小區燃氣管網系統設計示例目 錄1.設計條件31.1工程概況31.2燃氣供應對象31.3接入點位置31.4燃氣的設計參數及計算公式41.5用戶灶具配備62.設計計算72.1用戶用氣量確定72.2 小區管道設計72.3調壓設備選擇122.4水力計算132.5確定允許壓力降182.6校核182.7 舉例對管段進行水力計算并核算小區管段總壓降183.管道附屬設備253.1閥門253.2凝水器253.3放散管263.4 護罩263.5閥門井263.6金屬示蹤線和警示帶264.設計圖紙275.參考文獻281.設計條件1.1工程概況 本設計為某小區燃氣管網系統設計。該小區位于華東某平原區域，屬亞熱帶南緣季風氣候區，冬夏長，春秋短，溫暖潮濕，雨量充沛，年平均氣溫16度，極限凍土深度0.3m。接入點市政燃氣管網的壓力等級為中壓，設計壓力均為0.2MPa，小區內末端壓力0.15MPa，低壓管網設計壓力為0.01MPa，煤氣表前壓力3000Pa。管道坡度3；1.2燃氣供應對象該小區為一新建社區，小區內地勢平坦，本設計的范圍僅包括小區平面圖中虛線劃定區域內的1#6#樓房，共6棟，各棟樓房居民戶數分配方案如表1.1所示。表1.1 居民戶數分配表方案1#樓2#樓3#樓4#樓5#樓6#樓合計H22224182030241381.3接入點位置該小區燃氣管網的市政批準接入點位置為B方案，詳見小區平面圖。 1.4燃氣的設計參數及計算公式該小區所引用的燃氣為石油伴生氣R2，其化學成分詳見表1.2。表1.2 燃氣化學成分表燃氣CH4C3H8C4H10CmHnCO2O2N2R281.76.24.84.90.30.21.9天然氣基本參數計算公式（1）燃氣的平均密度【1】式中：混合氣體的平均密度，kg/m3;：燃氣中各單一氣體的容積比，%；：標準狀態下燃氣中各單一氣體的密度，kg/m3。（2） 燃氣的相對密度【1】 式中： 混合氣體的相對密度，空氣為1；： 混合氣體的平均密度，kg/m3；1.293：標準狀態下空氣的密度，kg/m3。(3) 動力黏度【1】 式中：混合氣體的動力粘度，：混合氣體各組分的質量成分，%；：混合氣體各組分的動力粘度，。(4) 運動粘度【1】 (5) 式中：流體的運動粘度，m2/s；：相應流體的動力粘度，；：流體的密度，kg/m3。（5） 燃氣的低發熱值該燃氣為石油伴生氣，查的石油伴生氣的低發熱值為45470。【2】本設計中CmHn使用燃氣的性質，得到石油伴生氣的燃氣的性質。 成分參數 (kg/m3)0.71742.01022.7033.45371.97711.42911.2504y(%)81.76.24.84.90.30.21.9（%）57.2 11.9 12.2 15.4 0.6 0.3 2.3 105()1.060.7650.6970.6481.431.981.7表1.3 燃氣性質表流體密度 （kg/m3）=1.0423 燃氣相對密度 s=0.8061流體動力粘度105()=1.128 流體運動粘度105（m2/s）=1.082 1.5用戶灶具配備各戶居民均選用海爾公司產YZ12T-2 型雙眼灶具，不考慮其他燃氣具，燃氣額定熱負荷：4.1kW，R2燃料灶前額定燃氣壓力要求2000Pa。2.設計計算2.1用戶用氣量確定各戶居民均選用海爾公司產YZ12T-2 型雙眼灶具，不考慮其他燃氣具，燃氣額定熱負荷：4.1kW；灶前額定燃氣壓力要求： R2燃料2000Pa。式中：-灶具額定用氣流量（）-為本設計所用天燃氣的低熱值（）計算得： 2.2 小區管道設計2.2.1 小區管道選材城市室外煤氣管道管材，按輸氣壓力要求，考慮到管壁耐壓強度，低壓和中壓管道一般采用鑄鐵管，次高壓或高壓管道宜采用鋼管。【3】我國燃氣管道按燃氣設計壓力P(MPa)分為七級。燃氣設計壓力分級表名稱壓力(MPa)高壓燃氣管道A2.5P4.0B1.6P2.5次高壓燃氣管道A0.8P1.6B0.4P0.8中壓燃氣管道A0.2P0.4B0.01P0.2低壓燃氣管道P0.01用于輸送燃氣的管道材料有鋼、鑄鐵管、塑料管和復合管等，一般應根據燃氣的性質、系統壓力、施工要求以及材料供應情況等來選用，并滿足機械強度、抗腐蝕、抗震及氣密性等各項基本要求。其中鋼管具有強度高、韌性好、抗沖擊性和嚴密性好，焊接加工方便等優點，但耐腐蝕性能較差，使用壽命約為30年；鑄鐵管塑性好，鉆孔、切割方便，耐腐蝕，使用壽命可達60年左右；塑料管是近年來發展快、用途廣的一種管材，具有耐腐蝕、質輕、流體流動阻力小、使用壽命長、施工簡便、可盤卷、抗拉強度大以及官網運行管理容易費用低廉等一系列優點，但其剛性比鋼管低，經劇烈碰撞容易斷裂。由于本設計小區位于華東某平原區域，屬亞熱帶南緣季風氣候區，冬夏長，春秋短，溫暖潮濕，雨量充沛，年平均氣溫16度，極限凍土深度0.3m。并且由于小區內輸氣管道一般埋設于土壤中，易受腐蝕，小區內使用環境決定管道不易受到碰撞，并且由工程概況看出小區使用中低壓管網，故綜合應選擇塑料管。塑料管按原材料的不同可分為聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丁烯，ABS管等，適用于輸送燃氣的塑料管主要是聚乙烯（Polyethylene簡稱PE管）管。聚乙烯燃氣管道分為SDR11和SDR17.6兩個系列。SDR為公稱外徑與壁厚之比。SDR11系列宜用于輸送人工煤氣、天然氣、氣態液化石油氣；SDR17.6系列宜用于輸送天然氣。由于本工程輸送石油伴生氣，考慮到今后有可能更換燃氣種類。所以選用SDR11系列的聚乙烯燃氣管材。由于接入點市政燃氣管網的壓力等級均為中壓，設計壓力均為0.2MPa。PE80為4.0MPa;PE 100為5.0 MPa。本設計中選用PE80級別的混配料。管道連接方式分為電熱熔鏈接和熱熔對接鏈接，本設計采用電熱熔鏈接。2.2.2 燃氣管網布線小區內無河流或廠區，故采用地下敷設，地下燃氣管道宜沿城鎮道路敷設，一般敷設在人行便道或綠化帶內。本設計為六棟居民樓供應燃氣，由小區平面圖可以確認管線采用枝狀布置。（一）布線原則應考慮：（1） 管道中燃氣的壓力；（2） 街道地下其他管網的密集程度與布置情況；（3） 接到交通量和路面結構情況，以及運輸干線的分布情況；（4） 所輸送燃氣的含濕量，輸送是燃氣要考慮必要的管道坡度，而輸送干燃氣則不用考慮管道坡度；（5） 與該管道相連接的用戶數量及用氣量情況，該管道是主要管道還是次要管道；（6） 線路上所遇到的障礙物情況；（7） 土壤性質、腐蝕性能和冰凍線深度；（8） 該管道在施工、運行和發生故障時，對城鎮交通和人民生活的影響。（2） 低壓管網的燃氣布置低壓管網的主要功能是直接向各類用戶配氣，低壓管網的布置一般應考慮：（1） 燃氣管網的輸氣壓力低，沿程壓力降的允許值也較低，故低壓管網成環時變長一般應控制在300600m之間。（2） 為保證和提高抵押管網的供氣可靠性，給低壓管網供氣的相鄰調壓站之間的管道應成環布置。（3） 有條件時低壓管網應盡可能布置在街坊內兼作庭院管道，以節省投資。（4） 低壓管道應按規劃道路布線，并應與道路軸線或建筑物的前沿相平行，盡可能避免在高級路面下敷設。（5） 低壓管道僅在調壓室出口設置閥門，其余一般不設閥門。為了保證在施工和檢修時互不影響，也為了避免由于泄漏出的燃氣影響相鄰管道的正常運行，甚至逸入建筑物內，地下燃氣管道與建筑物、構筑物以及其他各種管道之間應保持必要水平凈距。地下燃氣管道與建筑物，構筑物或相鄰管道之間的水平凈距表（m）項目地下燃氣管道低壓中壓B中壓A次高壓B次高壓A建筑物的基礎外墻面0.71.01.54.56.5給水管0.50.50.51.01.5污水、雨水排水管1.01.21.21.52.0電力電纜直埋在導管內0.51.00.51.00.51.01.01.01.51.5通訊電纜直埋在導管內0.51.00.51.00.51.01.01.01.51.5燃氣管道DN300mmDN300mm0.40.50.40.50.40.50.40.50.40.5熱力管直埋熱水蒸汽1.01.01.02.01.02.01.02.01.53.0在管溝內1.01.01.51.52.0電桿基礎35kV35kV1.02.01.02.01.02.01.05.01.05.0通訊照明電桿1.01.01.01.01.5鐵路路堤坡腳5.05.05.05.05.0有軌電車鋼軌2.02.02.02.02.0街樹0.750.750.751.21.2在本設計中，地下管道與各樓水平凈距均保持3m。其他應遵從低壓管線的布線原則。管線繪制：1.標明管線平面位置。2.對各計算接點進行編號，對于有管道計算流量、管徑、氣流方向改變或變化的位置均應編上接點號。3.對于管道附件，如圖中的凝水缸均應給出地坪及埋地的標高。4.圖上應標示出氣流方向,坡度方向。5.圖中應標示出與本設計有關的建（構）筑物名稱，如調壓站、閥門井等。（三）縱斷面管道布置地下燃氣管道與構筑物和相鄰管道之間的垂直凈距（m）也有一定要求（詳見參考文獻【1】表4-3）。因為為新建小區，未給出其他管線布置則本設計暫時先不考慮與其他管線的間距問題，但會給其他管線布置留下適當空間。要求【1】：1.埋設在車行道下時，不得小于0.9m；2.埋設在非車行道（含人行道）下時，不得小于0.6m；3.埋設在庭院（指綠化地及貨載汽車不能進入之地）內時，不得小于0.3m；4.埋設在水田下時，不得小于0.8m。在本設計中，考慮到現在小區內車輛的普及率，埋地深度都在0.9m及以上。由于地下燃氣管道中不可避免有冷凝水或輕質油，為了排除液體，須在管道低處設置排水器，相鄰排水器之間距離一般不大于500m，管道應有不小于0.003的坡度，本設計取用0.005。布線時應盡量使管道坡度與地面坡度方向一致，以減少土方量。本設計地面坡度未給出，則取坡度為0。繪制【2】：1.管道路面的地形標高；2.管道平面布置示意圖；3.燃氣管道走勢及埋深；4.相鄰管線、穿越管線及穿越障礙物的端面位置；5.管道附件的安裝深度；6.輸氣管道的坡向及坡度；7.圖面中管道高程和長度方向應該采取不同的比例。2.3調壓設備選擇小區接入點市政燃氣管網的壓力等級為中壓，設計壓力均為0.2MPa，小區內末端壓力0.15MPa，低壓管網設計壓力為0.01MPa。即在接入點與小區管網之間應設置調壓裝置。可選擇的調壓裝置為調壓箱、調壓柜和調壓室。本小區共有六棟居民樓需要供應燃氣，若設置調壓箱或調壓柜則需在每棟樓前各懸掛（或安裝在架上）一調壓箱或調壓柜，并且由接入點到各調壓箱（柜）之間為中壓管道，綜合考慮經濟性，本設計采用調壓室調壓。【1】本設計采用用戶調壓室（通常與中壓管網或低壓管網的管線相連接直接供應居民用戶用氣）【4】2.3.1調壓室選擇調壓室可建成地上或地下調壓室，為通風安全考慮，現在多采用地上調壓室，但因為地上調壓室選址比較困難，調壓室應盡量避開城市繁華地段及主要道路、密集的居民樓、重要建筑物及公共運動場所，距明火或散發火花的地點不得小于30m。【4】由于本設計小區平面圖上所示，若設計地上調壓室不滿足安全距離，故采用地下調壓室。調壓室入口燃氣壓力級制為中壓，根據燃氣工程技術手冊要求地下獨立燃氣調壓室距建筑物或構筑物距離要求為5m，距重要公共建筑物距離為25m，距鐵路或電車距離10m。【4】由小區平面圖上所示，B接入口附近3#號和5#號樓間距離為26459mm，若將調壓室設置在通道中間則可以滿足5m的安全距離。2.3.2調壓室的組成調壓室在城市燃氣輸配系統中的主要作用是調節和穩定系統壓力。并可用于控制輸配系統燃氣流量，并保護系統以免出口壓力過低或超低。【4】調壓室通常由調壓器、閥門、過濾器、安全裝置、旁通管以及測量儀器等組成。（1） 旁通管作用凡不能間斷供氣的調壓室均應設置旁通管，以保證調壓器維修時繼續供氣。燃氣通過旁通管供給用戶時，管網的壓力和流量由手動調節旁通管上的閥門來控制。（2） 測量儀器調壓室的測量儀器主要是壓力表。有些用戶調壓室和專用調壓室往往還安裝流量計。通常調壓室入口處安裝指示式壓力計，調壓器出口處安裝記錄式壓力計，可自動記錄調壓器的出口瞬間壓力，以便監視調壓器的工作狀況。調壓室可分為單通道調壓室和并聯通道調壓室兩種，本設計采用單通道調壓室。單通道調壓室的工作流程圖【4】 1、 絕緣法蘭 2、入口閥門 3、過濾器 4、帶安全閥的調壓器5、 出口閥門 6、流量計 7、旁通閥2.4水力計算2.4.1流量計算城市燃氣輸配系統的管徑及設備通過能力應按燃氣計算月的小時最大流量進行計算【1】。小時計算流量的確定，關系著燃氣輸配的經濟性和可靠性。若小時計算流量定得偏高，將會增加輸配系統的金屬用量等基礎設備費用，而若定得偏低，又會影響用戶的正常用氣量。確定燃氣小時計算流量的方法有兩種，不均勻系數法和同時工作系數法。由于居民住宅使用燃氣的數量和使用時間變化較大，故庭院燃氣管道的計算流量一般按燃氣用具的額定耗氣量和同時工作系數來確定。用同時工作系數法求管道計算流量的公式如下【1】：式中：:燃氣管道的小時計算流量（）；:不同類型用戶的同時工作系數，取1；：相同燃具或相同組合燃具的同時工作系數；:相同燃具或相同組合燃具的額定流量（）；:相同燃具或相同組合燃具數。根據文獻【1】表3-5可查得居民生活用燃具的同時工作系數k。根據計算流量預選管徑并計算阻力損失2.4.2預選管徑預選管徑可通過平均壓降法或經濟流速法來確定。但是由于本設計的庭院管段流量變化頻繁，不適合采用平均壓降法；本設計中天然氣按照6m/s的經濟流速預選管徑【2】。公式如下：式中：:管段的計算流量（）；:管道內徑()；:經濟流速()。根據預選管徑從表2.3中確定管道內徑。表2.3（埋地用聚乙烯PE直管尺寸表）內徑(mm)最小壁厚(mm)公稱外徑(mm)9.03.01514.03.02019.03.02526.03.03232.63.74040.84.65051.45.86361.46.8752.4.3確定實際流速根據計算流量以及預選管道的內徑，確定實際流速。公式如下：式中：:實際流速()；:庭院及室內燃氣管道的計算流量（）；:管道內徑()。2.4.4確定摩擦阻力系數及單位管長摩擦阻力損失由于燃氣處于各種流態時，需要選用不同的阻力計算公式。流態是通過雷諾數來判別的。雷諾數的計算公式如下：式中:雷諾數；:管道內徑()；:實際流速()；:運動粘度(/s)。根據各管段燃氣的雷諾數判別流態，選用不同的摩擦阻力系數及單位管長的摩擦阻力計算公式。不同流態的計算公式如下：【1】附錄2當3500時為紊流 ；當21003500時為臨界狀態 ；式中：:燃氣管道摩擦阻力損失(Pa)；:燃氣管道的摩阻系數；:燃氣管道的計算長度(m)；:燃氣管道的計算流量（Nm3/h）；:管道內徑(mm)；:1/m；:運動粘度(/s)；:管壁內表面的當量絕對粗糙度(mm)。PE管一般取=0.01mm【1】；:雷諾數；:實際的燃氣溫度，本設計取當地年平均氣溫16度；:273K。2.4.5單位管長摩擦阻力損失的密度修正密度修正：在上述單位管長摩擦阻力損失的公式中，密度為1kg/m3在輸送天然氣時，只需在上述阻力損失的基礎上乘以天然氣的密度數值。2.4.6確定管段計算長度【1】管段的計算長度由兩部分組成：一.實際管段長度；二.當量長度。:實際管段長度:當量長度當量長度的計算公式如下【1】：式中：:當量長度（m）；:計算管段中局部阻力系數的總和。可以通過查文獻【1】中表6-1查取；:管道內徑(mm)；:燃氣管道的摩阻系數。2.4.7管段阻力損失計算管段的總壓力損失值即為管段的計算長度與經過密度修正的單位長度管道阻力損失之積。管段的累計阻力損失計算該值即為本管段的阻力損失與前面已經計算過的管段的阻力損失累計值。至此，管道阻力損失計算完畢。2.5確定允許壓力降根據設計資料及文獻【1】中計算公式：式中 ：從調壓站到最遠燃具的管道允許阻力損失(Pa) ：低壓燃具的額定壓力(Pa)計算得：根據文獻【5】中表7-3可知多層建筑室內允許壓力降為350Pa，由此可以確定庭院燃氣管道允許壓力降為1300Pa。根據文獻【2】中表5-10可知壓力波動范圍則：，2.6校核第一次預選的管徑計算出的壓力降過高為3222.86Pa，大于2300Pa。沒有通過校核，則對管道適當的擴大管徑，最終得出的管徑符合要求。最大壓損為1786.44Pa，最小壓損為1174.76Pa，通過校核。對于天然氣的多層建筑室內燃氣管道允許阻力損失為350Pa，燃具額定壓力為2000Pa，庭院管道壓力損失在1211.52.76Pa 和1786.44Pa之間。則調壓室出口壓力在3813.1Pa和4357.26Pa之間。2.7 舉例對管段進行水力計算并核算小區管段總壓降下面以某管段為例，對其進行流量計算以及水力計算。(1) 初步畫出庭院管道水力計算圖（附圖1），標出所需參數。(2) 先將附表1中的參數加以說明：N 使用雙眼灶的用戶數；K 使用雙眼灶的用戶同時使用系數；Qn 雙眼灶的額定流量（Nm3/h）；Qh 使用雙眼灶的用戶的計算流量（Nm3/h）；d 管道內徑(mm)；dn 公稱直徑(mm)；L1 管段長度m；v 實際流速(m/s)； 運動粘度(/s)；Re 雷諾數； 燃氣管道的摩阻系數；計算管段中局部阻力系數的總和。可以通過查文獻【1】中表6-1查取；l2 單位的當量長度m；L2當量長度m；L 計算長度m； 燃氣的溫度；單位管長的摩擦阻力損失； 燃氣管道摩擦阻力損失(Pa)； 累計燃氣管道摩擦阻力損失(Pa)；(3) 以附表1中1-2-3管段為例，按照Excel表格中各項的計算順序說明表格中含有的程序、公式。a.流量計算b.流速確定根據流量以及預選管徑所對應得內徑確定實際流速，預選管徑時經濟流速定為5m/s。29.53mm查表選用外徑dn40的管徑，以下公式中的d均以對應于外徑40mm的內徑32.6mm計算。管段1-2-3，實際流速為：4.92m/sc. 單位管長摩擦阻力損失計算根據管段計算流量、實際流速以及運動粘度，得出雷諾數并判別流態從而選擇對應的公式進行計算得出單位摩擦阻力損失并進行密度修正。管段1-2-3，雷諾數為：18863.6的計算需要選用公式，該過程由下列語句來實現：如果(Re3500, , )如果Re值如果小于2100，就用這一公式；如果不是小于2100，并且如果大于3500，則套用公式，如果既不小于2100，且不大于3500，即大于2100小于3500時，套用公式。因為雷諾數為18863.6，大于3500，采用與紊流相對應的公式：0.035和的計算過程一樣，需要根據雷諾數來判斷流態從而選定公式。所用語句為：(Re3500，)因為雷諾數為18863.6，大于3500，采用與紊流相對應的公式：17.86Pa/m密度修正后單位管長摩擦阻力損失為：Pa/m燃氣管道的管段計算長度確定13.5m 式中： 計算管段中局部阻力系數的總和，在管段1-2-3中，局部阻力明細見表2.4表2.4（管段1-2-3局部阻力明細表）名稱數量局部阻力系數截止閥1690直角彎頭（dn40）11.6累計局部阻力損失： 7.6d.計算長度確定管段1-2-3的計算長度：LL1L2=22.51me壓力損失計算管段1-2-3的總壓力損失及1-18的累計壓力損失：L419.06Pa：管段從節點1開始到節點17為止的管段累計阻力損失為：3222.86Pa，見附表1。f校核經過校核不通過，則管道系統再次選擇管徑進行水力計算，程序重復。最后確定1-2-3管段管徑為dn50累計管段總壓力損失為1786.44Pa，見附表2。通過校核，則確定管徑。至此，管段1-2-3的水力計算完成。其余管段均按照以上步驟完成。管道的局部阻力損失表表2.5(局部阻力損失表)管段附件名稱局部阻力系數數量累計局部阻力系數1-2-3截止閥90直角彎頭5.011.116.13-4-5-6三通分流變徑管90直角彎頭1.510.3511.825.456-7三通分流變徑管截止閥1.510.3516.017.856-8-9三通分流變徑管90直角彎頭截止閥1.510.3512.016.019.853-10三通分流變徑管1.510.3511.8510-11三通直流變徑管截止閥1.510.3517.018.8510-12三通分流變徑管1.510.3511.8512-13三通分流變徑管截止閥1.510.3547.018.8512-14三通分流變徑管1.510.3511.8514-15三通分流變徑管截止閥1.510.3516.017.8514-16-17三通分流變徑管90直角彎頭截止閥1.510.3512.016.018.85(4) 庭院管道水力計算結果詳見附表2。(5) 從調壓站到管道水力最遠點阻力損失即為從節點1到節點17之間管段的阻力損失，經過修正管徑，最終累加結果為1786.44Pa.。該值在800Pa和2300Pa之間。（管道允許的壓力損失）。3.管道附屬設備3.1閥門根據參考文獻【1】中給出，低壓管道僅在調壓室出口設置閥門，其余一般不設閥門。本設計在調壓室出口沿管線10m外設置一閥門【6】，附帶配置一閥門井。為保證調壓室檢修時的安全，在調壓室入口外也設置一閥門。為用戶用氣安全考慮，本設計對每棟樓的入戶管道也設置了閥門。閥門的作用是切斷燃氣的輸送，所以要保證其氣密性，而且當發生突發事故時閥門應該能夠迅速的關閉，使用靈活，閥門是造成局部阻力較大的原因，選擇時應根據所選取管段管徑選擇閥門。本設計干管所用截至閥為上海蓋球閥門廠生產的聚四氟乙烯、丁晴膠閥，產品型號為J41N（DN50）選用1個，入戶支管所用截止閥也用上海蓋球閥門廠生產的注四氯乙烯、丁晴膠截止閥，產品型號為J41N（DN25）選用4個，產品型號為J41N（DN20）選用2個。3.2凝水器用途【2】： 1.收集燃氣中的冷凝水、施工過程進入燃氣管道中的水，以及地下水為高的地區透過管道不嚴密部分滲入低壓燃氣管道內的水；2.充氣啟動或修理時，用抽水管作為吹洗管、放空管；3.用抽水管做測壓管。安裝地點【2】：管道坡向改變時，凝水缸設在管道的最低點，兩相鄰凝水器之間距離一般為200500m，管道坡