城市燃气工程系统规划课件

城市燃气工程系统规划燃气工程与能源系统的关系世界能源结构与燃气的地位世界能源结构燃气的地位

统计资料显示，2003年全球能源使用量中，石油比重最大，占到37.8%，特别是包括中国在内的亚洲新兴经济体总体能源需求大幅增长。自1980年起,亚洲的能源需求占全球的比重由18%升至2003年的31.2%。美国作为世界上消费能源最多的国家，平均每天消耗掉石油近2000万桶，约占世界总需求量的近1/4。全球天然气占总能源消费的24%。全球已探明的天然气总储量为179.53万亿立方米。世界上天然气资源最为丰富的地区为俄罗斯的远东地区，其次是中东石油国家，拉美地区的天然气储量也相当可观。全球有目前约有123个平均储量达3.24亿桶油当量的陆上天然气开发项目，126个平均储量达3.44亿桶油当量的浅水天然气项目（不包括伊朗北方气田和南帕斯气田）。我国的能源结构我国的能源供应结构以煤为主、污染严重、利用率低油气匮乏、分布不均、受国际形势影响大水电发展受到多方限制核电、太阳能和生物能应用处于起步阶段我国能源消费结构总体消费量增加迅速电力增长（主要是居民用电）迅猛油气消费大幅增加煤炭消费保持增长

我国人均能源可采储量远低于世界平均水平，2003年人均石油开采储量只有2.6吨，人均天然气可采储量1074立方米，人均煤炭可采储量90吨，分别为世界平均值的11.1％、4.3％和55.4％。

1980年以来，我国的能源消耗量每年增长约5％，是世界平均增长率的近3倍。中国的能源储量与未来几十年的发展需求之间已经存在一个巨大的缺口，而且这个缺口将越来越大。有专家测算出我国国内能源的缺口量：在21世纪初期将超过1亿吨标准煤，2030年约为2.5亿吨标准煤，到2050年约为4.6亿吨标准煤。

燃气工程规划的基本知识单位热量：J、kJ、MJ、cal、kcal体积和重量：m3、万m3、kg、t热值：MJ/Nm3、MJ/kg压力：Pa、kPa、MPa燃气的类型天然气人工煤气液化石油气生物气燃气工程规划的基本知识天然气根据天然气来源分类：从气井开发出来的气田气，也称纯天然气。伴随石油一起开采出来的石油气，也称石油伴生气。含石油轻质馏分的凝析气田气。从井下煤层抽出的煤矿矿井气。燃气工程规划的基本知识纯天然气，简称天然气。主要成分为甲烷，还含有少量的二氧化碳CO2、硫化氢H2S、氮N2等等。如四川天然气CH4含量占90％以上，发热值为34800～36000KJ/Nm3。天然气是优质燃料，由于开采、储运和使用天然气经济方便，世界范围内天然气的发展很迅速。液态天然气的体积为气态时的1/600，有利于运输和储存。由于我国天然气资源丰富，天然气应用前景广阔。国家实施的西部大开发的标志性工程就是西气东输。燃气工程规划的基本知识人工煤气根据人工燃气生产方式不同分类：固体燃料干馏燃气固体燃料气化燃气油制气燃气工程规划的基本知识固体燃料气化煤气根据化学反应过程不同分为：压力气化煤气水煤气发生炉煤气等燃气工程规划的基本知识油制气油制气是应用重油（炼油厂提取汽油、煤油和柴油之后所剩的油品）制取的一种城市燃气，是城市燃气的基本气源。燃气工程规划的基本知识沼气沼气是蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等各种有机物质在隔绝空气的条件下发酵，并在微生物的作用下产生的可燃气体。主要成分为甲烷（约占60％）、二氧化碳（约占35％），还有少量的氢、一氧化碳等气体。发热值约为20900kJ/Nm3。燃气工程规划的基本知识各种燃气的组分及低发热值见表1－1燃气工程规划的基本知识燃气的性质对设计的影响在设计时，确定城市输配系统的压力级制、管径、燃气管网构筑物及防护和管理措施，都与所使用的燃气种类有关。城市燃气在管道中输送的距离较长，管道的造价及金属用量在输配系统中所占的比重很大。输送高发热值燃气对输配系统的经济性是有利的。我国城市燃气设计规范规定，作为城市燃气的人工燃气，其发热值应大于14700KJ/Nm3。华白指数＝，其中为燃气的高发热值，为燃气的密度。燃气工程规划的基本知识燃气的性质对设计的影响由于用气设备是按确定的燃气组分设计的，所以城市燃气的组分必须维持稳定。为保持原有的用气设备热负荷的稳定，所供燃气的华白指数波动范围不应超过5％。当所输配的燃气被另一种燃烧特性差别较大的燃气取代时，除了考虑华白指数外，还应考虑不产生离焰、黄焰、回火、不完全燃烧等火焰特性。燃气工程规划的基本知识用气量预测确定气种现状气种资源状况城市经济实力城市自然条件主要用户性质选择用户居民生活用气优先（气化率）适当发展工业用气根据气种选定用户用气量预测预测的方法多用指标概算法（总规）、分类加和法（详规），以居民用气为基准，选择适当用气比例主要的预测参数：人口（户数）、气化率、用气指标、用气比例、燃气热值、月高峰系数计算用气量时应注意高峰系数的使用回归法、递增率法应慎用预测的结果年用气量和日用气量用以确定设施规模（万m3/d、万m3/a、t/d、t/a）小时用气量用于进行管网计算1城市燃气需用量在进行城市燃气输配系统的设计时，首先要确定燃气需用量，即年用气量。年用气量是确定气源、管网和设备燃气通过能力的依据。年用气量取决于用户的类型、数量及用气指标。

1.1供气对象及供气原则供气对象：居民生活用气、公共建筑用气、工业企业生产用气。供气原则：1优先满足城镇居民炊事和生活用气2优先满足用天然气代替以油、煤炭等为燃料的工业企业用户

3尽量满足幼儿园、托儿所、医院、学校、旅馆、食堂和科研等公共建筑用户的用气

4发展工业企业用户。如生产工艺必需使用燃气的工业企业，使用燃气后节能效果显著的工业企业，及作为缓冲用户的工业企业。1.2.1各类用户的用气量指标

用气量指标又称为用气定额、耗热定额。耗热定额是燃气输配系统的重要参数之一，它的高低将直接影响到城市供气规模的确定，因此，确定耗热定额必须有一个可靠的依据。1居民用户生活用气定额在一些有多年管道煤气经营经验的大城市，参考当地煤气公司用气方面的统计数据，进行分析确定。对无此类经验的中、小城市，可根据当地居民在实际生活中的耗热情况、生活习惯，当地的经济水平、气候及参考与该城市相邻的一些具有相似的气候、生活习惯的大城市的煤气公司或有关部门的统计数据进行分析、确定。城镇居民生活用气量指标[兆焦/人·年]表2-1城镇地区有集中采暖的用户无集中采暖的用户东北地区2303-31401884-2303华东、中南地区——

2093-2303北京2721-31402512-2931成都——

2512-2931调查结果表明深圳市人均耗热定额为3114兆焦/人·年（744906大卡/人·年）。从结果可以看出，深圳市作为气候偏暖的南方沿海城市，居民的耗热定额明显高于国内的其他城市。因此，深圳市居民耗热定额定在3135兆焦/人·年较为合适。2公共建筑用气定额公共建筑的用气定额同样在《城镇燃气设计规范》附录B中有参考指标。具体到某个城市，它的准确性与居民用气定额一样必须建立对该城市用气资料的调查分析的基础上。随着城市的经济发展、居民的生活水平提高，居民用户的用气量指标不增反减，而公建的用气指标则有一个明显的增长，特别是酒店、宾馆。这是基于居民的生活习惯在改变，在外就餐的次数增多所致。公共建筑耗热定额参照《城镇燃气设计规范》（GB50028-93）中推荐的数。注：①职工食堂的用气指标包括做副食和热水在内。

②燃气热值按低热值计算。举例：深圳市的综合服务水平高，因此对推荐的数据取表中的高值。3工业企业年用气定额

①对新建企业，在了解其生产工艺设备燃气最大流量的同时，亦应对其产品的生产数量与设备耗气之间的比例作一分析；同时对其产品的销售量及近期的市场拓展作一了解，此可以让我们对其企业近期的用气量(特别是在天然气到达该城市之前的阶段)有一较准确的预计，从而把握住天燃气到达之前气源厂的建设规模；

②在考查新建企业近期用气的情况之后，亦要对其企业将来的发展作一了解，以确定其未来的最终用气规模，从而保证输配系统的供应能力；

③对现有企业的用气分析。对现有企业首先应了解其生产用燃料结构，若采用非燃气燃料的应考虑今后用燃气替代该燃料在设备改造、生产成本等方面的可行性及将来改造的计划；

④按照城市总体规划资料，结合该城市工业企业用燃料的现状及今后城市在工业上的发展方向分析未来远期的用气状况。1.2.2城市燃气年用气量计算因为用气量是整个燃气项目方案的计算基础，它的准确性直接决定着该项目的资金利用合理与否，亦影响着项目今后的投资回报率，所以作为工程设计人员，在进行用气量的计算时，应开展广泛的用气资料的调查，并对城市今后用气的发展趋势作一详细地分析，以确定基础数据的准确，而使近期、远期的用气量的预测趋于合理，从而保证工程规模建设的合理化，以有效的利用资金。城市气化率：或称居民用气普及率。指城镇居民使用燃气的人口数占城镇总人口的百分数。举例：深圳市居民气化率100%，西安市城市气化率达到95％。3工业企业年用气量工业企业年用气量与生产规模、班制和工艺特点有关，一般只进行粗略估算。各类用户年用气量之和为城市年用气量。城市年用气量除了考虑居民生活年用气量、公共建筑用气量及工业企业年用气量外，还应考虑建筑物供暖年用气量（根据建筑物热负荷计算）和未预见量（一般取总用气量的5％）举例：浙江省嘉兴市区天然气年用气量计算各类用户耗气量的确定根据嘉兴市区总体规划确定的范围，依据燃气用户用气现状，本研究报告以《嘉兴市区天然气利用专业规划》中确定的用气量作为嘉兴市区天然气用量。一、居民用户用气量

1、居民用户耗热指标根据嘉兴市气候条件和现状耗热水平，考虑到居民生活水平的提高，天然气气化后，热水器普及应用，同时考虑到家用电器的应用和能源价格等因素，参照邻近几个城市的耗热水平和规范推荐的数值，确定居民生活用气耗热指标见下表。2、居民用户气化率及气化人口根据《嘉兴市区天然气利用专业规划》，本报告采用居民用户气化率、气化人口见下表。

3、居民用气量根据居民耗热指标和气化人口，可得到居民用气量，见下表。

二、公共建筑用户天然气用气量１、小型公建用户天然气用气小型公共建筑用户耗气指旅馆、招待所、小饭店、饮食店、医院、幼儿园等等单位餐饮和热水用气，根据嘉兴市城市性质和规模，参照国内相近城市一般公共建筑用户气化率，取居民耗气量的10％作为小型公共建筑用户耗气量，见下表。

2、大型公共建筑用户天然气用气量(供热及空调用气量)大型公建指饭店、宾馆、医院、学校、培训中心、俱乐部、一般工贸企业，其用气主要领域为空调和供热。通过对各大型公建用户进行实地调查结合其能源发展趋势，天然气用气量采用真实法和比例法相结合，预测用气量。

2004年考虑供热、空调用户为戴梦得大酒店、南湖大酒店、文华园宾馆、第一医院等大型公建用户，用气量为450万米3／年：2005年增加二至三家公建用户，用气量为565万米3／年。三、城市工业用户天然气用气量城市工业用户指位于城市供气范围内的中小型工业用户，包括建材、轻工、机械、加工、食品、电子、纺织、城市热电厂等行业。根据《嘉兴市区天然气利用专业规划》，城市工业用户用气量见下表。四、车用天然气量

利用天然气作为汽车燃料，具有保护环境，提高效率，降低运行费用，消除城市“光化学烟雾”污染，缓解石油供需矛盾等诸多优点。压缩天然气(CNG)汽车在全国有条件城市已广泛应用，在2004年天然气到嘉兴后，在2005年试建CNG站一座，日供气量为1万米’，年供气量为365万米’，2010年再建一座CNG站，年供气量达到730万米’。见下表2。五、未预见量考虑到用气情况的不可预见性，未预见量占总用气量(除热电厂用气)的3％来考虑。六、嘉兴市区天然气利用总量根据以上各类用户用气量，汇总后得到总用气量，见下表。气源设施规划人工煤气气源设施炼焦制气厂、直立炉煤气厂——产量大、热值适中、调节能力差，是城市常用的主气源设施水煤气厂、油制气厂——产量可调、热值偏高或偏低，一般可作为调峰气源煤气厂一般布局在城市边缘，要求足够的防护空间、良好的交通条件和邻近协作企业气源设施规划液化石油气气源设施总供应设施——液化石油气供应基地（液化石油气储配站）分供应设施——液化石油气气化站、混气站，用于液化石油气的管道供应分供应设施——液化石油气瓶装供应站，用于液化石油气的瓶装供应液化石油气供应基地布局在城市边缘或外围，要求足够的防护空间、地势平坦开阔、最小风频的上风向，气化站和混气站位于负荷中心，要求足够的防护空间和平坦开阔的地势。气源设施规划天然气气源设施天然气门站——位于城市边缘或外围，接受长输管线的供气，净化、调压、计量后供应城市管网。天然气储存基地——位于城市边缘或外围，储存、净化、调压运入或输入的天然气，供应城市管网。天然气门站要求临近长输管线，有足够的防护空间。天然气储存基地要求临近长输管线或有便利的交通条件（铁路、码头），有足够的防护空间。城市燃气输配设施规划煤气储配站作用：调峰、混气、加压规模：按工业与民用气比例确定储气系数布局：对置燃气调压站作用：调压、稳压规模：十几平米布局：按服务半径（500米左右）液化石油气瓶装供应站作用：供应瓶装气规模：数百平米布局：负荷中心，服务5000——7000户，服务半径小于1公里汽车加气站城市燃气管网系统城市燃气管网系统分类及选择城市燃气管道的布线城市燃气管网系统一、燃气管道的分类燃气管道可以根据用途、敷设方式和输气压力分类。（一）、根据用途分类1长距离输气管道2城市燃气管道分配管道；用户引入管；室内燃气管道3工业企业燃气管道(二)、根据敷设方式分类1地下燃气管道2架空燃气管道城市燃气管网系统(三)、根据输气压力分类名称压力（Mpa）高压燃气管道A2.5<P≤4.0B1.6<P≤2.5次高压燃气管道A0.8<P≤1.6B0.4<P≤0.8中压燃气管道A0.2<P≤0.4B0.01<P≤0.2低压燃气管道P≤0.01城市燃气管网系统（一）城市燃气输配系统的构成1.低压、中压以及高压等不同压力的燃气管网；2.城市燃气分配站或压送机站、调压计量站或区域调压站；3.储气站；4.计算机控制中心。

二、城市燃气管网系统及选择城市燃气管网系统(二)城市燃气管网系统城市输配系统的主要部分是燃气管网，根据所采用的管网压力级制不同可分为：1.一级系统低压一级中压一级2.两级系统3.三级系统4.多级系统中小型城市天然气系统组成示意图高中压调压站城市门站分输站高中压调压站高中压调压站高中压调压站长输管线P>4.0MPa次高压管线0.4<P<1.6MPa中压管网P<0.4MPa进站压力P>1.6MPa出站压力P<1.6MPa进站压力0.4<P<1.6MPa出站压力P<0.4MPa进站压力P<1.6MPa中压出站压力P<0.4MPa储存压力0.4<P<1.6MPa储配站储配站储配站储配站城市燃气管网系统(三)采用不同压力级制的原因1.管网采用不同的压力级制比较经济；2.各类用户所需要的燃气压力不同；3.未改建的老区和建筑物密集街道不宜敷设压力较高的管道。城市燃气管网系统(四)燃气管网系统的选择

规划城市在选择燃气管网系统时，应考虑到许多因素，其中最主要的有：（1）气源情况：燃气的性质，是人工燃气、天然气、还是液化石油气；供气量和供气压力；燃气的含湿量和露点；气源的发展或更换气源的规划；（2）城市规划、远景规划情况、街区和道路的现状和规划、建筑特点、人口密度、居民用户的分布情况；城市燃气管网系统（3）原有的城市燃气供应设施情况；（4）用户情况及对燃气压力的要求；（5）城市地理地形条件和地下管线、地下建筑物的分布情况；（6）储气及调压方式。城市燃气管网系统设计城市燃气管网系统时，应全面考虑上述诸因素进行综合，从而提出数个方案作技术经济计算，选用经济合理的最佳方案。方案的比较必须在技术指标和工作可靠性相同的基础上进行。举例城市燃气管网系统城市燃气管网系统（一）低压—中压A两级管网系统城市：三个区气源：天然气储气：末端储气城市燃气分配站：2个（东、西）中压管网：1个环；有9个区域调压站：向低压管网供气（民用、公建、小工业）；3个专用调压站：工业用户。城市燃气管网系统低压管网：3个环网a．主干管是环网，次要管道可以是枝状b.一片环网至少2个调压站c.不同压力等级管网间要有几个调压站d.两个调压站之间主管道宜取相同管径e.目的：可靠性f.布线方式：沿大街小巷布置密集的低压管网——城市的老区主要街道的干管成环，其他为枝状——城市的新建区城市燃气管网系统阀门：

a.低压一般不设阀门

b.中压以上设阀门：分段阀门；分支阀门；调压站进出口上；穿跨越两端。原则：非常必要的地方。调压站：

a.作用：降压、稳压。b.区域调压站作用半径：供气点到零点的平均直线距离。c.区域调压站在供气区的中心，地上单独建筑物。城市燃气管网系统（二）低压——中压B两级管网系统气源：人工气储气：低压储气罐，3个——对置、分散罐站燃气流向：城市燃气管网系统城市燃气管网系统高峰：气源厂—低压罐—压缩机中压—低压对置低压罐—压缩机低峰：对置低压罐气源厂—低压罐—压缩机—中压低压城市燃气管网系统城市燃气管道的布线

一.城市燃气管道的布线依据1.管道中燃气的压力。2.街道其它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。城市燃气管网系统5.与该管道相连接的用户量及用气量情况，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