安徽建筑大学 环境与能源工程学院 课程设计计算书
课 程 《燃气输配》 班 级 XXXXXXXXXXXXX 姓 名 XXXXXXXXXXXXX 学 号 XXXXXXXXXXXXX 指导教师 XXXXXXXXXXXXX
2015年6月14日
1.工程概述 …………………………………………………………………… ...01 1.1工程概况……………………………………………………………… ……… .01 1.2 设计内容……………………………………………………………………… .01 2.气源性质 ………………………… …… …… …………………………….…..01 2.1 气源组分性质表…………………………………………………………….…01. 2.2 气源性质的计算………………………………………………………………..03 3.燃气管网布置 ………………………………………………………………..….07 3.1 燃气用量计算………………………………………………………………..…07 3.2 小区调压柜的选择…………………………………………………….……..…09 3.3 庭院燃气管网布置…………………………………………………….……..…11 3.4 庭院管道管材选择…………………………………………………….…….…13 4.水力计算……………………………………………………………….………….15 4.1管网水力计算………………………………………………………….…….….15 4.2 干管水力计算………………………………………………………….….……16 4.3 支管水力计算…………………………………………………………..….……18 5.设计小结………………………………………………………………… ……… 20
6.设计依据……………………… ………………………………… ……… 20
工程概述
1.1 工程概况
某小区庭院燃气管道施工
燃气气源为天然气，调压器出口压力2700Pa，最不利管路允许压损600Pa，用PE管。 1.2 设计内容
某小区庭院燃气管道施工图设计
2气源性质计算
2.1 气源组分基本性质表 气体 容积成分（%） 分子量M（kg/kmol） 摩尔体积Vo,M22.3621 22.1872 21.9360 21.6 （m3/kmol） 密度ρ0（kg/m3） 0.7174 1.3553 2.0102 2.5968 1.9771 1.2504 22.2601 22.4030 CH4 91.1 16.043 C2H6 5.5 C3H8 2.2 C4H8 0.3 56.11 CO2 0.5 N2 0.4 30.0700 44.0970 44.0098 28.0134 气体常数R（kj/517.1 （kg.K）） 273.7 184.5 148.2 188.74 296.66 临界温度Tc（K） 191.05 临界压力pc4.6407 305.45 4.8839 368.85 4.3975 419.59 4.02 304.2 7.3866 126.2 3.3944 1
（MPa） 临界密度ρc162 （kg/m3） 高发热值Hh39.842 （MJ/m3） 低发热值（MJ/m3） 爆炸下限Ll（体5.0 积%） 爆炸上限Lh（体15.0 积%） 动力黏度µ×10610.395 （Pa.s） 运动黏度v×10614.50 （m2/s） 无因次系数C
2.2 气源性质计算 2.2.1气源密度
单位体积燃气所具有的质量称为燃气的平均密度.混合气体的平均密度按下面公式计算
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210 226 234 468.190 310.910 70.351 101.266 125.76 Hl35.902 64.397 93.240 117.61 2.9 2.1 1.6 13.0 9.5 10.0 8.600 7.502 8.937 14.023 16.671 6.41 3.81 3.43 7.09 13.30 164 252 278 329 266 112
ρ=M/VM
其中，混合气体的平均分子量是各组分气体的折合分子量，它取决于组成气体的种类和成分。
M=1/100∑yiMi
式中， M——混合气体平均分子量，kg/kmol；
yi——第i组分气体的容积成分，%； Mi——第i组分气体的分子量，kg/kmol。 则 M=1/100（91.1×16.04＋5.5×30.07＋2.2×44.1＋0.3×56.11＋0.5×44.01＋0.4×28.01）=17.74
混合气体平均摩尔容积为 VM=1/100∑yiVMi
式中， VM——混合气体平均摩尔容积，m3/kmol；
yi——第i组分气体的容积成分，%； VMii——第i组分气体摩尔体积，m3/kmol。 则VM=1/100（91.1×22.3621＋5.5×22.1872＋2.2×21.9360＋0.3×21.6＋0.5×22.2601＋0.4×22.4030）=22.34
故混合气体平均密度为
ρ=M/VM=17.74/22.34=0.7941 kg/m3
2.2.2热值
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燃气的热值是指单位数量的燃气完全燃烧时放出的全部热
量，单位为kJ/m3；燃气的热值分为高热值和低热值。 （1）高热值
高热值是指单位数量的燃气完全燃烧后，燃烧产物与周围环境恢复到燃烧前的原始温度，燃烧产物中的水蒸气凝结成同温度的水后所放出的全部热量。其计算公式为
Hh=1/100Σyi Hhi
式中， Hh——燃气的高热值，kj/m3；
Yi —— 组分i的容积成分，%；
Hhi——组分i的高热值kj/m3 。 则Hh=1/100（91.1×39.842＋5.5×70.351＋2.2×101.266＋0.3×125.76）=42.77Mj/m3。 （2）低热值
低热值则是指在上述条件下，烟气中的水蒸气仍以蒸汽状态存在时所获得全部热量。工程计算中，一般采用低热值为计算依据。计算公式为
Hl=1/100Σyi Hli
式中，Hl——燃气的低热值，kj/m3； yi——组分i的容积成分，%； Hli——组分i的低热值，kj/m3。
则 Hl=1/100（91.1×35.902＋5.5×64.397＋2.2×93.240＋0.3
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×117.61）=38.653 Mj/m3。
2.2.3粘度
物质的粘度可用动力粘度和运动粘度表示。一般情况下，气体的粘度随温度的升高而增加；液体的粘度随温度的升高而降低，压力对液体粘度影响不大。 （1） 混合气体的动力粘度 可以近似地按下式计算
错误!未找到引用源。
式中，μ——混合气体在0℃时的动力粘度，Pa·s； g1、g2、…、gn——各组分的质量成分，%； μ1、μ2、…、μn——各组分的动力粘度，Pa·s。 其中，质量成分 g1=82.38%； g2=9.32%； g3=5.47%；g4=0.96%; g5=1.24%; g6=0.63%.
∴µ=100/(82.38÷10.395＋9.32÷8.6＋5.47÷7.502＋0.96÷8.937＋1.24÷14.023＋0.63÷16.671)=10.03 Pa·s. (2) 混合气体的运动粘度 可以近似地按下式计算
v = 错误!未找到引用源。 式中，v——混合气体的运动粘度，㎡/s； µ——相应的动力粘度，Pa·s.； ρ——混合气体的密度，kg/m3。
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∴v=10.03/0.7941=12.63㎡/s
2.2.4 爆炸极限
可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。当可燃气体含量减少到使燃烧不能进行的那一含量称为可燃气体的爆炸下限。当可燃气体含量增加到一定程度，由于缺氧而无法燃烧，以致不能形成爆炸混合物时可燃气体的含量称为其爆炸上限。可燃气体的爆炸上下限统称为爆炸极限。 爆炸极限可按下式计算：
L=100/【（y1′/L1′＋y2′/L2′＋···＋yn′/Ln′）＋（y1/L1＋y2/L2＋···＋yn/Ln）】
式中，L——含有惰性气体的混合气体的爆炸下（上）限，%； L1’、L2’、…、Ln’——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’——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气体中的容积成分，%； L1、L2、…、Ln——未与惰性气体组合的可燃气体成分的爆炸极限，%；
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，%。
yCH4+CO2=91.1+0.5=91.6%，混合比=0.005，查教材图1-10，得爆炸极限为5.0%—16.0%。
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yC3H8+N2=2.2+0.4=2.6%，混合比=0.2，查教材图1-11，得爆炸极限为2.9%—11.0%。
由教材表1-5查得，C2H6的爆炸极限为2.9%—13.0%，C4H8的爆炸极限为1.6%—10.0%。 2.2.5 天然气性质计算结果如下表：
平均密度ρ（kg/m3） 高热值Hh（MJ/m3） 低热值Hl（MJ/Nm3） 动力粘度μ（10^6Pa·s） 运动粘度v（10^6㎡/s） 爆炸极限L（%）
燃气管网布置
3.1 燃气用量计算
对于居民小区的设计计算，采用同时工作系数法。在用户的用气设备确定以后，管道小时计算流量根据燃气设备的额定流量和同时工作的概率来确定，其计算公式为： Qh=k0∑（kNQn）
式中，Qh——燃气管道的小时计算流量，m3/h； k0 ——不同类型用户的同时工作系数，当资料缺乏 时，可取为1； k——燃具同时工作系数；
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0.7941 42.77 38.653 10.03 12.63 4.7—15.6
N——同一类型燃具的数目； Qn——燃具的额定流量，m3/h。 本设计的用气量均为居民生活用气量。户数统计：
楼号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 户数 42 32 32 30 30 30 30 42 42 30 30 30 30 24 24 42 共计520户，每户用气量指标均按一台燃气双眼灶具和一台
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快速热水器计算，额定流量为2.5 m3/h。由《燃气供应工程》（张爱凤主编）表2-6并用查得同时工作系数为0.138，
则Qh =1×0.138×520×2.5=179.4 m3/h.
3.2 小区调压柜的选择
调压柜包括调压装置及调压室的建筑物或构建物等，承担用气压力的调节。是城市燃气管网系统中调压和稳定管网压力的设施。通常有调压器、阀门、过滤器、安全装置、旁通管、监视装置及测量仪表等组成。
3.2.1 调压柜的选址
原则上调压柜的选址要设定在燃气负荷中心或接近大型用户的地方，以减少大管径管段的长度，节约成本，并尽可能的避开小区的景观中心和娱乐休闲广场。本设计中中压管道从步行入口处接入，进入调压柜调压后送入各低压管路。考虑到小区的美观和居民的出入安全不宜从主入口引入气源。本设计调压柜设于1号楼和8号楼之间的开阔地，空气流动顺畅且调压柜放散的臭气不影响居民生活且靠近气源中心，是放置调压柜的合理地点。
3.2.2 调压器的选型
进口压力影响所选调压器的类型和尺寸，气源压力不能保证百分之百无变化，所以调压器要能满足调压柜进口压力变化是需求；调压器的压力降，应根据调压器前燃气管道的
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最低压力与调压器后燃气管道的需要的压力之差值确定；为保证调压器在最佳状况下工作，调压器的计算流量，应按该调压器所承担的管网计算流量的1.2倍来确定。在选择调压器时，应采用满足所需调节精度的调压装置。调节精度是以出口压力的稳压精度来衡量的，即调压器出口压力偏离额定值的偏差与额定出口压力的比值。
本工程中气源压力变化范围为0.2-- 0.4Mpa，小区管网的小时最大输送量为179.4m³/h,所以要选择的调压器的计算流量为：
Q≥179.4×1.2=215.28 m³/h
考虑到小区内部分楼栋有商业户，为了后期的用气量增加，应稍微增大计算流量，查样本可取额定流量为300m3/h的调压柜,具体参数见下表。 调压器型号 RTZ-31-80FQ 关闭压力 Pb≤1.25P2 进口压力范围 ≤0.6MPa 出口压力范围 1~50KPa 调压精度 箱体尺寸(mm) δ±10% 额定流量（m3 /h） 300 进口管径 出口管径 1700x800x1700 DN80 DN80 RTZ系列燃气调压柜是将天然气的过滤、调压、计量、安全控制等设备集合为一体的装置；FQ系列调压器采用模块化结构设计，信号管均为内置式，性能稳定、流量大、造价低、结构紧凑可在线维护，极为方便。广泛用于住宅小区、
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酒店、宾馆、工厂、学校等单位供气使用。 3.2.3 调压柜的设置要求
调压装置的设置，应符合下列要求：根据小区用气量和小区环境，本设计调压装置单独的落地式调压柜，设置在牢固的基础之上，柜底距离地坪高度设置在0.3米为宜。小区调压器入口为中压，根据规范：调压柜距离建筑物外墙面要大于4米，重要的公共建筑物要大于8米，城镇道路要大于1米，公共电力变配电柜要大于4米。调压柜四周应设护栏加以保护。
3.3 庭院燃气管网布置
小区燃气管网系统的布置既小区燃气管道的布线，是指小区管网系统在原则上选定之后，确定各管段的具体位置。。 3.3.1布线依据与原则
小区燃气干管的布置，应根据用户用量及其分布全面规划，宜按逐步形成环状管网供气进行设计。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。本小区庭院天然气管道均设计成埋地敷设。
在庭院燃气管道的布线时必须考虑到下列基本情况： 1.中压管道和低压管道同沟敷设时水平距离至少要保持0.4米，垂直距离至少1.5米。
2.庭院的地下其他管道的密集程度及布置情况，和燃气管
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道保持规范距离。
3.庭院路面结构情况，以及交通干线的分布情况，管道走向应按小区规划道路布线，尽可能避免横穿小区主要道路；
4.与管道连接的用户数量及用气情况；线路上所遇到的障碍物情况；
5.管道在施工、运行和万一发生故障时，对小区的影响情况；
6.不得与非燃气管道或电缆同沟敷设；
7.管道跨越障碍物时可以采用架空敷设，注意防腐。 8.不得在堆积易燃、易爆材料和具有腐蚀性液体的场地下面穿越。
9.低压管道的输气压力低，沿程压力降的允许值也较低，故低压管网成环时边长一般控制在300~600m之间；
10.低压管道仅在调压室出口设置阀门，其余一般不设阀门。
地下燃气管道埋设深度，宜设在土壤冰冻线以下，管顶覆土厚度（路面至管顶）还应满足下列要求： （1）埋设在车行道下时，不得小于0.9m；
（2） 埋设在非机动车车道（含人行道）下时，不得小于0.6m； （3）埋设在庭院（指绿化地及载货汽车不能进入之地）内时，不得小于0.3m；
（4）埋设在水田下时，不得小于0.8m。
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当采取行之有效的防护措施后，上述规定均可适当降低。3.3.2 庭院燃气管网的平面布置图
本次设计采用设置一台小区低压调压柜调压的方案，使庭院管网的中压管道长度减少，保障小区燃气管段事故时候危险可控，而且低压管网布置也具有系统性。 庭院管网布置简图如下：
1615141391011128765调压柜低压管道1234中压管道
3.4 庭院管道管材选择
本工程是小区工程，管道内燃气压力为中压和低压，其可选用的管材范围很广泛，其中聚乙烯管由于市场供应量大，价格便宜，质轻、施工方便、使用寿命长而被广泛使用在天然气输送上。故本工程庭院埋地管材选择PE管。燃气管道选用的聚乙烯管道、管件应符合国家标准GB15558.1《燃气用埋地聚乙烯管材》 和GB15558.2《燃气用埋地聚乙烯管件》的规定，阀门执行《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第3部分：阀门 》GB15558.3-2008的要求。
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PE管系列选择：
PE管，即聚乙烯燃气管道分为SDR11和SDR17.6两个系列。其中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。下表为De160以下的管道选用SDR11系列PE80材质的聚乙烯管。
PE管规格 外径 De 20 25 32 40 50 63 75 90 110 125
管网水力计算
4.1管网水力计算
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SDR11 壁厚 3.0 3.0 3.0 3.7 4.6 5.8 6.8 8.2 10.0 11.4 ≤4bar 内径 14.0 19.0 26.0 32.6 40.8 51.4 61.4 73.6 90.0 102.2 重量 Kg/m 0.15 0.20 0.26 0.40 0.62 0.99 1.38 2.00 2.98 3.87
庭院管网的水力计算，是根据允许压降和计算流量来确定各管段管径并计算出总压力降的过程，本设计中采用平均压降法，确定管径，并校核所选管径后的总压降是否符合允许压降。
城镇燃气低压管道从调压站到最远燃具管道允许阻力损失可按下算：△Pd＝0.75Pn＋150
式中：△Pd——从调压站到最远燃具的管道允许阻力损失（Pa）；
Pn——低压燃具的额定压力（Pa）。 注：△Pd含室内燃气管道允许阻力损失。
低压燃气管道压力数值表 （Pa）
燃气种类 燃气灶额定压力Pn 燃气灶前最大压力Pmax 燃气灶前最小压力Pmin 调压站出口最大压力 低压燃气管道总计算压力降（包括室内室外） 天然气 2000 3000 1500 3150 1650 上表只是给出了低压燃气管道总压力降，至于其在庭院管和室内管中的分配，根据技术经济分析比较后，列出的数值如下表所示，可供参考。
低压燃气管道压力降分配参考表 （Pa）
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燃气种类及燃具额定压力 天然气2000 总压力降△P 庭院 1400 1000 多层建筑 室内 400 在计算水力计算时，所得出的数据尽量符合上述要求。此设计中庭院压降不超过600。
4.2 干管水力计算
最不利环路为1-2-3-4-5-6-7，总长218m，根据给定的允许压力降600Pa，考虑局部阻力取10%，单位长度摩擦损失为：
错误!未找到引用源。△P/L=600/218×1.1=3.03Pa/m 以管段6-7为例，首先计算最不利环路各管段计算流量。该管段用户共计24户，查表得同时工作系数为0.20，额定流量2.5m3/h。则计算流量:
Q=24×0.20×2.5=12m3/h
为了利用天然气低压PE管水力计算图进行水力计算，需要进行密度修正。
(△P/l) ρ0=1=3.03/0.7941=3.817Pa/m.
由Q=12m3/h，在(△P/l) ρ0=13.817Pa/m.附近查得d=50mm，(△P/l) ρ0=1=7.5Pa/m，则对应实际密度下的单位长度摩擦阻力损失△P/l 错误!未找到引用源。=0.7941×7.5=5.96 Pa/m，该管段长25m摩擦阻力损失△P=5.96×
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25=148Pa.
其余管段依此计算，干管各管段计算结果列表于下表。
干管水力计算表
管段用户计算流管径d 号 数N 量Q m3/h mm 实际 管长 摩擦阻总阻△P/l 错误!未找到引用源。 (Pa/m) 6-7 5-6 4-5 3-4 2-3 1-2 24 66 138 180 210 240 12 28.17 58.65 72 84 96 50 63 90 90 110 110 2.8 2.3 2.1 2.3 1.7 2.2 25 46.5 46.5 25.1 70 98.67 97.65 57.73 m 力损失力损△P1 Pa 失 △P 63.4 107.78 40.2 88.44 干管总阻力损失为520.27Pa，没有超过允许压力降600，考虑局部阻力，520.27x1.1=572.297<600Pa，符合设计要求。
4.3 支管水力计算
支管的水力计算有两种方法：全压降法和等压降法。全压降法充分利用允许压力降，减少管径，提高设计经济性，但在管网发生故障时，由于干管压力变化而影响支管压力，
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特别是支管末端的压力偏低，而等压降法正好相反。本设计采用全压降法。
以支管1-25-8-9为例，
支管1-26-25-8-9与干管1-2-3-4-5-6-7并联，其允许压力降△P1=△P
干
=520.27Pa。单位长度摩擦阻力损失
△P/L=520.27/103.2=5.04 Pa/m。仿照干管的水力计算，得管径d=90mm，实际摩擦阻力损失△P1=,434.318Pa，小于允许压力降520.27Pa，符合要求。其余支管如此依次计算。
将所有支管水力计算列入下表
管段号 用户数N 计算流量Q m3/h 管径d mm 实际 △P/l 错误!未找到引用源。 (Pa/m) 支管1-26-25-8-9 △P=520.27 8-9 25-8 26-25 24 54 114 12 24.03 48.45 50 63 75 2.78 3 5.5 20 36.4 40.8 55.6 109.2 224.4 18
管长 m 摩擦阻力损失△P1
1-26 174 69.6 90 其余支管 4.3 5.7 24.51 8-10 25-17 25-18 26-16 26-15 1-24 24-23 24-22 4-11 11-12 11-13 4-14 4-3 5-20 5-19 6-21
30 30 30 30 30 62 30 32 75 32 42 42 30 42 30 42 12.54 12.54 12.54 12.54 12.54 27.28 12.54 15.2 32.25 15.2 18.9 18.9 12.54 18.9 12.54 18.9 63 63 63 63 63 63 63 75 63 50 2 63 50 50 50 50 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 7 5.5 2.5 2 2 3.5 2 3.5 2 20 20 20 20 20 12.9 20 20 13 25 25 25 25 25 25 25 84 84 84 84 84 54.18 84 140 71.5 62.5 50 50 87.5 50 87.5 50 5.设计小结
通过本次课程设计，使我对燃气输配这门课从以前抽象的、纯
理论认识上升为较系统的、比较形象的了解，掌握了一些设计方
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法，同时也认识到设计对我们本专业的重要性，我这次做的这作业当然会有很多错误之处,因为我们平时学的是理论知识,而这是一个实际工程,会有很多实际的客观因素影响,还有一些工程中的要求规范。经过了几周的思考、查阅资料以及计算设计，本次课程设计终于结束了，在这期间我进行了大量的设计计算和画图，时间有点仓促，任务比较重，学到了很多以前书本上所未能学到的东西。虽然设计中有一些挫折， 比如前面一步没考虑全面到后来就得重新再来，但是当设计结束后感觉对这门课还是挺充实的，让我获益匪浅，所以我们以后要多了解规范和设计手册.作业存在错误之处,希望老师指正,谢谢! 再次感谢老师对我们的教导！
6.设计依据
《燃气输配》 中国建筑工业出版社 《城镇燃气设计规范》 《燃气工程设计手册》
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