某居民小区燃气泄露报警切断系统初步设计

目录TOC\o"1-5"\h\z一、民用燃气泄漏报警系统 1\o"CurrentDocument"燃气泄露报警系统目的及作用 1\o"CurrentDocument"燃气泄露报警系统注意事项 1\o"CurrentDocument"燃气泄漏报警系统的构成及特点 2技术检测与要求 2\o"CurrentDocument"二、可燃混合气体爆炸基本性质计算 2\o"CurrentDocument"、密度及相对密度 2\o"CurrentDocument"燃气高、低热值 3\o"CurrentDocument"2、3理论氧含量及理论混合比 3\o"CurrentDocument"爆炸极限 4热量计温度 5三、燃气泄漏计算 6\o"CurrentDocument"确定报警浓度范围 7\o"CurrentDocument"燃气泄漏量 7四、燃气泄漏报警系统设计 9\o"CurrentDocument"传感器选型 9紧急切断阀选型 10\o"CurrentDocument"五．参考文献 9某居民小区燃气泄露报警切断系统初步设计设计目的：通过课程设计使学生了解用于民用燃气报警系统的工艺设计内容、程序和基本原则；学习设计计算方法和步骤；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实际问题。一、民用燃气泄漏报警系统燃气泄露报警系统目的及作用当燃气供应系统设计完成后，为确保系统安全，并能使其技术先进，必须辅以燃气的安全报警和自动控制系统，该装置的主要目的及作用为：①当燃气供应系统发生泄漏或故障时，能部分或全部分地切断气源；②当发生自然灾害时，系统自动地切断进入建筑物内部的总气源；③当建筑物安保防灾中心认为必要时，对局部或全部起源进行控制或切断；④用以对建筑物燃气供应系统的运行状况进行检测和控制；⑤用以确保燃气供应系统运行工况正常，安全可靠。燃气泄露报警系统注意事项⑴所有燃气供应系统有关的安全报警和紧急切断阀位置、编号，均应接至大楼安保；⑵防灾中心，并能及时清晰地显示其工作状态；③通风时，所有的通风机和电磁阀的位置、编号均应接至大楼的安保防灾中心，并能及时清晰地显示其工作状况；④防灾中心应能清晰地显示紧急切断阀及其对应的安全报警器和它们所服务的区域；⑤防灾中心应能清晰地显示电磁阀及其对应的通风机和它们所服务的区域⑥前述的不同管道系统的压力级制系统应有其相对独立的燃气供应安全报警自控系统，而分支管道系统又是各自独立的燃气供应安全报警自控系统的子系统；⑦大楼燃气供应系统的总切断阀应设于大楼以外，而各自独立燃气供应系统应在其始端设置紧急切断阀，各分支管也应在其始端设紧急切断阀；⑧燃气管穿越地下层及其车库和一些不容穿越的场所，设置套管进行封闭，同时设置安全报警器，以检测燃气的泄漏，便于及时予以控制。⑨大楼的竖直立管的末端应设置过压自动放散阀门。⑩大楼内各用气层采用机械通风时，应设置与通风机连锁的电磁阀或切断阀。11漏报警的浓度界限为运行燃气爆炸下极限值的25%,报警持续1min后，服务于该区域的紧急切断阀立即自动切断电源。12、事故或故障排除后,紧急切断阀一般现场开启,以避免因误操作而酿成事故,但在确认必要时,也可以防灾中心直接开启或切断。13、安全报警器一般安装在空气流的下游，以利于及时有效地探测燃气管道的泄漏与否。14、竖直立管的管道井应设法使井的末端与大气相通，以达到通风换气的目的。燃气泄漏报警系统的构成及特点1)安全系统中仅进行燃气泄漏报警的主要构成及特点(1)单体型：由燃气泄漏报警器组成，通过声、光等方式警报燃气泄漏导致的危险状态。(2)户外型：由安装在室内的燃气泄漏报警和安装在室外的喇叭构成。(3)集中型：由分别安装在各个用气地点的燃气泄漏报警器和燃气泄漏集中监视器构成。2)燃气通路自动切断的安全系统的构成及特点其构成的方式主要是智能燃气表和报警器联动自动切断装置。智能燃气表：在燃气流量表上组装传感器、控制器和切断阀主要在燃气系统的过大流量以及过长时间的使用时切断燃气通路。报警器联动切断装置：由燃气泄漏报警器、控制器和燃气切断阀构成。当燃气发生泄漏并达到一定的浓度时，燃气泄漏报警器便开始报警，同时控制器指挥燃气切断阀切断燃气通路。技术检测与要求确定泄漏报警的浓度极限，要求报警浓度低于爆炸极限的25%，比较不同传感器特点，选择适宜的传感器。理选择紧急切断阀，根据检测气源的不同，根据其特点，确定适宜装置位置。报警系统的传输线路应利用钢芯绝缘导线或钢芯电缆，其电压等级：(1)信号线不应低于交流250伏，(2)电源线不应低于交流500伏二、可燃混合气体爆炸基本性质计算二、可燃混合气体爆炸基本性质计算2.1、密度及相对密度焦炉煤气含量：(表1)sh所含量分子量所占比例(％)密度(kg/Nm3)高热值(kg/Nm3)低热值(kg/Nm3)爆炸上限(％)爆炸下限(％)(0℃，0.101Mpa下)CCH416270.7174398423590614.24.61.545CH263221.3553703516439715.13.52.244CO2861.250612644126447412.51.302H22560.08991275310794764.01.298CO24431.97711.620O21611.42911.315N22851.25041.302平均分子量：M=1/100(yiMi+y2M2+-ynMn) [5]其中y1y2…yn各单一气体容积成分(％)M1M2…m 各单一气体分子量(g/mol)•・M=1/100(27X16+2X30+6X28+56X2+3X44+1X32+5X28)=1/100(432+60+168+112+132+32+140)=10.76p=1/100(y1PJy2P2+…ynpn)其中y1y2…yn各单一气体容积成分(％)p1p2-pn标状下各单一气体密度(kg/Nm3)•・=1/100(27X0.7147+2X1.3553+6X1.2506+56X0.0899+3X1.9771+1X1.4291+5X1.2504)=1/100(19.3698+2.7106+7.5036+5.0344+5.9313+1.4291+6.252)=0.482308N0.4823(kg/Nm3)•・S=p/1.293=0.4823/1.293=0.373•・该煤气比空气轻2.2燃气高、低热值Hh=Hh1r1+Hh2r2+ +Hhr [5]其中：Hhi---某物体的高热值(KJ/Nm3)ri———各单一气体容积成分(KJ/Nm3)・•・Hh=39824X0.27+70351X0.02+12644X0.06+12753X0.56=10757.34+1407.02+758.64+7141.68=20064.68(KJ/Nm3)Hl=Hl1r1+Hl2r2+……+Hlnrn [5]其中：Hhi---某物体的低热值(KJ/Nm3)ri———各单一气体容积成分(KJ/Nm3)・•・Hh=35906X0.27+64397X0.02+12644X0.06+10794X0.56=9694062+1287.94+758.64+6044.64=17785.84(KJ/Nm3)2、3理论氧含量及理论混合比由所含组分计算：空气：Vo=1/21[0.5H2+0.5CO+£(m+4/m)CmHn+1.5H2S-O2] [2]=1/21[0.5X56+0.5X6+(1+4/4)X27+(2+6/4)X2+0-1]=1/21[28+3+54+7-1]

=4.33(Nm3/Nm3)理论氧含量：Vo2=4.33X0.21=0.91(Nm3/Nm3)理论混合比:CnHmO^Fk+[(n+m-k-2入)/4]O2-nCO2+(m-k/2)H2O+kHF [2]其中：n、m、入、k——可燃气体中的C、H、O及卤族元素的原子数n=0.27X1+0.02X2+0.06X1=0.37m=0.27X4+0.02X6+0.56X2=2.32人=0.06X1=0.06Cst 1——-—―x100%;m-k-2九、1+4.773(n+ )1+4.773(0.37Cst 1——-—―x100%;m-k-2九、1+4.773(n+ )1+4.773(0.37+2.32—0—2x0.06x100%=18.55%2.4爆炸极限由于焦炉煤气（％）含量为：CH4：27.0；C2H6:2.0；CO:6.0;H2:56.0;CO:3.0;20：1.0：2N:5.02则扣除了惰性气体后(N;CO;O)：CH:2791x100%;C2H6:91x100%;CO：91x100%;56H:—x100%;2 91由：Lc100其中：Lc

上Lc

下y1L1+y2+L2+y由：Lc100其中：Lc

上Lc

下y1L1+y2+L2+ynLnLc—该燃气的可燃基（扣除惰性气体后，重新调整计算各燃气成分）的爆炸极限（％）yi—混合气体中可燃气体的容积成分（%）Li—混合气体中各客人气体的爆炸下（上）限（%）100(27x工+2x，+9x1+56xLx1009114.29115.191749176=31.9%100(27x±+2x±+9x，+留x1)x100914.6913.59112.5914=4.35%N与O配比为3.76,即空气中N:3.76;O:122•・•原含量变为：CH:27.0%;4C2H6:2.0%;CO:6.0%;H:56.0%;CO:3.0%;空气(Air)：4.76%；N:2(5.0-3.76)%=1.24%.•.CO2与N2为4.24%・•・・•・除去Air后，惰性气体（CO2+N2）:y4.24 =0.0445=4.45%N91+4.24100（1+一yN—）100-y；.LnA=LC N—100+Lc-yN一100-yN其中：Lc—该燃气的可燃基的爆炸极限（％）LnA-该混合气体无空气基的爆炸极限（％）yN—含（CO2+N2）的容积成分（％）错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。31.9错误！未找到引用源。100（1+一yN一）rr 100-丫LnA=LC -错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=4.35100+Lc yn错误！未找到引用源。100-y错误！未找到引用源。N错误！未找到引用源。=4.54错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。其中错误！未找到引用源。—包含有空气的混合气体的整体燃烧极限（错误！未找到引用源。）错误！未找到引用源。—该混合气体的巫空气基燃烧极限（错误！未找到引用源。）错误！未找到引用源。（错误！未找到引用源。）yAir=（3.76-F1）%=4.76骊错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=34.5错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=4.77错误！未找到引用源。2.5热量计温度煤气的含湿量错误！未找到引用源。干燃气=0.0125kg/错误！未找到引用源。干燃气煤气与空气的温度错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=20℃，空气的含湿量错误！未找到引用源。=10g错误！未找到引用源。干空气燃气平均定压容积比热按混合法则：错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。其中的错误！未找到引用源。见表1以Cg=1.5450X0.27+2.244X0.02+1.302X0.56+1.599X0.03+0.01X1.306+1.298X0.05=1.393[KJ/（Nm3.K）]由于平均比热随温度的不同而变化，因此热量计温度必须经试算才能确定。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。其中：错误！未找到引用源。=17785.84（J/错误！未找到引用源。）错误！未找到引用源。=1.393错误！未找到引用源。 理论中错误！未找到引用源。=0三原子气体体积：错误！未找到引用源。=0.01（错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=0.01（3+6+27+2错误！未找到引用源。2+0）=0.4错误！未找到引用源。干燃气=错误！未找到引用源。[4]水蒸气体积：Voh20=0.01[H2+H2S+E2(mHn+120(dg+V0da)][4]=0.01[56+0+2X27+3X2+120(0.0125+4.33X0.01)]=1.23Nm3/Nm3干燃气氮气体积:V\2=0.79V0+0.01N2=0.79X4.33+0.01X5=3.4707Nm3/Nm3干燃气理论中a=1[4]0℃,0.101Mpa下CH20=1.482[KJ/(Nm3•K)][4]Ca=1.302[KJ/(NnP•K)][4]设热量计温度为2100℃,则C=2.437[KJ/(Nm3•K)]；附表3c02CH20=1.951[KJ/(Nm3•K)]；C02=1.545[KJ/(Nm3•K)]；C=1.486[KJ/(Nm3•K)]；N2t=c17785.84+1.393+G.393+1.20x1.482x0.0125)x20+1x4.33xG.302+1.20x1.482x0.01)x200.4x2.437+1.23x1.951+3.4707x1.486+0x1.54517928.44=2101℃8.532误差：Vn2）100x100%=0.5% 在可容许误差内所以，热计量温度为2100℃三、燃气泄漏计算确定报警浓度范围焦炉煤气下限4.77%,则报警浓度为4.77%X25%=1.1925%房间体积：一单元B5:3.4X1.95X3=19.89m3••・19.89X1.1925%=0.237m3・••在一单元B5厨房0.237m3及其以上报警器均报警。燃气泄漏量P:容器内介质压力，即表压：1500pa;P0:环境压力：1.01X105pa;K:气体绝热指数，多原子气体取1.29；

M:燃气的分子量：10.784g/mol=0.010784kg/mol;R：气体常数：8.3144J/(mol•k);T:气体的温度:20+273=293K;Cdg：气体泄漏系数，泄漏口为圆形时取1.00;A:泄漏面积，设为1.2X10-4成PO_101000~P~PO_101000~P~1500工67.3>(——)上=( )皿=0.55k+1k-1 1.29+11.29-1P>(―)上Pk+1k-1・•・气体流动属于亚音速流动ad：KMk，P Pq「=C.AP x( )x()2x[1-()k-1]mdgRRTk-1 POk POk1.29x0.0107611.29x0.010761=1x1.2x10-4x1500।83144293x(1.291.29-1)x(1500)2[1-(J^22_)1.29-1]1010001.29x1010001.292)=2)=2.71x10-5(Kg/s)qvqmG-qvqmG-=2.71x10-5=5.62x10N•mJsp0.4823 -5 3匕二匕..T1T20.237匕 =—V。=0.221N•m.20+273273 2 3泄漏所需时间：”5.62x泄漏所需时间：”5.62x10-5 5.62x10-50.221 =3933s=1.09h8x10-5m3B:泄露面积为「「“km(qmG=CdgAP«而X(P“P)x()2x[1-()k-1]

POk PO k=1x8x10=1x8x10-5x1500J'1.29x0.010761.298.3144x2931.29-1)x(J^00-)2[1-(1500)1.29-1]1010001.29x1010001.29=1.808x10-5(Kg/s)q=qmG=1.808x10-5=3.75x10N•mJsvp0.4823 -5 3V1-V1-V2・0.237VT1T220+273273泄漏所需时间：1泄漏所需时间：1=3.75x10-53.75x10-50.221 =5893s=1.64h3a=a上(1—e-。阿).k 。yq0=1,0=1;N i Ngas+NirN=4iMim=pxk=0.221x0.4823=0.106kgm.=p.xV—m =1.293x19.89—0.106=25.61kgM=10.76N=j=am=9.85molgasM眄10.76N=mair=2、61=883molair M舟 29y =—Ngas—=_9.85=0.011=1.1%gas N.+Nair 9.85+883y=-Nair—=_883—=0.989=98.9%airNas+Nar 883+9.85p=_ux(yp+yp)=_ux(1.1%x0.4823+98.9%x1.29)=1.28kg/m3r100gasgasairair100Q=1.293=1.011.28q=nV=3x19.89=59.67m3/h y=0.1a =0.k(1—e-Qynt)=1562x10-5x3600(1—e-1.01x0.1x31)=3.36x10-2(1—e-0.31)kQyq 1.01 0.1x59.67时间/h泄露浓度/%10.87121.51631.99442.34852.61062.80472.94883.05593.134103.193

浓度随时间的变化趋势一系列14567891045678910时间/h四、燃气泄漏报警系统设计4.1传感器选型1．传感器分类及特征一般气体传感器的分类，有半导体式、固体电解式、电化学式、气体热传导式、红外线式、湿度传感器等。本设计选用TGS822TF型的传感器。本设计选用TGS系列传感器。其主要特征有：①、因传感器电阻值对气体浓度呈对数变化关系，所以可在很宽范围内使用，特别适用于低浓度气体的检知；②、因为主成分为物理化学性质稳定的二氧化锡烧结体，所以具有寿命长、耐腐蚀的长处；③、因为检知机理为气体吸附和脱附的可逆过程，所以可以反复使用；④、因为传感器电阻变化大，所以可以用简单的电路得到较大的输出信号；⑤、因为传感器小型且成本低，所以可制小型机。2.半导体传感器原理（附原理简图）TGS系列传感器属n型半导体类气体传感器，其主要成分是二氧化锡烧结体。在大约400摄氏度的工作温度下，吸附还原性气体（例如液化气、天然气、氢气、一氧化碳、有机溶剂、蒸气等）时，因发生还原性气体的吸附与氧化反应，粒子界面存在的势垒降低，电子容易流动，从而电导率上升。当恢复到清洁空气中时，由于半导体表面吸附氧气，使粒子界面的势垒升高，阻碍电子的流动，电导率下降。TGS传感