燃气输配课程设计.docx
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燃气输配课程设计.docx
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燃气输配课程设计
河南城建学院
《燃气输配》课程设计
班级
专业
学号
姓名
课程名称燃气输配
指导教师
2011年12月
《燃气输配》课程设计任务书
一、课程设计任务书
1目的
通过课程设计使学生消化和巩固《燃气输配》所学的理论知识和设计知识,并把它应用的工程设计中去,通过课程设计要求学生掌握设计原则,程序和内容。
熟练设计计算方法和步骤,熟悉有关技术法则和内容,培养学生施工设计思维能力和制图能力,培养学生对工程技术的认真态度。
2设计内容
(1)燃气量的计算
包括最大小时,日,月,年计算需求温度。
(2)方案比较与确定
要求提出2-3中选择方案,就占地面积,建筑造价,扩建余地,投资大小等进行简单的分析比较后,确定最佳方案。
(3)设计计算调压,贮存,加压设备并选择其他服设备,要求有计算依据和计算过程或说明。
(4)必须有环状管的设计计算内容。
3绘图要求(图中必须有简明扼要的设计说明与技术要求)
(1)系统图一张,要求付出图例,标出设备编号和管径大小及安装高度等内容。
(2)设备平面布置图一张,要求给出设备平面图布置位置,设备已规定画图绘制,表明设备编号并附录设备明细表,设备定位尺寸要齐全清晰。
标明指北针。
(3)设备布置局部剖视图或施工大样图一张。
(4)设备材料明细表。
(5)设计与施工说明图一张。
4提交成果
(1)设计说明书,A4只打印,装订成册。
(2)设计施工图纸。
图纸不少于3-4张,装订成册。
(3)电子光盘。
5主要参考资料
(1)《城镇燃气设计规范》GB50028-2006建工出版社。
(2)《CJJ33-2005城镇燃气输配施工及验收规范》建工出版社
(3)《家用燃气燃烧器具安装及扬手规范》(CJJJ2-99)
(4)《工业管道施工及验收规范》(GBJ235-82)
(5)设备及管道绝热工程设计规范(GB50264-97)
(6)建筑设计防火规范(GBJ16-87)
(7)《GB50045-95高层民用建筑设计防火规范》建工出版社
(8)建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范(GB5024-2002)
二基础资料
1北京市某区所使用的燃气的基本资料:
(1)北京市盐化小区使用燃气种类及其成分;
(2)北京市盐化小区规划地形图;
(3)北京市盐化小区人口居住情况表;
(4)北京市盐化小区燃气气化率;
(5)北京市盐化小区天然气输配工程可行性报告。
2自然条件与地质条件
(1)气温:
历年极端最高气温:
38℃;历年极端最低气温:
-10℃
(2)年主导风向:
西北风
(3)最大冻土深度:
0.5m
(4)地下水位:
2.0米
(5)土质:
以沙质粘土为主,地耐力2-2.5kg/㎝2
第一章燃气的性质计算
1.1燃气成分及基本性质
燃气的成分
本设计气源采用纯天然气,纯天然气容积成分为:
CH4:
98%;C3H8:
0.3%;C4H10:
0.3%;CmHn:
0.4%N2:
1.0%.
纯天然气各成分的基本性质如下表:
气体
甲烷
丙烷
正丁烷
氮
分子式
分子量
密度ρ(kg/m3)
发热值:
高发热值:
HS(MJ/m3)
低发热值:
Ht(MJ/m3)
爆炸极限
爆炸下限Ls(体积%)
爆炸上限Lt(体积%)
粘度
动力粘度
10-6(Pa.s)
运动粘度
10-6(Pa.s)
CH4
16.0430
0.7174
39.842
35.902
5.0
15.0
10.395
14.50
C3H8
44.0970
2.0102
101.266
93.240
2.1
9.5
7.502
3.81
C4H10
58.1240
21.5036
133.886
123.649
1.5
8.5
6.835
2.53
N2
28.0134
1.2504
16.671
13.30
1.2燃气成分的基本性质:
1.2.1平均分子量
M=
(x1M1+x2M2+……+xnMn)
=(98×16.0430+0.5×44.0970+0.5×58.1240+1.0×28.0134)/100
=16.513
式中M—混合液体平均分子量;
x1x2……xn—各单一液体分子成分(%);
M1、M2……Mn—各单一液体分子量。
1.2.2平均密度和相对密度
(1)平均密度:
ρ=(
+
+…+
)/100
=(98×0.7174+0.3×2.0102+0.3×2.7030+1.0×1.2504+0.4×1.9136)/100
=0.7374
式中
—混合气体的平均分子密度
—各单一气体容积成分(%)
—标准状态下各单一气体的密度
S=ρ/1.293=0.7374/1.293=0.57
式中
—混合气体的平均分子密度
S—混合气体相对密度(空气为1)
为标准状态下空气的密度
1.2.3粘度
1.将容积成分换算成质量成分
质量成分:
由表1-4、表1-5查得各组分的分子量,根据已知的各组分容积成分,通过计算得到
gi=(98×16.0430+0.3×44.0970+0.3×58.1240+1.0×28.0134+0.4×42.081)
=1647.726
按换算公式,各组分的质量成分为
gCH4=98×16.0430/1647.726×100
=95.4
gc3h10=0.3×58.1240/1647.726×100
=1.1
gC3H8=0.3×44.0970/1647.726×100
=0.8
gN2=1×28.0134/1647.726×100
=1.7
gCmHn=0.4×42.081/1647.726×100
=1
2.混合气体的动力粘度
气态碳氢化合物的动力粘度随分子量的增加而减小,随温度的上升而上升。
液态碳氢化合物的动力粘度则相反,分子量越大,动力粘度越大,温度越上升,动力粘度急剧减小。
动力粘度:
=
=14×10-6㎡/s
混合气体的运动粘度为
m2/s
1.2.4爆炸极限:
可燃气体和空气的混合物遇到明火而引起爆炸的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。
在这种混合物中,当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的那一含量,称为爆炸下限,而当可燃气体的含量一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量,称为爆炸上限。
将组分中的惰性气体按照图1-12与可燃气体进行组合,即
由图1-12查得各混合组分在上述混合比时的爆炸极限相应为6%-16%
由表1-4查得未与惰性气体组合的甲烷的爆炸极限是2.1%-9.5%
丁烷的爆炸极限是1.5%-8.5%,丙烷的为2.0%-11.7%
按上式,天然气的爆炸极限为
—含有惰性气体的混合气体的爆炸下(上)限(体积%);
、
……
—由某一可燃气体成分与某一惰性气体成分组成的混合组分在混合气体中的容积成分(%);
、
……
—由某一可燃气体成分与某一惰性气体成分组成的混合组分在该混合比时的爆炸极限(%);
y1、y2……yn—未与惰性气体组合的可燃气体成分在混合气体中的容积成分(%);
、
……
—未与惰性气体组合的可燃气体成分的爆炸极限(体积%)。
1.2.5热值:
MJ/m3
=36.19MJ/m3
1.2.6华白数:
燃气性质中影响燃烧特性的参数主要有燃气的热值H、相对密度s及火焰传播速度(即燃烧速度)。
为此导出与热值和相对密度有关的综合系数,即华白指数W
MJ/m3
1.3燃气质量要求:
1.3.1城镇燃气质量指标应符合下列要求:
1)城镇燃气(应按基准气分类)的发热量和组分的波动应符合城镇燃气互换的要求:
2)城镇燃气偏离基准气的波动范围宜按现行的国家标准《城市燃气分类》GB/T13611的规定采用,并应适当留有余地。
1.3.2天然气的质量指标应符合下列规定:
1)天然气发热量、总硫和硫化氢含量、水露点指标应符合现行国家标准《天然气》GB17820的一类气或二类气的规定;
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温度低5℃;
天然气中不应有固态、液态或胶状物质。
1.3.3城镇燃气应具有可以察觉的臭味,燃气中加臭剂的最小量应符合下列规定:
1)无毒燃气泄漏到空气中,达到爆炸下限的20%时,应能察觉;
2)有毒燃气泄漏到空气中,达到对人体允许的有害浓度时,应能察觉;
对于以一氧化碳为有毒成分的燃气,空气中一氧化碳含量达至0.02%(体积分数)时,应能察觉。
1.3.4城镇燃气加臭剂应符合下列要求:
1)加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味。
2)加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害。
3)加臭剂的燃烧产物不应对人体呼吸有害,并不应腐蚀或伤害与此燃烧产物经常接触的材料。
4)加臭剂溶解于水的程度不应大于2.5%(质量分数)。
5)加臭剂应有在空气中应能察觉的加臭剂含量指标。
第二章燃气需用量及供需平衡
2.1设计原始资料
1)城镇说明计算:
本设计为盐化小区天然气居民用户,居民户数为456。
燃气表均为G1.6.燃气表安装在户外。
盐化小区燃气平面图的比例为1:
100。
城市气化率:
气化率为90%。
2)燃气用户
燃气用户,分别为居民用户,商业用户,不考虑采暖通风和空调用气量,燃气汽车用气量及其他气量。
居民用户:
人口气化率为90%。
商业用户:
与居民用户比例:
0.8/1
空调用气:
与居民用户比例:
0.01/1
未预见用气:
与居民用户比例:
0.05/1
根据本设计实际情况,综合考虑各种因素,决定采用纯天然气为气源
在设计燃气输配系统时,需要首先确定燃气管网的计算流量,而计算流量的大小又取决于燃气需用量和需用的不均匀情况。
城市燃气需用量取决于用户类型、数量和用气量指标。
2.2用户类型及供气原则
设计城镇燃气用户包括以下几种类型:
1)居民生活用户;居民生活使用的各类用气设备应采用低压燃气,用气设备前(灶前)的燃气压力应在0.75~1.5Pn的范围内。
居民生活用气设备严禁安装在卧室内。
居民住宅厨房内宜设置排气扇和可燃气体报警器。
2)商业用户;商业用气设备宜采用低压燃气设备
商业用气设备应安装在通风良好的专用房间内;商业用气设备不得安装在易燃易爆物品的堆存处,亦不应设置在兼做卧室的警卫室、值班室、人防工程等处。
3)其他用户
2.3城镇用气量
在设计燃气系统时,首先要确定燃气管网的计算流量,而计算流量的大小又取决于燃气需用量和需用的不均匀情况,而城镇燃气需用量取决于用户类型,数量和用气量指标
居民生活用户用气量取决于居民生活用户用气量指标(用气定额)、气化百分率及城市居民人口数。
影响居民生活用户用气量指标的因素很多,如住宅燃气器具的类型和数量,住宅建筑等级和卫生设备的设置水平,采暖方式及热源种类,居民生活用热习惯及生活水平,居民每户平均人口数,气候条件,公共生活服务设施的发展情况,燃气价格等。
各种影响因素对居民生活用户用气量指标的影响无法精确确定,通常根据居民生活用户用气量实际统计资料,经过综合分析和计算得到用气量指标。
当缺乏用气量的实际统计资料时,可根据当地的实际燃料消耗量、生活习惯、燃气价格、气候条件等具体情况,按表确定。
居民生活用气定额(见表3)(根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006)
城镇居民生活用气量指标(
城镇地区
有集中采暖的用户
无集中采暖的用户
华北地区
2303~2721(55~56)
华东和中南地区
—
2093~2303(50~55)
北京
2721~3140(65~75)
2512~2931(60~70)
成都
—
2512~2931(60~70)
注:
①本表系指一户装有一个燃气表的居民用户,在住宅内做饭和热水的用气量。
不适用于瓶装液化石油气居民用户。
②“采暖”系指非燃气采暖。
③燃气热值按低热值计算。
(1)居民生活用气量(按北京有集中供暖每人年用气量计算)
居民生活用气量按下式计算,即
Q1=qηn=3000×90%×1800/36.19=134291.24(m3/a)
(2)商业用户用气量
商业用户用气量按居民生活用气量的0.8倍
即Q2=0.8Q1=0.8×134291.24=107432.99(m3/a)
故年总用气量为Q=Q1+Q2
=134291.24+107432.99
=241724.23(m3/a)
2.4小时计算流量的计算
城市各类用户对燃气的使用情况是不均匀的,其不均匀性表现为日不均匀性,月不均匀性和小时不均匀性,影响城市燃气需用工况的主要是各类用户的需用工况及这些用户在总用气量所占比列
在燃气的流量计算中应按燃气计算月的高峰日的小时最大用气量确定,确定方法有两种:
不均匀系数法和同时工作系数法,根据本设计选用不均匀系数法计算小时计算流量,由表2-5取KmKdKh=4.35
计算公式为:
Q=
(m3/h)
2.5储气量的计算
由表2-5取Km=1.1,即取计算月日最大用气量为1.2倍的年平均日用气量,则计算月日最大用气量为Q=1.1×110.38×24=2914.03(m3/d)
每小时用气量占日用气量的百分数如下表:
时间(时)
居民生活和公共建筑
时间(时)
居民生活和公共建筑
时间(时)
居民生活和公共建筑
1-2
1.30
9-10
6.55
17-18
9.59
2-3
1.65
10-11
11.27
18-19
6.10
3-4
0.99
11-12
10.42
19-20
3.42
4-5
1.63
12-13
4.09
20-21
3.13
5-6
4.35
13-14
2.77
21-22
1.48
6-7
4.87
14-15
2.27
22-23
1.27
7-8
5.20
15-16
4.05
23-24
0.98
8-9
5.17
16-17
7.10
24-1
1.35
按每日气源供气量为100%,气源均匀供气,则
每小时平均供气量为100%/24=4.17%
从零时起,计算燃气供应量累计值与用气量累计值,两者的差值即为该小时的燃气储量,计算结果计入下表,在燃气储存量中找出正负的最大值,即为13.7%+4.03%=17.73%
所需的储存量为Q=2914.03×17.73%=516.66(m3)
储气量计算表
小时
燃气供应量的累计
用气量
燃气的储存量
小时
燃气供应量的累计
用气量
燃气的储存量
该小时内
累计值
该小时内
累计值
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
0-1
4.17
1.95
1.95
2.22
10-11
45.84
6.30
37.24
8.60
1-2
8.34
1.50
3.45
4.89
11-12
50.00
6.44
43.68
6.32
2-3
12.50
1.41
4.86
7.64
12-13
54.17
4.90
48.58
5.59
3-4
16.67
2.00
6.86
9.81
13-14
58.34
4.81
53.39
4.95
4-5
20.84
1.60
8.46
12.38
14-15
62.50
4.76
58,15
4.35
5-6
25.00
2.91
11.37
13.63
15-16
66.67
4.75
62.90
3.77
6-7
29.17
4.10
15,47
13.70
16-17
70.84
5.80
68.70
2.14
7-8
33.34
5.06
20.53
12.81
17-18
75.00
7.62
76.32
-1.32
8-9
37.50
5.20
25.73
12.07
18-19
79.17
6.15
82.47
-3.30
9-10
41.67
5.21
30.94
10.73
19-20
83.34
4.58
87.05
-3.71
20-21
87.50
4.48
91.53
-4.03
22-23
95.84
2.80
97.55
-1.71
21-22
91.67
3.22
94.75
-3.08
23-24
100.00
2.45
100.00
0
2.6供需平衡
城市各类用户对燃气的使用情况是随着月、日、时发生不均匀变化的,这决定了城市燃气的供应也随着月、日、时发生不均匀变化,但气源的燃气生产量不可能完全按用户用气量变化而变化,因而燃气输配应具有维持燃气供需平衡的能力
目前,用以调节用气不均匀性的有效方法如下:
1)改变气源的生产能力和设置机动气源
改变气源的生产能力和设置机动气源,应考虑气源的运转和启停的难易程度以及气源生产负荷变化的可能性和变化的幅度。
还应考虑供气的安全性、可靠性和技术经济的合理性。
2)利用缓冲用户进行调节
城市燃气供应的缓冲用户是一些大型的工业企业和锅炉房等可使用多种燃料的设备。
在夏季用气处于低谷时,可将多余燃气供应给这些缓冲用户使用,而在冬季用气高峰时,这些缓冲用户可改用其它燃料。
这样可以调节季节性不均匀和一部分日用气不均匀
3)利用储气设施进行调节
输配系统的储气罐、高压燃气管束储气及长输干管末端储气,都可用于调节日和小时的用气不均匀性,但不能调节月用气的不均匀性。
第三章燃气输配方案的比较
3.1 概 述
根据北京市中远期燃气发展规划,在盐化小区气源厂建成投产后,原有管道气用户的气源逐步由水煤气转换为天然气。
从1997年开始,新开发小区都是以天然气为气源进行设计。
小区空混气输配系统的供气方式通常采用3种[1—3]:
①中压输送,中压进户,分户调压;②中压输送,楼栋调压,低压进户;③中压进小区经调压站调压后,低压输送。
使用第3种方式,由于受投资高,区域调压站选址难,管网输送效率低,高层建筑的燃具前压力不稳定等因素影响,在新建小区较少采用。
本文主要对前两种供气方式进行经济技术比较。
3.2 技术比较
中压进户、分户调压方式优点:
①燃具前压力较稳定,运行工况良好;②立管为中压管,管径小,节省材料;③地下中压管直通立管,庭院管量少;④附加压头对燃具前压力的影响较小,特别适用于高层建筑。
存在问题:
①施工工序多,立管采用无缝钢管焊接,对施工技术水平要求高;②因中压进户,对用户调压器可靠性、安全性要求高;③投入使用后,存在调压器维护、更换等情况,运行费用高。
楼栋调压方式的优点:
①立管用镀锌钢管螺纹连接,施工工艺相对简单,效率高;②调压箱设置在建筑物外部,便于维护和管理。
存在问题:
①燃具前压力的稳定性不及分户调压方式;②进出调压箱重复一段管道,庭院管量多;③有些高层建筑不能满足调压箱防火间距的要求,难以设置使用。
中压进户、分户调压供气方式对施工技术的要求可以通过施工单位总结经验,提高技术水平、施工效率,加强质量管理来满足;对用户调压器可靠性、安全性的的要求可通过选用质量稳定的进口调压器、国产优质调压器,在调压器前加设安全切断阀来满足。
在两种供气方式均满足技术要求的情况下,工程造价比较就显得比较重要。
两种供气方式经济上的合理性通过对工程造价的分析来确定。
3.3 造价比较
造价比较应结合施工及维护管理等进行系统分析。
下面结合实例进行分析。
盐化小区和洪文小区同处于北京市西北部,气源为空混气,金尚小区供气方式为中压进户,分户调压,用户1368户。
洪文小区供气方式为楼栋调压、低压进户,用户1708户。
楼栋的管道布置方式都为下环上行式。
两个小区燃气工程的造价比较见表1。
每户分摊情况见表2。
(1)地上管网造价由表1,2可看出,盐化小区地上管网户均造价比洪文小区高130元P户。
对盐化小区每户调压器安装82.72元P户,比洪文小区调压箱安装46.26元高36.46元P户。
对盐化小区,每户调压器安装82.72元;每根上行立管增加1个DN25法兰球阀,2
个DN15螺纹球阀,一个不锈钢阀门箱;立管增加红丹防锈漆,吹扫,立管无缝钢管主材单价比同口径镀锌钢管高。
调压装置设备费增加了36.46元P户,由于增加了阀门、阀门箱,施工工序多,工艺复杂,此部分造价比洪文小区高93.54元P户。
需要注意的是,不锈钢阀门箱价格高,300元P个,若采用100元P个的普通阀门箱,则可减少22元P户。
理论上采取中压进户,因为压力高,立管管径可比低压进户的镀锌立管管径小,在管材费用上更节省。
实际上这两个小区立管管径都是DN25mm,DN25mm无缝钢管价格比DN25mm镀锌钢管高,因此,在户内管的材料费用方面,盐化小区反而高于洪文小区。
表1 两小区燃气工程造价比较 万元项 目地上管网地下管网安装管道牺牲阳极防土方工程工程造价
盐化小区175.5691.9817.55151.28436.37
洪文小区85.6172.2813.71153.69325.28
表2 各项户均工程造价 元P户
项 目地上管网地下管网安装管道牺牲阳极防腐土方工程合 计
盐化小区631331635441569
洪文小区501423809001904
(2)地下管网造价分析
两个小区地下管网量比较见表3。
表3 两个小区地下管网工程量比较
项 目管网总长Pm每户分摊P(m·户-1)
盐化小区79922.87
洪文小区76644.49
户均地下管网量大,管道安装、牺牲阳极防腐、土方等造价随着增大。
洪文小区每户分摊的地下管网比金尚小区多有两个原因:
①由于采用楼栋调压方式,中、低压管进、出调压箱比中压进户重复了一段管;②金尚小区布局紧凑,建筑多为一字形,洪文小区住宅分散,建筑有之字形、品字形,管网量大其中第2个原因是主要原因。
两个小区地下管网单
位长度造价比较见表4。
地下管道单位长度造价反映了实际情况,金尚小区大口径管道所占比例较洪文小区大,总的造价高,洪文小区管道多在道路上,管沟填砂量多,土方单项造价高。
两种供气方式对同一个小区而言,至楼前的中压管网的设计不存在差别,差别在于楼栋调压供气
方式设置调压箱从而使地下管道的工程量增大。
表4 地下管网每米造价比较 元Pm
项 目管网安装防 腐土 方合计
盐化小区115.0921.96189.28326.33
洪文小区94.3117.88200.53312.72(3)
分析根据已竣工工
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