《燃气输配》课程设计说
明书
学 院：河南城建学院
专 业:建筑环境与设备工程 班 级：0724083班 学 号：072408339 学生姓名：周林园
指导教师：马良涛 崔秋娜 鞠睿
2011.6
目录
第一章 燃气性质计算 .................................................................................. 2 气源基本参数 ............................................................................................. 2 燃气性质的计算 ......................................................................................... 2 第二章 耗气量计算及供需平衡 ..................................................................... 5 居民生活耗热指标及用气量 ..................................................................... 5 公共建筑耗热指标及用气量平衡 ............................................................. 5 第三章输配管网系统设计及水力计算............................................................ 5 布线依据 ................................................................................................... 6 中压管网布置 ........................................................................................... 7 低压管网布置 ........................................................................................... 7 管道的纵断面布置 .................................................................................... 9 管网水利计算及压力降的确定 ................................................................. 10 小区室外庭院管网水利计算： ................................................................. 13 小区室内管道水力计算：......................................................................... 15 管材及管道防腐 ....................................................................................... 18 第四章 区域调压站设计 .............................................................................. 18 调压站布置 ............................................................................................... 18 调压站最佳作用半径及负荷 ..................................................................... 19 调压站（或调压箱或调压柜）的工艺设计要求 ....................................... 21 参考文献 ...................................................................................................... 22
第一章 燃气性质计算
气源基本参数
选用的天然气，其容积成分为，甲烷96% ，丙烷1%，正丁烷1%，CmHn（按丙烯）1%氮气1%。
表1 天然气组成及其标态下的主要特性值
燃气性质的计算
1. 分子量的计算
由输配课本表1-4、表1-5查得各组分分子量，按以下公式求混合气体平均分子量。
1
M =100
∑yM
i1
i
=
(y100
1
M
1
+
yM
2
2
+ +
yM)
n
n
=17.124
2．相对密度的计算
由输配课本表1-4、表1-5查得各组分密以下公度，按以下公式求混合气体平均密度。
ρ=
1100
∑yρ
i
i
=
=
1
100
1100
(yρ
1
1
+
yρ
2
2
+ +
yρ
n
n
)
(96⨯0.7174+1⨯2.0102+1⨯2.7030+1⨯1.9136+1⨯1.2504)
3
=0.767kg/ m
按以下公式求混合气体相对比重即相对密度。 S=
ρ
1.293
=
0.7671.293
=0.59
3．粘度的计算
将容积成分换算为质量成分
g
i
=
由输配课本表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
i
i
yM∑yM
i
i
⨯100
算得到
∑yM
i
i
=96⨯16.043+1⨯44.0970+1⨯58.1240+1⨯28.0134+1⨯42.0810=1712.4434
按换算公式，各组分的质量成分为
ggggg
CH4
==
96⨯16.04301712.44341⨯44.09701712.44341⨯31.99881102.381⨯42.081
⨯100=89.9⨯100=2.6⨯100=2.9
C3H8
C4H10
==
CmHn
N2
=
1712.44341⨯28.01341712.4434
⨯100=2.5 ⨯100=1.6
由输配课本表1-4、表1-5查得各组分的动力粘度，按以下公式求混合气体动力粘度。 μ
=
∑g
g∑
ii
μ
i
=
100⨯10-6
1214.023
+
2.67.502
+
3.46.835
+
2.57.649
+
89.910.395
+
1.616.671
=10.09⨯10-6Pa²s
混合气体的运动粘度为
ν=
μρ
=
10.09⨯10-6
0.767
=13.24⨯10-6m
2
/s
4．热值的计算(热值计算中,低热值不计算生成的水蒸气放出的汽化潜热量,高热值计算了生成的汽化潜热量)
QH=0.01⨯(96⨯39.842+1⨯101.266+1⨯113.886+1⨯93.66)=41.337
MJ/m3
QL=0.01⨯(96⨯35.902+1⨯93.240+1⨯123.649+1⨯87.667)=37.51MJ/m
3
5．爆炸极限的计算
然后将组分的惰性气体按照图1-12（输配课本）与可燃气体进行组合，即
y
+
+1%=97%
，
惰性气体1.01
CH4
y
=96%N
2
可燃气体
=
96
=0由输配课本图1-12查得各混合组分在上述混合比时的爆炸极限相应为4%～16%。
L=
100
⎛
y'''
y 1+
y2+ +y⎫⎪⎛n
1y
⎫
+ +
n
⎪
L
'L
'L'⎪+⎪⎝
1
2
n⎪
⎭⎝L
+
y21
L
2
Ln⎭
L
nA=
100
l
971≈3.86%
4
+
12.1
+
1.5
+
12.0
L
nAh
=
100
971≈15.67%
16
+19.5
+8.5
+
111.7
6．华白指数的计算
华白数是一个互换性指数。规定在两种燃气互换时华白数的变化不大于±5％～10％经计算得W=57.41MJ/m3
第二章 耗气量计算及供需平衡 居民生活耗热指标及用气量
该小区总户数380户，每户为16.1kw
居民生活用气量为：Qy =0.8³96500³2500/37.51=5145295m³/a 年总用气量 Qy=5145295 m³/a
计算燃气管道的流量，应按计算月的小时最大用气量
Q=QyKmKdKh/365³24=51452945³1.2³1.1³2.5/365³24=1615m³/h
公共建筑耗热指标及用气量平衡
用气量平衡方法及措施：
1)、改变气源的生产能力和和设置机动气源 2)、利用缓冲用户进行调节：
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他燃料---这样可调节季节性不均匀和一部分日用气不均匀。还可调整某些工业企业用户的厂休日和作息时间，以及在节日用气高峰时，有计划的暂停供应大型工业企业等方法---来调节日不均匀性。 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。地下储气库---可用于调节季节性不均匀和一部分日用气不均匀。
第三章输配管网系统设计及水力计算
现代化的城市燃气输配系统是复杂的综合设施，由下表:本设计的输配系统主要是由以下几个部分组成：
1.低压、中压两级压力的燃气管网；2.区域调压站；
表:城镇燃气设计压力（表压）分级
布线依据
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以后，决定各管段的具体位置。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，必须考虑到以下基本情况：
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、街道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，必要的管道坡度，街道地形变化情况；
5、与该管道相连接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。
中压管网布置
中压管线的功能是输送燃气并向低压管网供气，一般按以下原则布置：
1、中压管道应布置在城市用气区便于与低压管网相连的规划道路上，应尽量避免沿车辆来往频繁或闹市区的主要交通干线上，否则对管道施工和维修造成困难。
2、中压管网应布置成环网，以提高其输配气的安全可靠性。
3、中压管道的布置，应考虑对大型用户直接供气的可能性，并应使管道通过这些地区时尽量靠近这类用户，以利于缩短连接支管的长度。
4、中压管线的布置应考虑调压室的布点位置，尽量管道靠近各调压室，以缩短连线支管的长度。
5、中压管道应尽量避免穿越铁路和河流以减少工程量及投资。
6、中压管道必须考虑近期建设与长期建设的关系，以延长已敷设管道的有效使用年限，尽量减少建成后改线、增大管径或增设双线的工程。
7、成环管网边长一般为2-3公里。
低压管网布置
低压管网的功能是直接向各类用户配气，是城市供气系统中最基本的管网。根据此特点，低压管网的布置一般应考虑下列几点：
1、低压管道的输气压力低，沿程压力降的允许值也较低，故低压管网的成环边长宜控制在300-600米之间。
2、低压管道直接与用户相连。而用户商量随城市发展而逐步增加，故低压管道除以环状管网为主布置外，也允许存在枝状管道。
3、为保证和提高低压管网的供气稳定性，给低压管网供气的相邻调压室之间的连通管道的管径，应大于相邻管网的低压管道管径。
4、有条件时低压管道宜尽可能布置在街坊内兼做庭院管道，以节省投资。 5、低压管道可以沿街道的一侧敷设，也可双侧敷设。在有轨电车通行的街道上，
当街道宽度大于20米，横穿街道的支管过多，或输配气量大，而又限于条件不允许敷设大口径管道时，低压管道可采用双线敷设。
6、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的街道下敷设。
7、为了保证在施工和检修时互不影响，也为了避免由于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保持必要的净距，
表3-1 地下燃气管道与建筑物、构筑物之间的最小水平净距
表3-2 地下燃气管道与建筑物或相邻管道之间的最小水平净距
四、 管道的纵断面布置
在决定管道的纵断面布置时，要考虑以下几点：
1、地下燃气管道埋设深度，宜在土壤冰冻线以下。管顶覆土厚度还应满足下列要求：
埋设在车行道下时，不得小于0.8米； 埋设在非车行道下时，不得小于0.6米；
随着干天然气的广泛使用以及管道材质的改进，埋设在人行道、次要街道、草地和公园的燃气管道可采用浅层敷设。
2、输送湿燃气的管道，不论是干管还是支管，其坡度一般不小于0.003。布线时，最好能使管道的坡度和地形相适应。在管道的最低点应设排水器。
3、燃气管道不得在地下穿过房屋或其他建筑物，不得平行敷设在有轨电车轨道之下，也不得与其他地下设施上下并置。
4、在一般情况下，燃气管道不得穿过其他管道本身，如因特殊情况要穿过其他大断面管道（污水干管、雨水干管、热力管沟等）时，需征得有关方面同意，同时燃气管道必须安装在钢套管内。
5、燃气管道与其他各种构筑物以及管道相交时，应按规范规定保持一定的最小垂直净距。
管网水利计算及压力降的确定
一、 基础数据：
天然气成分（体积百分比）
天然气低热值H=37.51MJ/Nm³ 密度ρ = 0.767Kg/Nm³ 运动粘度ν =13.24³10-6m2/s 计算温度T = 288K 管道计算方法的确定
由于该小区采用的是楼栋调压，户内挂表方式，故其安装工艺流程如下：
中压管道→调压箱→低压管道→用户→燃气表→燃具
对于各楼栋调压箱后的低压庭院管段采用查表和利用公式计算校核相结合的方法确定各管段管径，具体计算步骤如下：
1) 对管网的节点和管道编号；
2) 确定气流方向，根据各管段下游的用户数，用同时工作系数法求出各条管段的计
算流量；
表 居民生活用燃具的同时工作系数
3）根据确定的允许压力降，计算管线单位长度的允许压力降。 4）根据管段的计算流量及单位长度允许压力降查图预选管径。
5）根据所选定的标准管径和计算流量，求出雷诺数判断流态，然后选择合适的低压天然气管道压力降计算公式求出各管段实际压降，最后计算出总的压力降。
6）检查校核计算的结果。若计算出的总的压力降超出允许的精度范围，则应适当变动管径，直至总压力降小于并趋近于规范所允许的压力降为止。 二、 小区低压管网水利计算：
计算结果列于下表中。 表-1
室外低压支路Ⅰ
室外低压支路Ⅱ
室外低压支路Ⅲ
室外低压支路Ⅳ
小区室外中压管网水利计算：
① 中压管网各节点及各管段编号如图。
② 确定计算流量。
③ 选管道1-2-3-4-5为本枝状管网的干管。
④ 干管总长度：L=10+32+32+32=106ΔP=2850-2000-350=500Pa ⑤ 根据气源点的供气压力及调压器进口的最小需求压力
确定干管允许压力平方差
ΔP2L=2102-2002=4100 kPa2/m 则干管的单位长度的允许压力平方差为
ΔP2L / L=4100/106/1.05=36.8 kPa2/m
⑥由干管的单位长度的允许平方差及各管段的计算流量，
查《燃气工程技术手册》初选干管各管段的管径及其单位长度压力差 管段1-2 d=50mm ΔP21-2/ L1=1 Pa/m
2
管段2-3 d=50mm ΔP22-3/ L2=0.6 Pa2/m 管段3-4 d=50mm ΔP23-4/ L3=0.25 Pa2/m 管段4-5 d=50mm ΔP24-5/ L4=0.06 Pa2/m ⑦计算干管各管段的压力差
管段1-2 ΔP21-2=1.05³1³10m=10.5³10-3 Pa2 管段2-3 ΔP22-3 =1.05³0.6³32= 20.16³10Pa
-3
2
管段3-4 ΔP23-4=1.05³0.25³32= 8.4³10-3Pa2 管段4-5 ΔP24-5=1.05³0.06³32= 2.02³10-3Pa2 ΣΔP2=（10.5+20.16+8.4+2.02）³10-3=41.08 kPa2 ⑧ 计算干管中各节点压力 节点9 P9=
4-5≈200kPa 节点8 P8
4-5≈200kPa 节点7 P7
4-5≈200kPa 节点6 P6
4-5
过程整合于下表 表-2
小区室内管道水力计算：
室内燃气管道设计：燃气管道见平面图与系统图，每家用户装燃气双眼灶和快速热水器，额定热负荷为（5.8+10.3）kw，燃气热值为37.51 MJ/ m3,燃气密度为ρ=0.767㎏/m，运动粘度ν=10.31³10㎡/s
1、根据上述资料，计算出灶具和热水器在该种燃气下的小时额定用气量。
Q=额定功率²3600秒/低发热值 (m/h)
2、根据楼房平面图和立面图定出燃气管线的布置草图
3、做出草图（室内燃气管道系统图），反管径变化或流量变化处均应编号，并标上各计
算管段的实际长度L1
3
3
-6
+1+1+7+4.80.700.60
3.
50
4、求出各管段的额定流量，根据各管段供气的用具数得同时工作系数值，可求得各管段
的计算流量。 计算流量计算公式如下： Q= KtΣKQnN
式中:Q---燃气管道的计算流量（m3/h）；
Kt---不同类型用户的同时工作系数，当缺乏资料时，可取Kt=1; K---相同燃具或相同组合燃具的同时工作系数； Qn---相同燃具或相同组合燃具的额定流量（m3/h）；
N---相同燃具或相同组合燃具的数量。
5、由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量预定各管段的管径。
6、查表得各管段的局部阻力系数ζ，查图得ζ=1时的l2值，求出其当量长度L2 =∑ζl2，从而可得管道的计算长度L=L1+L2=L1+Σζl2 式中L1—管段的实际长度（m）。
7、根据燃气种类、密度和运动粘度选择水力计算图5-5确定管段单位长度的压降值。由于本设计的燃气密度ρ=0.767kg/m3 ，需进行密度修正。
由此得到各管段单位长度压降值后，乘以管段计算长度，即得该管段的阻力损失。 8、计算各管段的附加压头，每米管段的附加压头值等于 ΔH=10³(ρa -ρg)h
g ---重力加速度；
ρg ---燃气密度（kg/m3）；
9、求各管段的实际压力损失，为ΔP–ΔH
10、求出燃气管道总压力降，对于天然气室内计算压力降一般不超过200-500Pa（包括燃气表的压力降）。
ΔP=Pmax – Pmin =(k1 – k2) Pn
11、以总压力降与允许的计算压力降相比较，如不合适，则可改变个别管段的管径，。重复计算过程，直至满足要求. 将上述计算完整填成室内燃气管道水力计算表.
一、 管材：
管材及管道防腐
中低压管道大部分采用镀锌钢管，接口为焊接或法兰联接，所有穿越街道处均采用钢管套管。
二、 管道防腐设计：
1、依据
《城镇燃气埋地钢管管道腐蚀控制技术规程》如下： ① 城镇燃气埋地钢管管道必须采用防腐层进行外保护；
② 高压、次高压、公称直径大于或等于100毫米的中压管道和公称直径大于或等
于 200毫米的低压管道必须采用防腐层辅以阳极保护的腐蚀控制系统，管道运行期间阳极保护不应间断。
2、防腐层进行外保护
由于该城市土壤为黏土，土壤腐蚀等级为中级，土壤电阻率为20欧•米，防腐等级为普通绝缘。
表 埋地钢管各类沥青绝缘层结构
第四章 区域调压站设计
调压站布置
调压站是连接中、低压燃气管网的枢纽，是用来调节和稳定管网压力的设施。
居民用户采用区域调压站，其作用半径0.5—1Km，共计8个。 工业用户采用专用调压站，共1个。 调压站布置原则：
1、调压站的净高通常为3.2-3.5米，主要通道的宽度及没两台调压器之间的净距不小于1米，调压站的屋顶应有泄压设施，房间应向外开。
2、调压站应有自然通风，通风次数每小时不宜少于两次。室内温度一般不低于0度。室内电器设备应采取防爆措施。
3、区域调压站内一般不设流量计。因为城市输配管网多为环状布置，由一个调压站供应的用户数是不固定的。
4、区域调压站通常设在居民住宅区，燃气泄漏会危及居民安全，安全防火距离必须严格按《城镇燃气设计规范》要求，并考虑必要的安全措施。
调压站最佳作用半径及负荷
Bb
0.388
0.388
R0=4.3⨯1.14⨯
⨯∆p
0.2451
0.081
0.143
⨯q
(Ne)
式中： R0——最佳作用半径 ( m );
B——调压站造价( 万元 ),取15000元； ∆p——计算压力降( 帕 )；本设计中为1500帕
b——管道造价系数（ 元/cm∙m ），取4元/cm∙m；
q1——管网密度系数；
N——人口密度（人/公顷 ）；
e——每人每小时计算流量（Nm³/人∙h）。
i——调压器选型及通过能力校核
一、调压器的选型：
调压器的作用是将较高的入口压力调至较低的出口压力,并根据燃气需用工况的变化自动保持燃气压力在出口时恒定在设定值,选择调压器时应综合考虑以下几种因素:
1、 流量 所选调压器的尺寸既要满足最大进口压力时通过最小流量,又要满足进口压力
最小时通过最大流量.
2、 燃气的种类 燃气种类影响所选调压器类型,尺寸及材料,该小区由于是天然气气
源,天然气较洁净,腐蚀性小,热值高,选用调压器体积尺寸较小.
3、 进出口压力 进出口压力影响调压器的类型和尺寸.调压器装置必须能承受压力
作用,并使高速燃气引起的磨损达最小值.所要求的出口压力值决定了调压器薄膜的尺寸.薄膜越大,对压力的反应越灵敏
4、 调节精度 即稳压精度.一般为 ±5%----±10%
5、 阀座的形式
综合考虑本小区采用中低压城镇调压柜TRG-Ⅱ系列产品，采用双路加旁路结构；日常工作回路和监控回路互为切换，应急时可启用旁通系统。
进口压力： P1=0.005—0.5MP;
出口压力： P2=1---5KP
关闭压力： Pb
调压精度： ±5%----±10%
对于本设计调压站采用TRG--Ⅱ--500系列调压柜.
进口管径：DN50
出口管径：DN100
工作温度：-20——60摄氏度
二、调压器通过能力校核
P2'
P1
Q=0.5Q'⨯P1⨯⎛ρ0' ∆p'⨯P'⨯ρ20⎝⎫⎪ ⎪⎭
式中 Q——调压器的通过能力（Nm³/h）
Qˊ——调压器的额定通过能力（Nm³/h）
P1——选用调压器的计算压力降（Kpa）
∆pˊ——调压器的额定通过能力时采用的压力降（Kpa）
P2'——计算调压器额定通过能力时采用的出口绝对压力（Kpa）
ρ0——选择调压器时的燃气密度(Kg/m3)
ρ0'——计算调压器额定通过能力时采用的燃气密度(Kg/m)(0.6Kg/ N³) 3
调压站（或调压箱或调压柜）的工艺设计要求
1) 低压管网不成环的区域调压站和连续生产使用的用户调压装置宜设置备用调压器，其他情况下的调压器可不设备用。调压器的燃气进出口管道之间应设旁通管，用户调压箱（悬挂式）可不设旁通管。
2) 中压燃气调压站室外进口管道上，应设置阀门。
3) 调压站室外进、出口管道上阀门距调压站的距离：
当为地上独立建筑时，不宜小于10m（当为毗连建筑物时，不宜小于5m）；
当为调压柜时，不宜小于5m；
当为露天调压站时，不宜小于10m；
当通向调压站的支管阀门距调压站小于100m时，室外支管阀门与调压站进口阀门可合为一个。
4) 在调压器燃气入口处应安装过滤器。
5) 在调压器燃气入口（或出口）处，应设防止燃气出口压力过高的安全保护装置（当调压器本身带有安全保护装置时可不设）。
6) 调压器的安全保护装置宜选用人工复位型。安全保护（放散或切断）装置必须设定启动压力值并具有足够的能力。启动压力应根据工艺要求确定，当工艺无特殊要求时应符合下列要求：
a当调压器出口为低压时，启动压力应使与低压管道直接相连的燃气用具处于安全工作压力以内。
b当调压器出口压力小于0.08MPa时，启动压力不应超过出口工作压力上限的50%； c当调压器出口压力等于或大于0.08MPa，但不大于0.4MPa时，启动压力不应超过出口工作压力上限0.4MPa；
d当调压器出口压力大于0.4MPa时，启动压力不应超过出口工作压力上限的10%。
7) 放散管管口应高出调压站屋檐1.0m以上。
调压柜的安全放散管管口距地面的高度不应小于4m；设置在建筑物墙上的调压箱的安全放散管管口应高出该建筑物屋檐1.0m。
地下调压站和地下调压箱的安全放散管管口也应按地上调压柜安全放散管管口的规定设置。
注：清洗管道吹扫用的放散管、指挥器的放散管与安全水封放散管属于同一工作压力时，允许将它们连接在同一放散管上。
参考文献
1.《燃气输配》马良涛主编,中国电力出版社出版；
2.《城镇燃气设计规范》；2006年07月12日发布，2006年11月01日实施 3.《建筑燃气设计手册》，袁国汀主编，中国建筑工业出版社出版
《燃气输配》课程设计说
明书
学 院：河南城建学院
专 业:建筑环境与设备工程 班 级：0724083班 学 号：072408339 学生姓名：周林园
指导教师：马良涛 崔秋娜 鞠睿
2011.6
目录
第一章 燃气性质计算 .................................................................................. 2 气源基本参数 ............................................................................................. 2 燃气性质的计算 ......................................................................................... 2 第二章 耗气量计算及供需平衡 ..................................................................... 5 居民生活耗热指标及用气量 ..................................................................... 5 公共建筑耗热指标及用气量平衡 ............................................................. 5 第三章输配管网系统设计及水力计算............................................................ 5 布线依据 ................................................................................................... 6 中压管网布置 ........................................................................................... 7 低压管网布置 ........................................................................................... 7 管道的纵断面布置 .................................................................................... 9 管网水利计算及压力降的确定 ................................................................. 10 小区室外庭院管网水利计算： ................................................................. 13 小区室内管道水力计算：......................................................................... 15 管材及管道防腐 ....................................................................................... 18 第四章 区域调压站设计 .............................................................................. 18 调压站布置 ............................................................................................... 18 调压站最佳作用半径及负荷 ..................................................................... 19 调压站（或调压箱或调压柜）的工艺设计要求 ....................................... 21 参考文献 ...................................................................................................... 22
第一章 燃气性质计算
气源基本参数
选用的天然气，其容积成分为，甲烷96% ，丙烷1%，正丁烷1%，CmHn（按丙烯）1%氮气1%。
表1 天然气组成及其标态下的主要特性值
燃气性质的计算
1. 分子量的计算
由输配课本表1-4、表1-5查得各组分分子量，按以下公式求混合气体平均分子量。
1
M =100
∑yM
i1
i
=
(y100
1
M
1
+
yM
2
2
+ +
yM)
n
n
=17.124
2．相对密度的计算
由输配课本表1-4、表1-5查得各组分密以下公度，按以下公式求混合气体平均密度。
ρ=
1100
∑yρ
i
i
=
=
1
100
1100
(yρ
1
1
+
yρ
2
2
+ +
yρ
n
n
)
(96⨯0.7174+1⨯2.0102+1⨯2.7030+1⨯1.9136+1⨯1.2504)
3
=0.767kg/ m
按以下公式求混合气体相对比重即相对密度。 S=
ρ
1.293
=
0.7671.293
=0.59
3．粘度的计算
将容积成分换算为质量成分
g
i
=
由输配课本表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
i
i
yM∑yM
i
i
⨯100
算得到
∑yM
i
i
=96⨯16.043+1⨯44.0970+1⨯58.1240+1⨯28.0134+1⨯42.0810=1712.4434
按换算公式，各组分的质量成分为
ggggg
CH4
==
96⨯16.04301712.44341⨯44.09701712.44341⨯31.99881102.381⨯42.081
⨯100=89.9⨯100=2.6⨯100=2.9
C3H8
C4H10
==
CmHn
N2
=
1712.44341⨯28.01341712.4434
⨯100=2.5 ⨯100=1.6
由输配课本表1-4、表1-5查得各组分的动力粘度，按以下公式求混合气体动力粘度。 μ
=
∑g
g∑
ii
μ
i
=
100⨯10-6
1214.023
+
2.67.502
+
3.46.835
+
2.57.649
+
89.910.395
+
1.616.671
=10.09⨯10-6Pa²s
混合气体的运动粘度为
ν=
μρ
=
10.09⨯10-6
0.767
=13.24⨯10-6m
2
/s
4．热值的计算(热值计算中,低热值不计算生成的水蒸气放出的汽化潜热量,高热值计算了生成的汽化潜热量)
QH=0.01⨯(96⨯39.842+1⨯101.266+1⨯113.886+1⨯93.66)=41.337
MJ/m3
QL=0.01⨯(96⨯35.902+1⨯93.240+1⨯123.649+1⨯87.667)=37.51MJ/m
3
5．爆炸极限的计算
然后将组分的惰性气体按照图1-12（输配课本）与可燃气体进行组合，即
y
+
+1%=97%
，
惰性气体1.01
CH4
y
=96%N
2
可燃气体
=
96
=0由输配课本图1-12查得各混合组分在上述混合比时的爆炸极限相应为4%～16%。
L=
100
⎛
y'''
y 1+
y2+ +y⎫⎪⎛n
1y
⎫
+ +
n
⎪
L
'L
'L'⎪+⎪⎝
1
2
n⎪
⎭⎝L
+
y21
L
2
Ln⎭
L
nA=
100
l
971≈3.86%
4
+
12.1
+
1.5
+
12.0
L
nAh
=
100
971≈15.67%
16
+19.5
+8.5
+
111.7
6．华白指数的计算
华白数是一个互换性指数。规定在两种燃气互换时华白数的变化不大于±5％～10％经计算得W=57.41MJ/m3
第二章 耗气量计算及供需平衡 居民生活耗热指标及用气量
该小区总户数380户，每户为16.1kw
居民生活用气量为：Qy =0.8³96500³2500/37.51=5145295m³/a 年总用气量 Qy=5145295 m³/a
计算燃气管道的流量，应按计算月的小时最大用气量
Q=QyKmKdKh/365³24=51452945³1.2³1.1³2.5/365³24=1615m³/h
公共建筑耗热指标及用气量平衡
用气量平衡方法及措施：
1)、改变气源的生产能力和和设置机动气源 2)、利用缓冲用户进行调节：
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他燃料---这样可调节季节性不均匀和一部分日用气不均匀。还可调整某些工业企业用户的厂休日和作息时间，以及在节日用气高峰时，有计划的暂停供应大型工业企业等方法---来调节日不均匀性。 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。地下储气库---可用于调节季节性不均匀和一部分日用气不均匀。
第三章输配管网系统设计及水力计算
现代化的城市燃气输配系统是复杂的综合设施，由下表:本设计的输配系统主要是由以下几个部分组成：
1.低压、中压两级压力的燃气管网；2.区域调压站；
表:城镇燃气设计压力（表压）分级
布线依据
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以后，决定各管段的具体位置。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，必须考虑到以下基本情况：
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、街道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，必要的管道坡度，街道地形变化情况；
5、与该管道相连接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。
中压管网布置
中压管线的功能是输送燃气并向低压管网供气，一般按以下原则布置：
1、中压管道应布置在城市用气区便于与低压管网相连的规划道路上，应尽量避免沿车辆来往频繁或闹市区的主要交通干线上，否则对管道施工和维修造成困难。
2、中压管网应布置成环网，以提高其输配气的安全可靠性。
3、中压管道的布置，应考虑对大型用户直接供气的可能性，并应使管道通过这些地区时尽量靠近这类用户，以利于缩短连接支管的长度。
4、中压管线的布置应考虑调压室的布点位置，尽量管道靠近各调压室，以缩短连线支管的长度。
5、中压管道应尽量避免穿越铁路和河流以减少工程量及投资。
6、中压管道必须考虑近期建设与长期建设的关系，以延长已敷设管道的有效使用年限，尽量减少建成后改线、增大管径或增设双线的工程。
7、成环管网边长一般为2-3公里。
低压管网布置
低压管网的功能是直接向各类用户配气，是城市供气系统中最基本的管网。根据此特点，低压管网的布置一般应考虑下列几点：
1、低压管道的输气压力低，沿程压力降的允许值也较低，故低压管网的成环边长宜控制在300-600米之间。
2、低压管道直接与用户相连。而用户商量随城市发展而逐步增加，故低压管道除以环状管网为主布置外，也允许存在枝状管道。
3、为保证和提高低压管网的供气稳定性，给低压管网供气的相邻调压室之间的连通管道的管径，应大于相邻管网的低压管道管径。
4、有条件时低压管道宜尽可能布置在街坊内兼做庭院管道，以节省投资。 5、低压管道可以沿街道的一侧敷设，也可双侧敷设。在有轨电车通行的街道上，
当街道宽度大于20米，横穿街道的支管过多，或输配气量大，而又限于条件不允许敷设大口径管道时，低压管道可采用双线敷设。
6、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的街道下敷设。
7、为了保证在施工和检修时互不影响，也为了避免由于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保持必要的净距，
表3-1 地下燃气管道与建筑物、构筑物之间的最小水平净距
表3-2 地下燃气管道与建筑物或相邻管道之间的最小水平净距
四、 管道的纵断面布置
在决定管道的纵断面布置时，要考虑以下几点：
1、地下燃气管道埋设深度，宜在土壤冰冻线以下。管顶覆土厚度还应满足下列要求：
埋设在车行道下时，不得小于0.8米； 埋设在非车行道下时，不得小于0.6米；
随着干天然气的广泛使用以及管道材质的改进，埋设在人行道、次要街道、草地和公园的燃气管道可采用浅层敷设。
2、输送湿燃气的管道，不论是干管还是支管，其坡度一般不小于0.003。布线时，最好能使管道的坡度和地形相适应。在管道的最低点应设排水器。
3、燃气管道不得在地下穿过房屋或其他建筑物，不得平行敷设在有轨电车轨道之下，也不得与其他地下设施上下并置。
4、在一般情况下，燃气管道不得穿过其他管道本身，如因特殊情况要穿过其他大断面管道（污水干管、雨水干管、热力管沟等）时，需征得有关方面同意，同时燃气管道必须安装在钢套管内。
5、燃气管道与其他各种构筑物以及管道相交时，应按规范规定保持一定的最小垂直净距。
管网水利计算及压力降的确定
一、 基础数据：
天然气成分（体积百分比）
天然气低热值H=37.51MJ/Nm³ 密度ρ = 0.767Kg/Nm³ 运动粘度ν =13.24³10-6m2/s 计算温度T = 288K 管道计算方法的确定
由于该小区采用的是楼栋调压，户内挂表方式，故其安装工艺流程如下：
中压管道→调压箱→低压管道→用户→燃气表→燃具
对于各楼栋调压箱后的低压庭院管段采用查表和利用公式计算校核相结合的方法确定各管段管径，具体计算步骤如下：
1) 对管网的节点和管道编号；
2) 确定气流方向，根据各管段下游的用户数，用同时工作系数法求出各条管段的计
算流量；
表 居民生活用燃具的同时工作系数
3）根据确定的允许压力降，计算管线单位长度的允许压力降。 4）根据管段的计算流量及单位长度允许压力降查图预选管径。
5）根据所选定的标准管径和计算流量，求出雷诺数判断流态，然后选择合适的低压天然气管道压力降计算公式求出各管段实际压降，最后计算出总的压力降。
6）检查校核计算的结果。若计算出的总的压力降超出允许的精度范围，则应适当变动管径，直至总压力降小于并趋近于规范所允许的压力降为止。 二、 小区低压管网水利计算：
计算结果列于下表中。 表-1
室外低压支路Ⅰ
室外低压支路Ⅱ
室外低压支路Ⅲ
室外低压支路Ⅳ
小区室外中压管网水利计算：
① 中压管网各节点及各管段编号如图。
② 确定计算流量。
③ 选管道1-2-3-4-5为本枝状管网的干管。
④ 干管总长度：L=10+32+32+32=106ΔP=2850-2000-350=500Pa ⑤ 根据气源点的供气压力及调压器进口的最小需求压力
确定干管允许压力平方差
ΔP2L=2102-2002=4100 kPa2/m 则干管的单位长度的允许压力平方差为
ΔP2L / L=4100/106/1.05=36.8 kPa2/m
⑥由干管的单位长度的允许平方差及各管段的计算流量，
查《燃气工程技术手册》初选干管各管段的管径及其单位长度压力差 管段1-2 d=50mm ΔP21-2/ L1=1 Pa/m
2
管段2-3 d=50mm ΔP22-3/ L2=0.6 Pa2/m 管段3-4 d=50mm ΔP23-4/ L3=0.25 Pa2/m 管段4-5 d=50mm ΔP24-5/ L4=0.06 Pa2/m ⑦计算干管各管段的压力差
管段1-2 ΔP21-2=1.05³1³10m=10.5³10-3 Pa2 管段2-3 ΔP22-3 =1.05³0.6³32= 20.16³10Pa
-3
2
管段3-4 ΔP23-4=1.05³0.25³32= 8.4³10-3Pa2 管段4-5 ΔP24-5=1.05³0.06³32= 2.02³10-3Pa2 ΣΔP2=（10.5+20.16+8.4+2.02）³10-3=41.08 kPa2 ⑧ 计算干管中各节点压力 节点9 P9=
4-5≈200kPa 节点8 P8
4-5≈200kPa 节点7 P7
4-5≈200kPa 节点6 P6
4-5
过程整合于下表 表-2
小区室内管道水力计算：
室内燃气管道设计：燃气管道见平面图与系统图，每家用户装燃气双眼灶和快速热水器，额定热负荷为（5.8+10.3）kw，燃气热值为37.51 MJ/ m3,燃气密度为ρ=0.767㎏/m，运动粘度ν=10.31³10㎡/s
1、根据上述资料，计算出灶具和热水器在该种燃气下的小时额定用气量。
Q=额定功率²3600秒/低发热值 (m/h)
2、根据楼房平面图和立面图定出燃气管线的布置草图
3、做出草图（室内燃气管道系统图），反管径变化或流量变化处均应编号，并标上各计
算管段的实际长度L1
3
3
-6
+1+1+7+4.80.700.60
3.
50
4、求出各管段的额定流量，根据各管段供气的用具数得同时工作系数值，可求得各管段
的计算流量。 计算流量计算公式如下： Q= KtΣKQnN
式中:Q---燃气管道的计算流量（m3/h）；
Kt---不同类型用户的同时工作系数，当缺乏资料时，可取Kt=1; K---相同燃具或相同组合燃具的同时工作系数； Qn---相同燃具或相同组合燃具的额定流量（m3/h）；
N---相同燃具或相同组合燃具的数量。
5、由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量预定各管段的管径。
6、查表得各管段的局部阻力系数ζ，查图得ζ=1时的l2值，求出其当量长度L2 =∑ζl2，从而可得管道的计算长度L=L1+L2=L1+Σζl2 式中L1—管段的实际长度（m）。
7、根据燃气种类、密度和运动粘度选择水力计算图5-5确定管段单位长度的压降值。由于本设计的燃气密度ρ=0.767kg/m3 ，需进行密度修正。
由此得到各管段单位长度压降值后，乘以管段计算长度，即得该管段的阻力损失。 8、计算各管段的附加压头，每米管段的附加压头值等于 ΔH=10³(ρa -ρg)h
g ---重力加速度；
ρg ---燃气密度（kg/m3）；
9、求各管段的实际压力损失，为ΔP–ΔH
10、求出燃气管道总压力降，对于天然气室内计算压力降一般不超过200-500Pa（包括燃气表的压力降）。
ΔP=Pmax – Pmin =(k1 – k2) Pn
11、以总压力降与允许的计算压力降相比较，如不合适，则可改变个别管段的管径，。重复计算过程，直至满足要求. 将上述计算完整填成室内燃气管道水力计算表.
一、 管材：
管材及管道防腐
中低压管道大部分采用镀锌钢管，接口为焊接或法兰联接，所有穿越街道处均采用钢管套管。
二、 管道防腐设计：
1、依据
《城镇燃气埋地钢管管道腐蚀控制技术规程》如下： ① 城镇燃气埋地钢管管道必须采用防腐层进行外保护；
② 高压、次高压、公称直径大于或等于100毫米的中压管道和公称直径大于或等
于 200毫米的低压管道必须采用防腐层辅以阳极保护的腐蚀控制系统，管道运行期间阳极保护不应间断。
2、防腐层进行外保护
由于该城市土壤为黏土，土壤腐蚀等级为中级，土壤电阻率为20欧•米，防腐等级为普通绝缘。
表 埋地钢管各类沥青绝缘层结构
第四章 区域调压站设计
调压站布置
调压站是连接中、低压燃气管网的枢纽，是用来调节和稳定管网压力的设施。
居民用户采用区域调压站，其作用半径0.5—1Km，共计8个。 工业用户采用专用调压站，共1个。 调压站布置原则：
1、调压站的净高通常为3.2-3.5米，主要通道的宽度及没两台调压器之间的净距不小于1米，调压站的屋顶应有泄压设施，房间应向外开。
2、调压站应有自然通风，通风次数每小时不宜少于两次。室内温度一般不低于0度。室内电器设备应采取防爆措施。
3、区域调压站内一般不设流量计。因为城市输配管网多为环状布置，由一个调压站供应的用户数是不固定的。
4、区域调压站通常设在居民住宅区，燃气泄漏会危及居民安全，安全防火距离必须严格按《城镇燃气设计规范》要求，并考虑必要的安全措施。
调压站最佳作用半径及负荷
Bb
0.388
0.388
R0=4.3⨯1.14⨯
⨯∆p
0.2451
0.081
0.143
⨯q
(Ne)
式中： R0——最佳作用半径 ( m );
B——调压站造价( 万元 ),取15000元； ∆p——计算压力降( 帕 )；本设计中为1500帕
b——管道造价系数（ 元/cm∙m ），取4元/cm∙m；
q1——管网密度系数；
N——人口密度（人/公顷 ）；
e——每人每小时计算流量（Nm³/人∙h）。
i——调压器选型及通过能力校核
一、调压器的选型：
调压器的作用是将较高的入口压力调至较低的出口压力,并根据燃气需用工况的变化自动保持燃气压力在出口时恒定在设定值,选择调压器时应综合考虑以下几种因素:
1、 流量 所选调压器的尺寸既要满足最大进口压力时通过最小流量,又要满足进口压力
最小时通过最大流量.
2、 燃气的种类 燃气种类影响所选调压器类型,尺寸及材料,该小区由于是天然气气
源,天然气较洁净,腐蚀性小,热值高,选用调压器体积尺寸较小.
3、 进出口压力 进出口压力影响调压器的类型和尺寸.调压器装置必须能承受压力
作用,并使高速燃气引起的磨损达最小值.所要求的出口压力值决定了调压器薄膜的尺寸.薄膜越大,对压力的反应越灵敏
4、 调节精度 即稳压精度.一般为 ±5%----±10%
5、 阀座的形式
综合考虑本小区采用中低压城镇调压柜TRG-Ⅱ系列产品，采用双路加旁路结构；日常工作回路和监控回路互为切换，应急时可启用旁通系统。
进口压力： P1=0.005—0.5MP;
出口压力： P2=1---5KP
关闭压力： Pb
调压精度： ±5%----±10%
对于本设计调压站采用TRG--Ⅱ--500系列调压柜.
进口管径：DN50
出口管径：DN100
工作温度：-20——60摄氏度
二、调压器通过能力校核
P2'
P1
Q=0.5Q'⨯P1⨯⎛ρ0' ∆p'⨯P'⨯ρ20⎝⎫⎪ ⎪⎭
式中 Q——调压器的通过能力（Nm³/h）
Qˊ——调压器的额定通过能力（Nm³/h）
P1——选用调压器的计算压力降（Kpa）
∆pˊ——调压器的额定通过能力时采用的压力降（Kpa）
P2'——计算调压器额定通过能力时采用的出口绝对压力（Kpa）
ρ0——选择调压器时的燃气密度(Kg/m3)
ρ0'——计算调压器额定通过能力时采用的燃气密度(Kg/m)(0.6Kg/ N³) 3
调压站（或调压箱或调压柜）的工艺设计要求
1) 低压管网不成环的区域调压站和连续生产使用的用户调压装置宜设置备用调压器，其他情况下的调压器可不设备用。调压器的燃气进出口管道之间应设旁通管，用户调压箱（悬挂式）可不设旁通管。
2) 中压燃气调压站室外进口管道上，应设置阀门。
3) 调压站室外进、出口管道上阀门距调压站的距离：
当为地上独立建筑时，不宜小于10m（当为毗连建筑物时，不宜小于5m）；
当为调压柜时，不宜小于5m；
当为露天调压站时，不宜小于10m；
当通向调压站的支管阀门距调压站小于100m时，室外支管阀门与调压站进口阀门可合为一个。
4) 在调压器燃气入口处应安装过滤器。
5) 在调压器燃气入口（或出口）处，应设防止燃气出口压力过高的安全保护装置（当调压器本身带有安全保护装置时可不设）。
6) 调压器的安全保护装置宜选用人工复位型。安全保护（放散或切断）装置必须设定启动压力值并具有足够的能力。启动压力应根据工艺要求确定，当工艺无特殊要求时应符合下列要求：
a当调压器出口为低压时，启动压力应使与低压管道直接相连的燃气用具处于安全工作压力以内。
b当调压器出口压力小于0.08MPa时，启动压力不应超过出口工作压力上限的50%； c当调压器出口压力等于或大于0.08MPa，但不大于0.4MPa时，启动压力不应超过出口工作压力上限0.4MPa；
d当调压器出口压力大于0.4MPa时，启动压力不应超过出口工作压力上限的10%。
7) 放散管管口应高出调压站屋檐1.0m以上。
调压柜的安全放散管管口距地面的高度不应小于4m；设置在建筑物墙上的调压箱的安全放散管管口应高出该建筑物屋檐1.0m。
地下调压站和地下调压箱的安全放散管管口也应按地上调压柜安全放散管管口的规定设置。
注：清洗管道吹扫用的放散管、指挥器的放散管与安全水封放散管属于同一工作压力时，允许将它们连接在同一放散管上。
参考文献
1.《燃气输配》马良涛主编,中国电力出版社出版；
2.《城镇燃气设计规范》；2006年07月12日发布，2006年11月01日实施 3.《建筑燃气设计手册》，袁国汀主编，中国建筑工业出版社出版