燃气设计说明

安徽建筑工业学院环境工程学院
课程设计任务书
课题名称：燃气输配
专业：建筑环境与设备工程
班级： ccccc
姓名: vvv
学号：bbbb
一、课程设计概况 1、课程设计的目的
本课程设计是《燃气输配》课程实践性教学环节之一。

通过本设计使学生巩固所学燃气输配的基本原理和基本知识，了解小区、建筑单体燃气工程设计的基本内容、基本原则和步骤；初步掌握使用各种规范、手册等技术资料的基本方法和技能。

2、课程设计题目
某小区庭院燃气管道设计
二、课程设计原始资料
天然气组分与参数:
组 分 CH 4
C 2H 6
C 3H 8
C 3H 6
CO 2
N 2
含量（%） 93.5 4.2 2.0 0.1 0.1 0.1 分子量
16.043 30.070 44.097 42.081 44.009 28.0134 摩尔容积（Nm3/kmol ） 22.362 22.187 21.936 21.990 22.260 22.403 密度（kg/Nm3） 0.7174 1.3553 2.0102 1.9136 1.9771 1.2504 动力粘度µ6
10⨯(Pa.s) 10.395 8.60 7.502 7.649 14.023 16.671 运动粘度6
10⨯ν(㎡/s) 14.5 6.41 3.81 3.99 7.09 13.3 高热值3/(m MJ H h ）
39.842 70.351 101.26 93.667 低热值3
/(m MJ H l =）
35.902 64.397 93.240 87.667 爆炸极限（体积%） 5-15
2.9-13
2.1-9.5
2-11.7
三、气源性质计算
1、平均分子量的计算
M=1001
100
1=∑i i M y (93.5×16.043+4.2×30.070+2.0×44.097+0.1×42.081
+0.1×44.0098+0.1×28.0134)=17.259kmol Nm /3 其中：M ---混合气体平均分子量
n y ---各单一气体容积 N M ---各单一气体分子量 N M ---各单一气体分子量
2 平均摩尔容积的计算
Mi i M V y V ∑=100
1
=0.01(93.5×22.3621+4.2×22.1872+2.0×21.9362+0.1×21.99+0.1×22.2601+0.1×22.403)
=22.353/Nm kmol
其中：M V ---混合气体平均摩尔容积 Mn V ---各单一气体摩尔容积
3、平均密度的计算
(1) 燃气的平均密度，即指单位体积燃气所具有的质量。

1122n n =0.01y +y ++y ρρρρ⨯（）
式中—：：混合气体平均密度（Kg/Nm 3）；
ρ1、ρ2…ρn ：标准状态下各单一气体的密度。

计算如下：
ρ=0.01×(93.5×0.7174+4.2×1.3553+2.0×2.0102+0.1×1.9136+0.1×1.9771+0.1 ×1.2504)=0.773 Kg/Nm 3 其中：ρ---燃气平均密度
（2）燃气的相对密度，即指气体的密度与相同状态的空气密度比值。

可按下式计算：
293.1ρ
=
s
式中，s —混合气体相对密度，空气为1；
ρ—混合气体平均密度，3/m kg ；
1.293—标准状态下空气的密度，3
/m kg 。

本设计中气源混合气体的相对密度为：
S=ρ/1.293=0.773/1.293=0.578
4、燃气的热值
燃气的热值是指单位数量的燃气完全燃烧时所放出的全部热量。

干燃气的热值用下式计算：
∑==
6
11001i hi
i h H
y H
∑==
6
1
100
1i li
i l H
y H
式中，
h
H —干燃气的高热值，3
/m MJ ；
l H —干燃气的低热值，3
/m MJ ；
i
y —组分i 的容积成分，%； hi H —组分i 的高热值，3
/m MJ ；
li
H —组分i 的低热值，3
/m MJ 。

本设计中气源的热值计算如下：
（1） 气源高热值计算：
6
1
1100h i hi i H y H ==∑ =0.01×(93.5×39.842+4.2×70.351+2.0×101.266+0.1×93.667)
=42.333
/m MJ 。

（2）气源的低热值计算：
∑==
6
1
100
1i li
i l H
y H
=0.01×(93.5×35.902+4.2×64.397+2.0×93.240+0.1×87.667)
=38.233
/m MJ 。

4.气源动力粘度计算
混合气体的动力粘度近似按下式计算：
∑==
6
1
100i i
i
g μ
μ
式中，μ—混合气体在0℃时的动力粘度，s Pa ⋅；
i
g —各组分的质量成分，% ；
i μ—各组分的动力粘度，s Pa ⋅。

1725.9
28.01340.144.00980.1 42.081
0.144.0972.030.0704.216.04393.51
=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=∑=n
i i
i M
y
91.861009.1725043
.165.934=⨯⨯=
CH g
32.71009.1725070
.302.462=⨯⨯=H C g
11.51009.1725097
.440.283=⨯⨯=H C g
24.01009.1725081
.421.063=⨯⨯=H C g
26.01009.17250098
.441.02=⨯⨯=CO g
16
.01009
.17250134
.281.02=⨯⨯=
N g
其中：n N g ---各组分的质量成分 单位%
综上：混合气体的动力粘度为：
s Pa g g g g g g n
n
n
⋅⨯=⨯+
++++=
++++++=
6622
1
1211005.1010671.1616
.0023.1426.0649.724.050.711.56.832.7395.1091.86100
..........μμμμ
其中：μ---混合气体在零度时的动力粘度 n μ---相应各组分在零度时的动力粘度
5.气源运动粘度计算
s m /1000.1310773
.005.10266⨯=⨯==
ρμν 其中：ν---混合气体的运动粘度
5、混合气体的热值
3
/101.43)
667.93005.0266.101035.0351.70043.0842.39905.0(m MJ H h =⨯+⨯+⨯+⨯=
3/961.38)
667.87005.024.93035.0397.64043.0902.35905.0(m MJ H l =⨯+⨯+⨯+⨯=
6、爆炸极限计算
05
.00
.21
.0%1.2)%1.00.2(0012.05
.931
.0%6.93)%1.05.93(2
8324===+====+=++比率比率N H C CO CH y y
查图可得%16~5/
1
=L %12~5.3/2=L
%
80.4)0
.21.09.22.4()5.31.256.93(100
)
()(100
2211/2
/
2/1/1=+++=
+++=L y L y L y L y L s
%73.15)7
.111.0132.4()121.2166.93(100
=+++=t L
综上，计算结果列表如下：
密度3
/kg Nm
动力粘
度
610(Pa.
s)
运动粘度
610(㎡
/s) 热 值
3/kJ Nm
爆炸极限
%
天然气 0.773 10.05 13.00
43.101-38.961 4.80/15.73
四、调压方式的确定及调压柜（箱）的选型
1.调压方式
该设计总有606户用户，采用低压单级管网系统，即由城市中压管网为气源，通过小区调压站调压柜调至低压,送至小区低压管网。

每栋楼每户居民装设一个双眼灶和一个快速热水器。

燃气双眼灶额定流量取1.0N 台⋅h m /3，家用燃气热水器额定流量取1.1N 台⋅h m /3。

现根据规范要求采用同时工作系数法计算燃气用气量。

2. 调压柜（箱）的选型
1 、每家用户同时安装一台双眼灶和一台燃气热水器。

计算每小时计算流量（同时工作系数法）。

燃气灶取1.0N 台⋅h m /3
，快速热水器取1.1N 台⋅h m /3。

计算公式：)(0
∑=n
h kNQ k Q
其中，h Q -------燃气管道的小时计算流量，m3/h
0k --------不同类型用户的同时工作系数；缺乏资料时取1； k----------燃具同时工作系数 ： N---------同一类型燃具的数目： n Q --------燃具的额定流量，m3/h 。

h Q =2.1×606×0.136=173.074m 3/h 2、 调压柜的选型
根据规定，按小区计算流量的1.2倍，选择合适的调压（箱）柜型号。

p Q =1.2h Q =1.2×173.074=207.689 m3/h
在实际运行中，调压柜阀门不宜处在完全开启的状态下工作，因此选用调压器时，调压器的最大流量与调压柜的计算流量（额定流量）有如下关系：
h m Q Q p /)23.24984.238(689.2072.1)2.1~15.1(3max 0-=⨯==
所以根据计算流量选用，费希尔久安出厂的JE--300D/S型的调压柜调压器型号：RTZ-50FQB 额定流量：300Nm3/h
进口压力范围：0.02~0.4MPa 出口压力范围：1~30KPa
调压精度：≤±5% 关闭压力（KPa）：≤±10% 工作温度（℃）：-20~60 进口管径（DN)：50mm
出口管径（DN）：80mm
将其中一些信息列入下列表格中：
型号
调压范围额定流量稳压精度进口管径出口管径
进口压力
()
MPa
出口压力
()
KPa
()h
m/3
% ()
mm()
mm
RTZ-50FQB
0.40 30 300 ±5%
50 80
五、庭院燃气管道设计
1、确定庭院管道的管材
金属管材壁厚较其他管材较薄，节省金属用量，但腐蚀性差、成本高，运输安装不便。

PE管具有良好的柔韧性且具有良好的耐腐蚀性，可耐多种化学介质的侵蚀，无电化学腐蚀。

因此，PE管埋地敷设不需要做防腐和阴极保护。

除此之外，PE管具有良好的气密性，严密性优于钢管；管内壁平滑，提高介质流速，提高输气能力，较之相同的金属管能输送更多的燃气；成本低，材质轻且卫生无毒。

PE管可以蛇形布管，可减少弯头。

综合以上的比较，本设计的庭院管道采用PE管以提高输送效率以及节省防腐投入。

聚乙烯燃气管道分为SDR11和SDR17.6两个系列。

SDR为公称外径与壁厚之比。

SDR11系列宜用于输送人工煤气、天然气、气态液化石油气；SDR17.6系列宜用于输送天然气。

由于本工程考虑输送天然气，所以选用SDR11系列的聚乙烯燃气管材。

2．聚乙烯管（PE管）安装的一般要求
（1）聚乙烯燃气管道与建筑物、构筑物基础及相邻管道之间的水平净距应符合表1的规定。

表1 地下燃气管道与建筑物、构筑物基础及相邻管道之间的水平净距（m）
项目
地下燃气管道
低压
中压
B A
建筑物的
基础0．7 1．0 1．5 外墙面（出地面
处）
———给水管0．5 0．5 0．5 排水管1．0 1．2 1．2 电力电缆0．5 0．5 0．5
通信电缆
直埋0．5 0．5 0．5 在导管内1．0 1．0 1．0
其他燃气管道D
N
≤300mm 0．4 0．4 0．4
D
N
>300mm 0．5 0．5 0．5
电杆（塔）的基础≤35KV 1．0 1．0 1．0 >35KV 2．0 2．0 2．0
通讯照明电杆（至电杆中心）1．0 1．0 1．0 铁路路堤坡脚5．0 5．0 5．0 街树（至树中心）0．75 0．75 0．75
（2）聚乙烯燃气管道与各类地下管道或或设施的垂直净距（m）符合下表要求（表2）
名称聚乙烯管道在该设施上
方
聚乙烯管道
在设施下方
给水管燃气
管
- 0．15 0．15
排水管- 0．15 0．20加套管
电缆
直埋0．50 0．5 在导管内0．20 0．2
供热管道
t<150℃直埋供热管0．5加套管1．3加套管t<150℃热水供热管沟
蒸汽供热管沟
0．2加套管或0.40 0.3加套管t<280℃蒸汽供热管沟
1.00加套管,套管有降
温措施可缩小
不允许
铁路轨底- - 1.20加套管（3）聚乙烯燃气管道与供热管之间水平净距符合下表要求（表3）
供热管种类净距（m）注
t＜150℃直埋供热管道
供热管
回水管3.0
2.0
燃气管埋深小于2m
t＜150℃热水供热管沟
蒸气供热管沟
1.5
t＜280℃蒸气供热管沟 3.0 聚乙烯管工作压力不超过0.1MPa 燃气管埋深小于2m
（3）聚乙烯燃气管道埋设的最小管顶覆土厚度 (地面至管顶）应符合下列规定：
①埋设在车行道下，不得小于0.9m；
②埋设在非车行道（含人行道）下，不得小于0.6m；
③埋设在庭院（指绿化地及汽车不能进入之地）内时，不得小于0.5m；
当采取行之有效的防护措施后，上述规定可适当降低。

（4）聚乙烯燃气管道敷设时，管道允许弯曲半径应符合下列规定。

①管段上无承插接头时应满足表3的规定。

表3 聚乙烯燃气管道允许弯曲半径
管道公称直径D（mm）允许弯曲半径R（mm）
D≤50 30D
50<D≤160 50D
160<D≤250 75D
②管段上有接头时不应小于125D。

（5）聚乙烯燃气管道的地基宜为无尖硬土石和无盐类的原土层，当原土层有尖硬土石和盐类时，应铺垫细砂或细土。

凡可能引起管道不均匀沉降的地段，其地基应进行处理或采取其他防沉降措施。

（6）聚乙烯燃气管道不宜直接引入建筑物内或直接引入附属在建筑物墙上的调压箱内。

3.示踪警示带敷设的质量控制
（1）为保护管线在日后运行中不受到人为的意外损坏，准确测定管道位置应在管线的垂直上方，距管顶50cm处敷设一条示踪警示带，其应与管线一样，具有不低于50年的寿命。

（2）对示踪警示带的基本要求：宽度100mm或150mm；颜色为金黄色（通用警示色），夹金属铝箔；缠绕在芯上；示踪警示带应能抗击回填土的冲击、压
迫及土壤中化学物质的腐蚀。

（3）示踪警示带的接口搭接距离为50cm 。

绘制要求：
(1) 标明管线平面位置。

(2) 对于管道附件：
图上应标示出气流方向→；
图中应标示出与本设计有关的建（构）筑物名称，如调压站、阀门井等。

(3) 地下燃气管道穿越城镇主要干道时，应敷设在套管内，并应符合一定要求。

本设计中未遇到类似情况，故不作说明。

(4) 燃气管道不得在地下穿过房屋及其它建筑物，不得平行敷设在电车轨道之下，也不得与其它地下设施上下并置。

六、庭院燃气管道的水力计算
1.流量计算
小区的水力计算采用同时工作系数法：
N Q K K Q n t h 0∑=
其中：h Q ----庭院燃气管道的计算流量（Nm 3/h ）；
K t ------不同类型用户的同时工作系数，当缺乏资料时，可取1；
K 0------相同燃具或相同组合燃具的同时工作系数；
Q------相同燃具或相同组合燃具的额定流量（Nm 3/h ）；
N ------相同燃具或相同组合燃具数。

其中K 0可通过书上表2-6查得。

2 根据计算流量预选管径并计算阻力损失
预选管径可通过全压降法或等压降法来确定。

本设计采用全压降法，取1-2-3-4-5-6-为干管，全长65m 根据给定的允许压力降800Pa,考虑局部阻力取10%，单位长度摩擦损失为：
m Pa l P /39.101
.170800=⨯=∆ 以1-2管段为例，额定流量q=2.1m 3/h ，用户数N=637户，同时工作系数k=0.132，管段计算流量为：
Q=2.1×874×0.132=242.28m 3/h
为了利用图表进行水力计算，要进行密度修正。

m Pa l P l P /28.28048.0837.1/1
0==∆=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=ρρ 由Q=54.13m 3/h 在m Pa l P /28.21
0=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=ρ附近查的d=125mm ，m Pa l P /8.21
0=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=ρ；对应实际密度下的单位长度摩擦阻力损失l P ∆=2.8×0.8048=2.25Pa/m ，该管段长43.8m ，
摩擦阻力损失△P=2.25×43.8=108.4Pa
各管段计算结果列表于下表，从表中可得管管总压力损失为1037.7，趋近允许压降1250Pa 。

如果不适合，可调整管径，再次计算。