燃气输配课程设计指导书一、课程设计目的课程设计是“燃气输配”课程的主要教学环节之一。

通过课程设计了解燃气输配环节中部分设计内容、燃气工程设计的一般程序与方法；学习燃气性质计算方法和步骤；学习水力计算的方法和步骤；提高运算和制图能力。

同时，通过设计巩固所学的理论知识和实际知识，并学习运用这些知识解决工程问题。

二、设计内容和要求主要包括：燃气性质的计算；小区燃气用气量的计算和计算流量的确定；庭院燃气管道水力计算；小区燃气管道的布线及调压设计的选型与安装。

三、设计步骤与方法（一）燃气性质的计算对于选择的气源，明确其组分，对其密度、热值、爆炸极限等参数进行计算，具体如下： （1） 平均分子量混合气体的平均分子量按下式计算：1122n n 1()100M y M y M y M =⨯+++（3.1） ()116.04390.544.0970 2.844.0098 2.458.1240 1.528.0134 2.8100=⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯ =18.64式中 M ——混合气体平均分子量； 12n y y y 、——各单一气体容积成分（%）； 12n M M M 、 ——各单一气体分子量。

（2） 平均密度混合气体的平均密度按下式计算：1122n n 1()100y y y ρρρρ=⨯+++ (3.2) 1= (90.50.7174+2.8 1.9136+2.4 1.977+1.5 2.703+2.8 1.2504) 100⨯⨯⨯⨯⨯3=0.83kg/m式中 ρ——混合气体平均密度（3kg/m ）;12n ρρρ、——标准状态下各单一气体密度（3kg/m ）；（3）相对密度0.83=0.641.293 1.293S ρ== (3.3)式中 S ——混合气体相对密度（空气为1）；1.293——标准状态下空气的密度。

（4）动力粘度100i ii i iy m g y m =⨯∑ （3.4） 式中 12n y y y 、——各单一气体容积成分（%）；12n m m m 、——相应各组分在0℃时的动力粘度（Pa •s ）。

则可求得设计中所用燃气中各组分的质量成分。

各成分的质量分数计算如下：6.781001846043.165.90g 4=⨯⨯=CH6.610018460970.448.2g 83=⨯⨯=H C2.131001846124.585.1g 104=⨯⨯=H C72.510018460098.444.2g 2CO =⨯⨯=24.410018460134.288.2g 2=⨯⨯=N动力粘度按照式（3.5）计算-612n12n10010=g g g μμμμ⨯++⋅⋅⋅+（3.5） =671.1624.4835.62.13023.1472.5502.76.6395.106.78101006++++⨯--6= 9.0610 Pa s ⨯⋅式中 μ——混合气体动力粘度（a s ⋅P ）；12n g g g 、——各组分的质量成分（%）；12n μμμ、——相应各组分的动力粘度（a s ⋅P ）。

（5）运动粘度运动粘度按照式（3.6）计算669.99810 =12.5100.8μνρ--⨯==⨯ （3.6）式中 ν——混合气体的运动粘度（2m /s ）；μ——混合气体动力粘度（a s ⋅P ）； ρ——混合气体平均密度（3kg/m ）（6）平均临界压力)Pc y Pc y Pc y (0.01Pm .c n n 2211 ++⨯=式中 Pm.c ——混合气体的临界压力； 1Pc 、2Pc …n Pc ——各组分的临界压力。

（7）平均临界温度)c y c y c y (0.01m .c n n 2211T +T +T ⨯=T式中 m.c T ——混合气体的临界温度； 1c T 、2c T …n c T ——各组分的临界温度。

（8）高发热值∑=i i Hs y Hs()886.1135.1266.1018.25.90842.391001⨯+⨯+⨯=340.6/MJ m =式中 Hs ——混合气体的高发热值；i Hs ——混合气体中单一组分的高发热值。

（9）低发热值∑=i i Ht y Ht()649.1235.124.938.2902.355.901001⨯+⨯+⨯=336.96/MJ m =式中 Ht ——混合气体的低发热值；i Ht ——混合气体中单一组分的低发热值。

（10）爆炸极限可燃气体与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。

其有爆炸上限和爆炸下限之分。

其计算公式如下：12121212100n n n n L y y y y y y L L L L L L =⎛⎫'''⎛⎫++++++ ⎪ ⎪ ⎪'''⎝⎭⎝⎭ （3.7）式中 L ——含有惰性气体的混合气体的爆炸下(上)限(体积％)；12n y y y '''、——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(％)；12n L L L '''、——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(％)；12n y y y 、——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(％)； 12n L L L 、——未与惰性气体组合的可燃气体成分的爆炸极限(体积％)。

将组分中的惰性气体按要求与可燃气体进行组合，即：2490.5% 2.8%93.3%N CH y y +=+=2.80.0390.5==惰性气体可燃气体%9.3%4.2%5.11024=+=+H C CO y y 6.15.14.2==可燃气体惰性气体由图查得混合组分在上述混合比时的爆炸极限相应为5%—16%和4%—16%按下式计算该天然气的爆炸极限为：2490.5% 2.8%93.3%N CH y y +=+=2.80.0390.5==惰性气体可燃气体%8.41.28.249.353.93100=++=l l%185.98.2169.3163.93100=++=h l式中 l l ——爆炸下限（%）；h l ——爆炸上限（%）。

（二）小区燃气用气量计算在设计庭院燃气支管和室内燃气管道时，燃气的小时计算流量，应根据所有燃具的额定流量及其同时工作系数确定，计算公式如下：Q h ＝K t （∑KNQ n ）式中 Q h — 燃气管道的计算流量（m 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K t ＝1； K — 燃具同时工作系数，居民生活用燃具可按表3-1确定。

公共建筑和工业用燃具可按加热工艺要求确定；N — 同一类型燃具的数目； Q n — 燃具的额定流量（m 3／h ）。

居民生活用燃具的同时工作系数见下表：居民生活用燃具的同时工作系数 K热水器、采暖炉同时工作系数见下表：热水器、采暖炉同时工作系数Ko在计算庭院管网小时计算流量时，由于管道节点较多，若全部按节点给管段编号，管段数量太多，计算繁琐且无实际意义，且考虑实际楼前管一般管径变化不宜过多，所以管段编号时可按一栋楼一节点。

（三）低压燃气管网压降及压降分配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，可按下式计算：△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。

上表只是给出了低压燃气管道总压力降，至于其在街区干管、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。

在计算水力计算时，所得出的数据尽量符合上述要求。

（四）庭院燃气管道敷设庭院燃气管道多数为低压管道，在中压进户的情况下是中压管道，其布置原则可参见燃气输配教材及城镇燃气设计手册，在此不予赘述。

（五）庭院燃气管道水力计算室外枝状管网的水力计算，一般按以下步骤进行：先对管道的节点依次进行编号；根据布置好的管线图和用气情况，确定各管段的计算流量。

计算流量按同时工作系数法进行计算，然后选取枝状管网的干管（最不利管线），根据给定的允许压力降及由高程差而产生的附加压头来确定管道的单位长度允许压力降；根据管段的计算流量及单位长度允许压力降来选择标准管径；根据所选的标准管径，求出各管段实际阻力损失（摩擦阻力损失和局部阻力损失），进而求得干管总的阻力损失。

在计算支管之前，先检查干管的计算结果，若总阻力损失趋近允许压力降，则认为计算合格；否则要适当变动某些管径，再进行计算，直到符合要求为止，最后对支管进行水力计算。

[例4-2]如图4-5所示，天然气密度ρ=0.73kg/Nm3，每户的用具为一个燃气双眼灶和一个快速热水器，额定流量分别是0.7m3/h和1.7m3/h，此管道允许压力降为1000Pa ，求各管段的管径。

[解]将各管段依次进行节点编号，取管段1-2-3-4-5为干管，总长150m ，根据给定的允许压力降350Pa ，考虑局部阻力取10%，单位长度摩擦损失为：06.61.11501000=⨯=∆l P Pa/m以4-5管段为例，额定流量q=2.4m3/h ，用户数N=50户，同时工作系数k=0.178，管段计算流量为：36.21178.0504.2=⨯⨯=Q m3/h为了利用图4-2进行水力计算，要进行密度修正。

30.873.006.610==∆=⎪⎭⎫⎝⎛∆=ρρl P l P Pa/m由Q=21.36m3/h ，在30.810=⎪⎭⎫⎝⎛∆=ρl P Pa/m 附近查得d=40mm ，6.810=⎪⎭⎫⎝⎛∆=ρl P Pa/m ；对应实际密度下的单位长度摩擦阻力损失3.673.06.8=⨯=∆l PPa/m ，该管段长40m ，摩擦阻力损失252403.61=⨯=∆P Pa 。

干管各管段计算结果列表于表4－6，从表中可见干管总阻力损失为927Pa ，趋近允许压力降1000Pa 。

如果不适合，则要调整某些管径，再次计算。

支管的水力计算有两种方法：全压法和等压降法，此处采用全压降法。

由于支管3-6与干管3-4-5并联，其允许压力降5042522525431=+=∆=∆--P P Pa ，单位长度摩擦阻力损失75.765504==∆l P Pa/m 。

仿照干管的水力计算，得管径d=50mm ，实际摩擦阻力损失4881=∆P Pa ，趋近允许压力降504Pa ，见表4－6。

如用等压降法进行水力计算，即各支管允许压力降均取相等的数值。

两种设计各有利弊：全压降法充分利用允许压力降，减小管径，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，特别是支管末端的压力偏低，而等压降法正好相反。