏差
mm
参考厂家数据
加工减薄量
mm
附加裕量
C
mm
包括腐蚀裕量、壁厚负偏差和加工减薄量
选用壁厚
S
mm
S=So+C
《石油化工管道设计器材选用通则》(SH3059-2001)
《工业金属管道设计规范》(GB50316-2000)(2008年版)
许用应力查《石油化工装置工艺管道安装设计手册》(第一篇)(第三版)P654
以14-6为例计算壁厚:
选管径为DN25
壁厚负偏差0.4375腐蚀裕量1.5加工减薄量0所以附加裕量C为1.9375
设计压力为0.01MPa,许用应力100修正系数Y=0.4
计算得到S=1.93874995取壁厚2mm
公称
直径
壁厚负
偏差
腐蚀裕量
加工减薄量
附加
裕量
C
P
D0
许用应力
焊缝系数
修正系数
计算壁厚
S0
选用壁厚
mm
DN25
0.4375
1.5
0
1.9375
0.01
25
100
1
0.4
0.00124995
1.93874995
DN32
0.4375
1.5
0
1.9375
0.01
32
100
1
0.4
0.001599936
1.939099936
DN40
0.5
1.5
0
2
0.01
40
100
1
0.4
0.00199992
2.00199992
DN50
0.4375
1.5
0
1.9375
0.01
50
100
1
0.4
0.0024999
1.9399999
根据国家标准与钢管生产企业产品规格,选取所有管道壁厚为3.0mm
2.6计算内径
根据预选的标准管径,与标准管径的外径、选取的管道壁厚计算管道内径
查附表DN25标准外径为32mm,计算得到内径为26mm
DN32标准外径为38mm,计算得到内径为32mm
DN40标准外径为45mm,计算得到内径为39mm
DN50标准外径为57mm,计算得到内径为51mm
2.7摩擦阻力损失
注意:
此处钢管公式错误
取:
运动粘度为10.6739×10^-6m2/s
绝对粗糙度为0.15
绝对温度293.15k
燃气密度0.9668kg/Nm3
以管段12-4为例
流速
阻摩系数
=1.66
其他管段见附表
2.8局部阻力损失
以管段14-6为例:
有1个旋塞ζ=2Σζ=2
L2=2×26/0.0411=1.2662m,其他见附表
2.9附加压头
2.10校核、确定压力级制、调压方式
计算管路总压降
0-1-2-3-4-5-6-141487.296Pa
0-1-7-8-9-171620.822Pa
小于并趋近于允许压降1650Pa,所以通过校核。
压力级制为低压,调压方式为一级调压。
管材为无缝钢管
第三章、管材与设备选型
无
缝
钢
管
DN25、DN32、DN40、DN50
GB/T8163-1999
(输送流体用无缝钢管)。
材质(牌号)为10、
三
通
DN25、DN32、DN40、DN50
直角弯头
DN25
旋塞阀
调压箱
主要技术参数:
进口压力范围
P1:
0.02-0.4MPa
出口压力范围
P2:
1-5KPa
5-30KPa
30-150KPa
调压精度P2:
≤±5%
关闭压力Pb:
1.2-1.25
工作温度:
-40℃~60℃
凝水缸
DN25凝水缸×2
阀
门井
质量保证措施
1.测量放线实行放线复测制,以确保放线准确。
2.混凝土浇筑严格执行混凝土浇灌申请单制度,隐蔽工程必须经过验收签字后方可进行下道工序。
3.设置能独立行使权力的专职质检员,同时班组设置兼职质检员。
试验人员按照国家规范要求对原材取样试验,按要求留置砼试块。
第四章、管道防腐设计
参考文献
《燃气输配》(第五版)段常贵主编
《工业金属管道设计规范》GB50316-2000(2008年版)
《流体输送用无缝钢管》GB-T8163-1999
《城镇燃气设计规范》GB50028-2006
《建筑燃气设计手册》袁国汀主编
《燃气工程设计手册》严铭卿主编
《燃气工程制图标准》CJJ/T130—2009
《燃气管道工程技术手册》(2009年版)
《石油化工管道设计器材选用通则》(SH3059-2001)
《工业金属管道设计规范》(GB50316-2000)(2008年版)
《石油化工装置工艺管道安装设计手册》(第一篇)(第三版)P654
《天然气流量计量中气体密度的计算》魏凯丰、张作群、王建
《天然气混合气体粘度和雷诺数计算研究》魏凯丰、宋少英、张作群
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