1、 本科毕业论文 （ 20 届） 某高层建筑室内天然气管道系统设计 所在学院 专业班级 油气储运工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 中文摘要 . 错误 !未定义书签。 英文摘要 . 错误 !未定义书签。 1.前言 . 1 2.庭院调压及管道系统，室内管道系统的设计 . 1 2.1 庭院管 . 1 2.2 室内管 . 2 3.调压器的选择 . 5 3.1 调压器原理 . 5 3.2 调压器的选择 . 5 4.庭院调压及管道系统工艺流程，室内管道系统 工艺流程 . 7 5.某高层建筑参数 . 7 6.天然气及管道有关参数 . 7 7.用气量的计算 . 8 8.庭院及室内管道
2、的水力计算 . 9 8.1 管径的初选 . 9 8.2 局部阻力系数的计算 . 10 8.3 管段计算长度的计算 . 11 8.4 压力降的计算 . 14 9.庭院及室内管道的平面布置 . 18 10.高层建筑天然气管道的改进措施 . 20 10.1 高层建筑室内天然气管道 系统的特殊性 . 20 10.2 高层建筑室内天然气管道系统的设计 . 21 结语 . 22 参考文献 . 23 英文原文 . 错误 !未定义书签。 中文译文 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 I 【摘要】 本文是某高层建筑室内天然气管道系统设计。因此在设计时 ，既要考虑室内天然气管道系统的合理和
3、节约，又要考虑高层建筑的特殊性。高层建筑的室内天然气管道系统设计主要包括以下内容：庭院调压及庭院管道系统、室内管道系统的设计；庭院调压及庭院管道系统、室内管道系统的工艺流程；庭院及室内管道的水力计算；庭院及室内管道的平面布置；高层建筑天然气管道的改进措施。本文中的高层建筑共 10 层，高 40m，每层三个单元，每单元对门两户，每层共 6 户，每单元 20 户，共 60 户。天然气的参数如下：密度 =0.7Kg/m3，粘度 =15 10-6m2/s，绝对粗糙度 K=0.17mm，设计温度为 0 ，燃气具额定压力为 2000Pa，允许压降 =1650Pa，调压器进口压力为 0.2MPa，调压器出口
4、压力为 2.5KPa。其中计算部分即水力计算主要是运用流体力学及天然气管道系统各计算公式及方法进行计算，校核管径及压力降，总压力降符合标准即表示该设计在技术上是可行的。在进行水力计算时根据管径及流量的变化把管道分为 23 段，每段的起点和终点都在工艺流程图上标出。庭院和室内管道系统的平面布置、布局等需要参考设计规范上对此类管道布置的要求，本设计中需要用到的要求均在文中列出。另外，除严格按照设计规范之外，在平面布置时应 考虑美观、节约、安全等因素。此外，在设计时应考虑高层建筑特殊性，包括：燃气的附加压力；高层建筑沉降的影响；燃气立管自重与热伸缩的影响。解决这些问题需要采取的措施包括： 在引入管上
5、设置补偿器，利用自身随外力发生挠变、吸收变形的特点，减少燃气引入管处承受的应力 ； 每一层设一活动支架，以免立管底部压缩应力过于集中；在立管底部及立管中部补偿器的上部设置固定支架，从而进一步承受立管自重。在设计中画工艺流程图、平面布置图两张图纸。另附单层及标准层平面布置图及调压器和管道补偿两张附图。 【关键词】 天然气；室内管道系统；设计 规范；庭院调压；平面布置；水力计算 II Abstract This is the interior of a high-rise building natural gas pipeline system. Therefore, in design, bot
6、h indoor and natural gas pipeline systems to consider the reasonable and economical, but also take into account the special nature of high-rise buildings. High-rise building design of the indoor natural gas pipeline system includes the following elements: voltage and courtyard garden piping systems,
7、 indoor plumbing systems; garden and courtyard pipeline system voltage, indoor process piping systems; courtyard and interior pipe hydraulic calculation; garden layout and interior piping; high-rise building a gas pipeline improvements. This high-rise buildings in a total of 10 floors, high 40m, eac
8、h of three units, each door two, a total of six each, each unit 20, a total of 60. Gas parameters are as follows: density = 0.7Kg/m3, viscosity = 15 10-6m2 / s, absolute roughness K = 0.17mm, the design temperature is 0 , with a rated pressure of gas 2000Pa, allowable pressure drop = 1650Pa, the reg
9、ulator inlet pressure is 0.2MPa, the regulator outlet pressure 2.5KPa. One part of that calculation is the use of hydraulic fluid and the calculation of the main natural gas pipeline system and method of calculating the formula, check diameter and pressure drop, the total pressure drop of the standa
10、rd means that the design is technically feasible. During the hydraulic diameter and flow rate calculations based on changes in the pipeline is divided into 23 segments, each starting and ending points are marked on the flow chart. Courtyard and interior layout of piping system and layout design on t
11、he need to refer to such piping requirements, the design requirements that need to be used are listed in the text. In addition, in strict accordance with design specifications in addition, the layout should be considered in the beautiful, saving, security and other factors. In the design process to
12、draw maps, floor plan two drawings. And standard single layer attached floor plan and the voltage regulator and tube compensation two photos. KeywordsNatural gas; Indoor piping; Design; Courtyard regulator; Layout; Hydraulic calculation 1 1.前言 近几年，随着我国经济的快速发展和基础设施的建设，天然气以其清洁、卫生、环保和方便等优势正逐渐取代罐装液化气，成为
13、城市居民的主要生产能源。同时，当前城市建设正处于告诉发展时期，增长的人口相对于日趋紧张的建筑用地和不断扩大的规划城市公用设施占地之间矛盾越来越尖锐。高层建筑可以节约紧张的土地，可以形成美化城市的一道风景线。高层建筑是指十层及十层以上的居住建筑或建筑高度超过 24 米的公共建筑。高层建筑本身的特点决定了为其配套的天然气供气系统与普通建筑有所不同，解决好高层建筑居民天然气供应是至关重要的，若解决不好有可能构成重大安全隐患，造成严重的后果。由于天然气易燃易爆的特殊性能以及民用天然气管道同千家万户的密切关系，在天然气推广使用的这些年里，国家和地方都相应制定了各种设计和施工规范，以保证天然气管道系统运行
14、的安全可靠。随着新材料和新技术在这一领域 的应用，针对性很强的新规范也在不断的推出和完善。城市天然气管网由街道管网和庭院管网两部分组成，燃气由街道高压网经调压站进入街道中压管网再经庭院接入用户，庭院管网常采用枝状形式分布。施工一般从街道总阀门井开始，到各建筑物前的用户引入管。室内燃气管道施工由室外引用管到燃气设备的管路、仪表、附件、用气设备组成。对于由中压管网直接引入庭院管网或直接接入大型公共建筑内的燃气管道，需设置专用调压室。 2.庭院调压及管道系统，室内管道系统的设计 2.1 庭院管 庭院管是指自市政管道开口接往用气建筑物的庭院内管道。按气体压 力等级可以分为中压庭院管道和低压庭院管道，按
15、敷设的方式可以分为埋地庭院管道和架空庭院管道。 2.1.1 压力级制与调压方式 庭院管道的压力与城镇燃气输配系统的压力级制相关。若城市燃气输配系统为低压一级系统，则庭院管道为低压；若城镇燃气输配系统为中压一级系统、区域调压的方式，则庭院管道为低压；若城镇燃气输配系统为中压一级系统、楼栋调压的方式，则庭院管道为中压。庭院管道为中压时，输送能力大，经济性好，但安全性差；庭院管道为低压时，安全性好，但输送能力较小，经济性差。 2 2.1.2 管道与阀门 1、管材 按城镇燃气设 计规范 GB50028，中压和低压庭院燃气管道可采用聚乙烯管、钢管、钢骨架聚乙烯塑料复合管或者机械接口球墨铸铁管。 2、管道
16、壁厚 庭院的设计压力一般 0.4MPa，若只考虑内压，按强度理论计算出的管道壁厚很小，实际上埋地的庭院管还受到土壤载荷、地面载荷、地基不均匀引起的应力等复杂作用，同时考虑到刚度要求，设计时一般按经验选择常用的壁厚。 3、阀门选型 阀门应选择符合现行国家标准及行业标准的燃气专用阀门，一般开关情况下应首选闸阀。 DN 40 的闸阀宜采用明杆支架式楔式固定闸板结构形式； DN 50 的闸阀宜采用明杆 支架式楔式弹性闸板结构形式。 对要求有一定调节作用的开关场合（如调压器旁路），宜选用截止阀；截止阀宜采用明杆支架形式。截止阀一般适用于 DN200 及以下尺寸。采用的庭院管道阀门型号见下表： 表 2-1
17、 阀门型号表 名称 型号规格 楼栋用放散螺纹球阀（全通径） Q11F-16T DN15 楼栋用法兰球阀 Q41F-16C DN32 DN100 埋地管用闸板阀 Z67F-16C DN65 DN500 埋地管用法兰球阀 Q41F-16C DN150 DN300 2.2 室内管 对于中压至楼栋的情况， 室内管一般指楼栋阀后的管道及设备；对于区域调压的情况，一般指引入管（包括引入管）以后管道及设备。 室内管的设计按管道系统划分，一般包括引入管、调压箱、楼栋及室内管道几部分；室内管按用户类型划分，一般分为居民住宅室内管、工商业用户室内管。 2.2.1 引入管 引入管指室外配气支管与用户室内燃气进口管总
18、阀门（当无总阀门时，指距室内地面1m 高处）之间的管道。引入管一般可分为地下引入法和地上引入法两种。 引入管设计原则 1、燃气引入管不得敷设在卧室、浴室、地下室，易燃或易爆品的仓库，有腐蚀性介质的房间，配电间，变电室 ，烟道和进风道等地方。燃气引入管应设在厨房或走廊等便于检修的非居住房间内。如确有困难，可以从楼梯间引入，此时阀门井宜设在室外。 3 2、燃气引入管进入密闭室时，密闭室必须进行改造，并设置换气口，其通风换气次数每小时不得小于三次。 3、输送湿燃气的引入管，埋设深度应在土壤冰冻线一下，并应有不低于 0.01 的坡向凝液缸或燃气配气支管的坡度。 4、燃气引入管穿过建筑物基础、墙或者管沟
19、时，均应设置在套管种，并应考虑沉降的影响，必要时采取补偿措施。 5、燃气引入管最小公称直径，应符合下列要求： （ 1）当输送人工燃气和矿井气 等燃气时，不应小于 25mm； （ 2）当输送天然气和液化石油气等燃气时，不应小于 15mm。 6、燃气引入管总管上应设置阀门和清扫口，阀门应选择快速式切断阀。阀门的设置应符合下列要求： （ 1）阀门宜设置在室内，对重要用户尚应在室外另设置阀门。 （ 2）地上低压燃气引入管的直径小于或等于 75mm 时，可在室外设置带丝堵的三通，不另设置阀门。 2.2.3 管道的补偿 对于建筑外立管，需考虑管道的温差补偿，实际应用种常用的办法是利用管道的自然弯曲形状所具
20、有的柔性以补偿，如 L 型补偿。对于跨越建筑伸缩缝的管道，需考虑建筑伸缩对管道的影响，一般采用方形补偿器。 引入管的补偿 1、建筑物设计沉降量大于 50mm 时，可对燃气引入管采取如下补偿措施： （ 1）加大引入管穿墙处的预留洞尺寸 （ 2）引入管穿墙前水平或垂直弯曲两次以上 （ 3）引入管穿墙前设置金属柔性管或波纹补偿器 2、地上引入管的补偿器安装形式见下图，设计时应根据所需补偿量确定金属软管的长度、弯曲半径 4 波纹金属软管管码图 2-1 引入管补偿示意图 2.2.4 楼栋及室内管道的布置要求 室内燃气管道的安装设计 1建筑物内部燃气管道一般应明设。当建筑和工艺有特殊要求时，可暗设，但必须
21、便于安装与检 修。 2暗设燃气管道应符合下列要求 : (1)暗设的燃气立管，可设在墙上的管槽或管道井中，暗设的燃气水平管，可设在吊平顶内或管沟中； (2)暗设的燃气管道的管槽应设活动门和通风孔；暗设的燃气管道的管沟应设活动盖板，并填充干沙； (3)管道应设防腐绝缘层； (4)暗设的燃气管道可与空气，惰性气体，上水，热水管道等一起敷设在管道井，管沟和设备层中。此时燃气管道应采用焊接连接；燃气管道不得敷设在可能渗入腐蚀性介质的管沟中。 (5)燃气管道应涂以黄色的防腐识别漆。 3室内燃气管道不得穿过易燃，易爆品仓库，配电间， 变电所，电缆沟，烟道和进风道等地方。 4室内燃气管道不得敷设在潮湿或有腐蚀
22、性介质的房间内。当必须敷设时，必须采取防腐蚀性措施。 5燃气管道严禁引入卧室。当燃气水平管道穿过卧室，浴室或地下室时，必须采用焊接连接的方式，并必须设置在套管中。燃气管道的立管不得敷设在卧室，浴室或厕所中。 6当室内燃气管道穿过楼板，楼梯平台，墙壁和隔墙时，必须安装在套管中。 5 3.调压器的选择 3.1 调压器原理 城市配气系统的压力工况是靠安装在储配站、配气管网以及用户处的调压器来控制的。其作用是将较高的入口压力调至较低的出口 压力，并随着燃气需用量的变化自动地保持其出口压力为定值。 通常调压器必须包括三个基本部件： 1、敏感元件（薄膜、导压管）：它承受被控压力的作用，出口压力的任何变化通
23、过薄膜使节流阀移动。 2、给定压力部件：给定压力值可由重块、弹簧或直接作用在薄膜上的气体压力确定，它与被控压力作用相反。 3、可调节流阀：它设置在气流中，受敏感元件（薄膜）的控制。该类节流阀可以使提升阀、滑动阀、活塞阀、蝶阀、旋塞阀等。 调压器的工作原理： 当出口燃气用量或燃气的出口压力 P2 变化时，通过导压管 5使 P2压力作用到薄膜 3 的下方，由于它与 薄膜上方重块 2 的给定压力值不相等，故薄膜失去平衡。薄膜的移动，通过阀杆带动调节阀 4 改变流经孔口的燃气量，从而使压力恢复平衡。 如图 3-1 ： 图 3-1 调压器工作原理示意图 1气孔； 2重块； 3薄膜； 4调节阀； 5导压管
24、 3.2 调压器的选择 选用调压器产品时，主要考虑三个主要参数：调压器进口压力范围、调压器出口压力范围、和标准状态下的流量。此外，根据安装条件所需的功能，包括具有在恶劣工作条件下的6 安全保护功能等，要求选择有特定能力的调压器。一般最常用的功能有以下几个方面： 1、安全放散 出口压力 高到设定值时燃气排放到大气的能力，并考虑泄放量对环境的影响； 2、超压切断 出口压力超出设定值时切断供气的功能，并考虑供气区范围内对用户连续供气的影响； 3、欠压切断 出口压力低于设定值时切断供气的能力，并考虑用户恢复供气的方式； 4、远程监控 在调压器下游某一特设点控制 /监控压力参数的能力。 典型的 RTZ-
25、31(21)Q 切断式调压器的主要技术参数：进口压力 P1为 0.02 0.4MPa，出口压力 P2为 1.0 10kPa。下表为该系列调压器的流量表。 表 3-1 RTZ-31（ 21） Q 切断式调压器流量表 规格与型号 通径 DN（ mm） 出口压力 P2（ kPa） 进口压力 P1（ Mpa） 0.02 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 RTZ-21/50Q 50 1.5 32 50 64 88 RTZ-31/50Q 2.5 2.5 48 62 85 146 RTZ-21/40Q 40 1.5 16 45 59 75 RTZ-31/40Q 2.5 42 56 71 106 180 RTZ-21/25Q 25 1.5 14 27 41 52 RTZ-31/25Q 2.5 26 39 48 71 120 RTZ-31(21)Q 切断式调压器的结构图： 图 3-2 RTZ-31(21)Q 切断式调压器的结构图 1进口阀； 2调压器； 3超压切断阀； 4出口阀
