毕业论文-北京某国际商城燃气供应工程.docx

北京科技大学本科生毕业设计（论文）摘要本文主要介绍了中关村国际商城燃气管网系统设计。首先，简述了天然气及其应用状况。我国燃气消费的主体是城市燃气消费，近年间北京市开展了大规模的燃煤锅炉改烧天然气的工作，同时市区的新建建筑也全部使用了清洁能源供暖。本次设计目标北京中关村国际商城位于八达岭高速和北清路交汇处西北角，使用天然气作为其燃烧用气。以城镇燃气设计规范为本项目燃气管网设计依据。本文主要介绍了根据流体输配设计和燃气管网设计中相关原理及方法进行本项目燃气管网的管线布置、水力计算及施工图设计。管线布置力求不反复，布线明晰并能方便于维修和计量。以每个燃气引入管供气量和管线布置经济性和安全性两个方面为侧重点分别设计了两套方，经过认真详尽的思考对比选择了较合理的第二套方案。水力计算要准确细致有依据，最不利环路阻力损失要力求接近1650Pa。水力计算由于数据量庞大，计算过程繁杂，因而采用了EXCEL软件进行计算。先假设管径，其次参考平均阻力损失调整管径，再次根据最不利环路阻力损失要求再度调整管径，得出最终计算结果。施工图设计要根据燃气工程设计施工图集做到简明准确易于辨认理解。本次设计分别绘制了四个引入管供气区域的平面图6张和系统图5张，另有施工说明书2页、图纸目录1页、主要材料表2页、燃气单管阀室工艺安装尺寸图1张共计17张图纸。关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来、用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。如有可能，应尽量用汉语主题词表等词表提供的规范词。不用此信息时，删除此框。关键词：燃气管网 燃气工程设计 水力计算The gas supply engineering of a shopping mall in BeijingAbstractThis article describes the gas network system design of Zhongguancun International Mall. First, we introduced the gas and its application. In china, city gas consumption is the main body of gas consumption. Recently, Beijing launched a large-scale work witch make coal-fired boiler burning with natural gas.Beijing Zhongguancun International Mall is located at the northwest corner of the Badaling expressway and the Beiqing road Interchange. It uses natural gas as the combustion gas. The “Code for design of city gas engineering” for the project design basis. This paper describes the principles and methods according to the design of fluid distribution and gas pipeline network for the project pipeline gas network layout Hydraulic design calculations and construction drawings.Try not to repeat the way of pipeline layout, clear and facilitate the maintenance and measurement. Consider two ways to design the program, one is based on the amount of gas service pipe supply, the other one is based on the economy and security. As thinking carefully detailed, I chose the second one.Hydraulic calculations are based on an accurate and detailed, Loop resistance loss to the worst and strive to close 1650Pa. Because of the large amount of data, complicated calculation process, so I used EXCEL to process the data. Assuming diameter, and then reference to the average diameter of the resistance loss adjustment, at last according to the resistance loss of the most unfavorable circle, adjusted the diameters.Construction design engineering design and construction according to the Atlas of gas to Concise and precise understanding of easily recognizable. The designs were drawn 6 Floor Plans and 5 System diagram for four introduction of tube,2 pages of construction manuals, 1 pages of drawing directory and 2 pages of main material lists.Key Words：Gas Network Gas engineering design work Hydraulic calculation- 2 -北京科技大学本科生毕业设计（论文）目录摘要1Abstract2引言31文献综述41.1天然气及其应用41.2 天然气与节能减排41.3北京某国际商城燃气供应工程的背景及开展研究的意义51.3.1.国际天然气发展现状51.3.2我国天然气发展现状51.3.3天然气在北京市的使用状况61.3.4北京中关村国际商城简介62建筑燃气管道设计原理简介72.1公共建筑用户用气72.1.1公共建筑用气量影响因素72.1.2本案用户用气量影响因素概述72.2初步设计文件72.2.1设计说明书概述72.2.2施工图设计83设计过程103.1设计基础资料103.1.1天然气引入管道各节点燃气压力介绍103.1.2设计参数103.1.3燃气供气对象103.1.4供气区域平面图103.2 四个燃气引入管供气区域分化103.3燃气系统布线及绘制布线简图113.3.1燃气系统布线设计113.3.2绘制布线简图123.4水力计算133.4.1 水力计算原理及公式133.4.2 EXCEL计算过程184绘制施工图204.1绘制平面图204.2 绘制系统轴测图214.3 施工图说明、材料表及其他224.3.1施工图说明书224.3.2 材料表224.3.3 图纸目录25结论27参 考 文 献28附 录30在 学 取 得 成 果31致谢32引言天然气作为一种一次能源，它储量丰富，与其他石化燃料相比具有燃烧效率高、效益成本低、低污染、低排放等优点。二十一世纪常常被人们称为“天然气的世纪”。天然气由于其上述几种优势，已作为民用燃气的首选，特别是作为居民主要生活用燃料。全球天然气探明储量接近180万亿立方米，相当于目前开采水平60年的产量。在世界范围内，天然气资源量在满足2030年前的预测需求外绰绰有余。至2009年，世界天然气总消费量为294040亿立方米，世界各国天然气消费主要用于城市、工业生产和发电。我国常规天然气远景资源量为56万亿立方米，燃气消费的主体是城市燃气消费。与国际平均水平相比，我国天然气普及率还比较低。但随着近年来天然气管网、储气库等基础设施建设将不断加快，我国正在逐步形成统一的全国天然气骨干管网。因此天然气在我国有着非常大的发展前景。1985年华北油田第一条进京输气管线建成，北京市管道供气增加了天然气气源。自此北京市天然气供应逐步发展，如今已成为城市主要燃烧能源。现今每栋新建筑都需要进行燃气管网设计，以达到建筑功能。北京市城市燃气已经进入天然气时代。北京中关村国际商城位于八达岭高速和北清路交汇处西北角，是涵盖商业、餐饮业等于一体的商业中心。为实现其功能，燃气管网设计将是建筑设计中必不可少的一环。1文献综述1.1天然气及其应用天然气作为一种可燃气体，主要成分为甲烷，还有少量的二氧化碳、硫化氢、氮和微量的氦、氖、氩等气体1。天然气在开采、运输和使用方面既经济又方便。（1）民用燃料：天然气价格低廉、热值高、安全性能、环境性能好，是民用燃气的首选。特别是居民生活用燃料。随着人民生活水平的提高及环保意识的增强，大部分城市对天然气的需求明显增加。在我国天然气，作为民用燃料的经济效益也大于工业燃料。（2）工业燃料：以天然气代替煤，用于工厂采暖、生产用锅炉以及热电厂燃气轮机锅炉。（3）工艺生产：烤漆生产线，烟叶烘干、沥青加热保温等。（4）化工原料：以天然气中甲烷为原料生产氰化钠，黄血盐钾，赤血盐钾等。（5）压缩天然气汽车：用以解决汽车尾气污染问题2。1.2 天然气与节能减排碳排放对环境变化的影响越来越受到世界各国的重视。我国也提出了建设高效、节能、低排放的新型能源消耗模式的重要发展战略目标。使用天然气可使煤炭、粉尘、二氧化硫、氮化物和一氧化碳等污染物质的排放量都明显降低。因此逐步用天然气代替煤炭可以改善大气环境，减少大气中温室气体的含量。近年来，天然气在供热、发电方面得到了越来越多的应用3。若对各种能源进行含碳量比较：煤含碳量最高，石油次之，天然气最低。对能源利用率的比较：煤10%12%，煤气 30%48%，石油 55%60%，天然气 60%。1m3天然气与相应可替代的煤炭相比，可节约能量11%73%，减排二氧化碳47%84%，氮氧化物44%95%，二氧化硫和烟尘近100%4。因此天然气作为清洁、高效、储量丰富的能源，将对中国的减少环境污染、达到节能减排目标和建设绿色经济发挥重要作用。1.3北京某国际商城燃气供应工程的背景及开展研究的意义1.3.1.国际天然气发展现状现全球天然气探明储量接近180万亿立方米，相当于目前开采水平的60年产量。长期的可采资源基础是850TCM（TCM：trillion cubic meter）。天然气资源高度集中在少数国家和油气田，其中仅俄罗斯、伊朗、卡塔尔三国就占据了世界天然气总储量的一半以上。在世界范围内，天然气资源量在满足2030年前的预测需求外绰绰有余5。天然气生产的前景在很大程度上取决于气田到市场的距离，因为这是天然气供应成本的主要决定因素。世界天然气资源中有很多都远离主要市场，因此只有一小部分的经济潜力得到了开发6。至2009年，世界天然气总消费量为294040亿立方米，消费量最大的是欧洲和前苏联地区，占总消费量的35.9%，其次是北美地区，占总消费量的27.8%。世界各国天然气消费主要用于城市、工业和发电。消费结构取决于各国的资源可得性、经济结构以及可替代能源的竞争水平等因素7。如美国天然气消费结构较均衡且结构稳定，加拿大天然气主要用于工业和城市用气等8。1.3.2我国天然气发展现状根据全国第三次油气资源评价，我国常规天然气远景资源量为56万亿立方米，主要分布在塔里木盆地，准格尔盆地，鄂尔多斯盆地，华北，渤海湾等地区 9。近年来，我国天然气产量和消费量皆快速增长。城市燃气消费267.9亿方，占全国天然气消费总量的33.2%，工业燃料消费213亿方，化工消费178.4亿方，发电消费量为147.7亿方。可见城市燃气消费为我国燃气消费的主体，主要用于替换城市里的分散燃煤和民用及商业用户的燃用煤气。但是，与国际平均水平相比，我国天然气普及率还比较低。由于天然气工业基础相对比较薄弱天然气在我国能源消费结构中的比例长期在3左右徘徊。中国石油规划总院天然气市场课题组研究认为，我国天然气市场发育过程与国外其他发达国家一样，也将经过启动期、发展期和成熟期三个阶段。2004年12月30日“西气东输”管道工程正式商业运作，标志着我国天然气市场发育阶段由启动期向发展期迈进，预计这一阶段将持续到2030年。在此期间，我国的天然气管网、储气库等基础设施建设将不断加快，逐步形成统一的全国天然气骨干管网10。因此天然气在我国有着非常大的发展前景。1.3.3天然气在北京市的使用状况1985年华北油田第一条进京输气管线建成，北京市管道供气增加了天然气气源。1997年陕甘宁长庆气田开始向北京市供应天然气，由此北京天然气进入了飞速发展时期，至2006年天然气占终端能源的比重，已由1999年的1升到12。如今北京市的天然气由华北油田和陕甘宁长庆气田双路供应，经由长输管线送到北京市。到2005年底，室内天然气管道总长7004公里，其中市区六环外为高压A（设计压力为4.0 MPa）、五环路以内已形成高压B（设计压力为2.5MPa）、次高压A（设计压力为1.0MPa）、中压A（设计压力为0.4MPa）、中压B（设计压力为0.2MPa）和低压（设计压力为0.005MPa）。天然气供气管道已延伸到大兴区、昌平区、顺义区、通州区、房山区、门头沟区等郊县的卫星城镇和中心城镇11-12。1997年以前北京几乎没有天然气采暖，城市管道燃气的总用量为5亿立方米/年，从“九五”末到“十五”期间，北京市开展了大规模的燃煤锅炉改烧天然气的工作，同时市区的新建建筑也全部使用了清洁能源供暖，其中大部分采用了天然气采暖。因此到2004年，北京市天然气用量达到25.5亿立方米，是1997年的5倍。其中用于采暖的燃气量达到15.5亿立方米，占总用气量的60%以上，燃气供暖面积约15239万平方米，占全市总供热面积的35.27%，在市区燃气采暖面积已超过50%13。因此，现今每栋新建筑都需要进行燃气管网设计，以达到建筑功能。北京市城市燃气已经进入天然气时代。1.3.4北京中关村国际商城简介北京中关村国际商城项目位于八达岭高速和北清路交汇处西北角。中关村国际商城规划总占地面积为63.2万平米，规划总建筑面积为78.1万平米，目前一期永旺国际商城购物中心已经开业，业态涵盖超级市场、餐饮街、家居名品、服饰专卖、家用电器等。商城将建设成为一个美式购物娱乐中心。为实现其功能，燃气管网设计将是建筑设计中必不可少的一环。2建筑燃气管道设计原理简介建筑燃气管道设计分为两个阶段，即初步设计和施工图设计。本项目作为公共建筑，需要考虑各种特殊因素的影响。2.1公共建筑用户用气2.1.1公共建筑用气量影响因素（1）地区的气候条件；（2）用气设备的性能；（3）用气设备的效率；（4）用气设备的运行管理水平；（5）用气设备的使用均衡程度2。2.1.2本案用户用气量影响因素概述（1）北京地区的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短。全年无霜期180至200天，西部山区较短。（2）设备性能与效率：根据甲方提供资料，设备效率与性能应满足用气最高峰时段的使用要求。（3）北京中关村国际商城是一个涵盖超级市场、餐饮街、家居名品、服饰专卖、家用电器等的美式购物娱乐中心。作为商场形公共建筑，人流量大，因此选取燃具同时工作系数K为12。2.2初步设计文件初步设计的深度，应能确定工程规模、建设目的、投资效益、设计原则和标准、设计中存在的问题和建议和注意事项。初步设计文件包括说明书、图纸、工程依据、主要材料和设备清单。2.2.1设计说明书概述（1）设计依据：阐述计划任务书（设计任务）；（2）设计指导思想：城镇燃气设计规范；（3）设计规模：本设计包括的工程项目及用户用气量，如用气设备的型号、数量及使用情况；（4）设计范围：本设计承担的设计项目及分工情况；（5）管道平面位置、连接条件及敷设方式；（6）管道计算：设计参数确定，计算公式选用，管径确定、选用管材及数量；（7）管道附件设计和选用；（8）用户专用调压室（燃气引入管间）的布置和选型，引入管的位置及敷设方式；（9）水力计算，要求最不利环路阻力损失接近但不可超过1650Pa。1）分配燃气管网供气方式；2）根据对管网节点和管道编号确定燃气气流方向；3）根据拟定的气流方向，从零点开始，逐一推算每一根管道的初步计算流量；4）根据管网允许压力降和供气点至零点的管道计算长度，求得单位长度允许压力降； 5）根据计算流量及单位长度允许的压力降预选管径；6）由管段的摩擦阻力损失和布局阻力损失，计算管网各节点的压力。一旦节点压力未满足要求，或者管道压降过小而不够经济时，还需调整管径；7）检查计算结果。若总压力降超过允许精度范围，则适当变动管径，直至总压力降小于并趋于允许值；8）由管段的压力降推算管网各节点的压力。一旦节点压力未满足要求，或者管道压降过小而不够经济时，还需调整管径2，14。（10）主要材料设备表：按项目列表。2.2.2施工图设计室内燃气管道施工图设计文件由以下几个部分组成：（1）图纸目录；（2）材料目录，包括表具、燃具及管道材料等。（3）平面布置图1）准确表示引入管的位置，标明与建筑物的相对位置；2）室内管道，表具，灶具的平面位置，标明与建筑物轴线的相对尺寸；3）与周围相邻管子和构筑物平面位置，标明相邻管子的管中心尺寸；4）标明安装阀门的平面位置及特殊管道附件的平面位置等。（4）管道系统图管道系统图是室内燃气管道的主要设计图纸，它表示了管径、管道走向、坡向、高程、平面位置（包括阀门和管件布置），由于是三向视图，各项目表达清晰明确，绘制时应按比例15。3设计过程在按照标准过程设计时，各个工程项目都有其特殊之处。要根据需要具体安排整个设计流程。北京中关村国际商城项目作为大型公共建筑，具有建筑面积大、管线较长、结构复杂和需求多变等特点，其燃气管网设计难度较高16。3.1设计基础资料3.1.1天然气引入管道各节点燃气压力介绍工程地点位于八达岭高速公路与北清路相交的西北角，四环外。本设计接自中压A（0.2MPa P 3500时，为紊流状态18。Re=d1000*v （3-4）（6）摩擦阻力和摩擦阻力系数摩擦阻力系数是反映管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数，其数值与燃气在管道内的流动状况、燃气性质、管道材质（管道内壁粗糙度）及连接方式、安装质量有关。是雷诺数Re与相对粗糙度/d的函数。=f(Re, /d)紊流区包括水力光滑区、过渡区和阻力平方区，现有的紊流区摩擦阻力系数公式可分为两类：一类为应用于各种管材和适用于紊流三个区的综合公式，另一类是适用于一定管材、一定流态区的专用公式。我国目前广泛采用第一类公式。阿里特苏里公式： =0.11(d+68Re)0.25 （3-5）其中为管道内壁的当量绝对粗糙度（mm）。绝对粗糙度是指短刀壁面凸出部分的平均高度。金属管道粗糙度较高，非金属管道中新型材料管道粗糙度较低。由于本设计管材全部为钢管，因此取0.15。（7）局部阻力损失当燃气经过三通、弯头、燃气表、阀门等管道附件时，由于几何边界的急剧改变燃气流线的变化，必然产生额外的压力损失，称之为局部阻力损失。对于街坊庭院管道和室内管道及厂、站区域的燃气管道，由于管路附件较多，局部阻力损失所占的比例较大，常需逐一计算。局部阻力损失可用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管段的当量长度L2（m）。当局部阻力系数=1时，不同直径管段当量长度l2（m）。l2=d/1000 （3-6）L2=*l2 （3-7）（8）计算长度L（m）L= L1+ L2 （3-8）（9）摩擦阻力损失P经过调压箱调压，室内燃气管网为低压管道。低压燃气管道计算公式（P0.005MPa低压）。 P=6.26*107*Qh2d5*0*TT0*L （3-9）式中：P实际管段压力损失（Pa）；T燃气绝对温度288K；T0273K。（10）附加压头当计算室内燃气管道及地面标高变化相当大的低压燃气管道时，应考虑附加压头。由于燃气与空气的密度不同，当管段始末端存在标高差值时，在燃气管道中将产生附加压头H（Pa）。H=9.8*0-空*h （3-10）式中：H为管端终端和始端的标高差值h（m）。（11）实际管段压力损失（Pa）压力损失是流体流动能量损失的一种表示形式。本设计燃气管道是由金属管和附件组成，管段总压力损失是摩擦阻力损失和局部阻力损失之和。实际管段压力损失=P-H （3-11）（12）平均比摩阻平均比摩阻是水力计算中有关于系统水力稳定性的参考项目，各管段平均比摩阻越相近系统水力稳定性越好。主干管应选用比摩阻值小些的（数值在下限左右），支管应选用比摩阻值大些的（数值在上限左右），此类系统水力稳定性较好。另有经济比摩阻，作为减少初期投资的参考项目。尽力做到各管段平均比摩阻值相近。 平均比摩阻=实际管段压力损失/L （3-12）选取最不利环路，要求其实际管段压力损失不大于1650Pa。通过调整各管段管径来达到目标2。3.4.2 EXCEL计算过程在整个设计过程中，水力计算是重要内容，由于流态条件、边界条件复杂多变，有诸多参数等，又有数百段管段都需要进行水力计算，且整个系统的稳定经济需要进行多次参数调节和试计算，因此需要大量的计算。为了提高工作效率和减轻工程的工作量，使用计算机技术完成计算工作是非常有意义的。Microsoft Excel 是一个非常方便的电子表格处理软件，具有强大的统计计算、图表处理、数据分析等功能，把它用于水力计算可以大幅的缩短计算时间，提高计算精度和工作效率19。表3-3为水力计算表局部A列G列的部分，其中A列到E列为原始数据，分别根据表3-1和此表对应布线简图可得。F列为管内径，使用EXCEL设计公式进行水力计算，G列为管道内实际流速。 以管径为例，计算管径为管道外径减壁厚，因此于EXCEL内设计管径计算公式为： =48-3.5*2 （3-13）表3-3 水力计算表局部A列H列ABCDEFG1管段号额定流量（Nm/h）计算流量（Nm/h）管段长度L1（m）管径d（mm）实际流速（m/s）20-120.414.835.25.3417.41表3-4和表3-5为水力计算表局部H列S列的部分。H列局部阻力系数为由各管段上附件数量和种类等决定，I列至N列为计算管段实际压力损失所需数据。O列管段终端时段标高差h由对应布线简图，P列附加压头由O列可得，若当前管段无标高差则P列为0。表3-4水力计算表局部H列N列HIJKLMN1局部阻力系数雷诺数Re =15*10-6(/s)摩擦阻力系数 （低压 紊流 钢管）l2（m）当量长度L2（m）计算长度L（m）阻力损失P(Pa)24.220253.30.0321.2885.40910.709183.384表3-5水力计算表局部O列S列OPQRS1管段终端时段标高差h（m）附加压头H（Pa）管段实际压力损失（Pa)参考项