燃氣輸配工程建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)核心課程主講：祝賀課程導入第一章燃氣的分類及性質(zhì)燃氣種類多樣，其物理化學性質(zhì)決定了輸配系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)與運行特點。深入理解燃氣特性是進行安全有效設(shè)計的基礎(chǔ)。燃氣分類了解各類燃氣的來源與基本特征燃氣性質(zhì)掌握物理化學特性及其對系統(tǒng)設(shè)計的影響質(zhì)量要求熟悉國家標準與行業(yè)規(guī)范安全管理燃氣的分類按氣源分類天然氣：地下天然形成的可燃氣體混合物人工燃氣：煤制氣、焦爐氣等人工加工生產(chǎn)液化石油氣：石油煉制副產(chǎn)品，主要成分為丙烷、丁烷生物制氣：利用沼氣池發(fā)酵有機物產(chǎn)生的甲烷按燃燒特性分類華白指數(shù)（WobbeIndex）是衡量燃氣互換性的重要指標計算公式：W_s=\frac{Q_s}{\sqrti0uiec8}，其中：W_s：華白指數(shù)Q_s：燃氣熱值燃氣的基本性質(zhì)物理性質(zhì)密度：大多數(shù)燃氣輕于空氣，相對密度<1.0熱值：燃氣完全燃燒釋放的熱量，單位為MJ/m3爆炸極限：燃氣與空氣混合物能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍燃點：燃氣被點燃所需的最低溫度火焰?zhèn)鞑ニ俣龋河绊懭細馊紵€(wěn)定性的重要參數(shù)水化物形成及防治水化物是天然氣輸送過程中常見的危害：形成條件：低溫高壓環(huán)境下，天然氣中的水分與甲烷等烴類化合物結(jié)合危害：堵塞管道、閥門，降低輸送效率，甚至導致設(shè)備損壞防治措施：脫水干燥、加注甲醇等水合物抑制劑、保溫、控制壓力消除與處置預防措施監(jiān)測檢測危害表現(xiàn)城鎮(zhèn)燃氣質(zhì)量要求主要雜質(zhì)及允許含量硫化物：總硫含量≤100mg/m3，H?S≤20mg/m3水分含量：干燥點≤-10℃（標準狀態(tài)）焦油：≤0.05g/m3灰塵：≤0.01g/m3氧氣：≤0.5%（體積比）加臭目的與方法燃氣本身無色無味，為安全考慮必須進行加臭：目的：便于及時發(fā)現(xiàn)泄漏，防止事故發(fā)生要求：臭味濃度達到1%體積比燃氣濃度時能被嗅覺察覺常用加臭劑：四氫噻吩(THT)、乙硫醇、叔丁硫醇等加臭量：通常為5-20mg/m3質(zhì)量控制意義燃氣爆炸極限示意圖爆炸極限是指燃氣與空氣混合物能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍：5%甲烷下限低于此濃度混合氣不足以支持燃燒15%甲烷上限超過此濃度氧氣不足以支持完全燃燒2%液化石油氣下限比天然氣更易達到爆炸條件了解各類燃氣的爆炸極限對于設(shè)計安全的輸配系統(tǒng)至關(guān)重要。系統(tǒng)設(shè)計必須確保在正常運行條件下不會形成爆炸性混合物，并建立有效的泄漏檢測機制。第二章城鎮(zhèn)燃氣需用量及供需平衡精確計算燃氣需用量是合理設(shè)計輸配系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而供需平衡策略則確保系統(tǒng)安全可靠運行。居民用戶煮飯、熱水、采暖需求，受生活習慣及季節(jié)影響大工業(yè)用戶生產(chǎn)工藝需求，用氣量大且相對穩(wěn)定商業(yè)用戶餐飲、服務業(yè)等，用氣高峰與營業(yè)時間相關(guān)燃氣需用工況分析不均勻性系數(shù)不同時間尺度下的燃氣用量變化用不均勻系數(shù)表示：月不均勻系數(shù)：K_{月}=\frac{Q_{月最大}}{Q_{月平均}}日不均勻系數(shù)：K_{日}=\frac{Q_{日最大}}{Q_{日平均}}時不均勻系數(shù)：K_{時}=\frac{Q_{時最大}}{Q_{時平均}}居民用氣工業(yè)用氣商業(yè)用氣不同用戶日內(nèi)用氣量變化曲線不均勻性對管網(wǎng)的影響：高峰期容量需求決定管網(wǎng)設(shè)計參數(shù)晝夜波動影響調(diào)峰設(shè)施規(guī)模季節(jié)性變化要求合理配置儲氣能力燃氣小時計算流量居民用戶計算方法：按人口密度與人均用氣量其中，N為居民人數(shù)，q人為人均年用氣量工業(yè)用戶計算方法：按產(chǎn)品單耗或熱平衡其中，M為產(chǎn)品產(chǎn)量，q產(chǎn)為單位產(chǎn)品用氣量公建用戶計算方法：按建筑面積或熱負荷其中，A為建筑面積，q面為單位面積用氣量小時計算流量是燃氣輸配系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)參數(shù)，直接決定管徑選擇、壓力等級和調(diào)壓設(shè)備規(guī)格。供需平衡調(diào)節(jié)方法燃氣供需平衡調(diào)節(jié)是保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵策略：儲氣設(shè)施調(diào)節(jié)地下儲氣庫：季節(jié)性調(diào)節(jié)高壓儲氣球罐：日內(nèi)調(diào)節(jié)低壓儲氣柜：小時調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力浮動調(diào)節(jié)有效利用管網(wǎng)自身容積適用于短時間小幅度波動用戶互濟調(diào)節(jié)可中斷用戶優(yōu)先調(diào)整工商業(yè)與民用之間平衡建立完善的應急預案儲氣容積確定原則：其中，Q高峰為高峰期流量，t為調(diào)節(jié)時間，α為安全系數(shù)第三章長距離輸送系統(tǒng)長距離輸氣管道是連接氣源與城市配氣系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計與運行直接影響下游用戶的供氣安全。01起點站（氣源站）完成氣體凈化、計量、加壓等工序，為長途運輸做準備02線路壓氣站補償管輸過程中的壓力損失，通常每100-200km設(shè)置一座03分輸站向支線或用戶分配氣體，進行計量和壓力調(diào)節(jié)04終點站（城市門站）連接長輸管道與城市配氣系統(tǒng)，進行最終處理與分配輸氣管線材料與敷設(shè)常用管材特性鋼管強度高，適用于高壓輸送；需防腐處理；焊接連接聚乙烯管耐腐蝕，柔韌性好；適用于中低壓；熱熔連接玻璃鋼管輕質(zhì)高強，耐腐蝕；安裝便捷；適用于特殊場景敷設(shè)注意事項埋深：主干管≥1.2m，次干管≥1.0m，支管≥0.8m間距：與建筑物基礎(chǔ)≥0.5m，與其他管線≥0.3m管道標識：設(shè)置明顯標志，包括警示帶、標識樁陰極保護：鋼管必須采取有效防腐和陰極保護措施穿越處理：道路、鐵路、河流等穿越處采用套管保護伸縮補償：考慮溫度變化引起的管道伸縮，設(shè)置補償器長輸管道施工必須嚴格執(zhí)行《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》GB50028和《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》GB50251等相關(guān)標準。加臭劑及加臭裝置常用加臭劑特點四氫噻吩(THT)氣味穩(wěn)定，不易被管道吸附，價格較高乙硫醇(EM)臭味強烈，添加量小，易被金屬吸附叔丁硫醇(TBM)臭味持久，價格適中，常與其他加臭劑混合使用二甲基硫(DMS)臭味適中，易于揮發(fā)，價格相對低廉選擇原則：臭味特征明顯，易于識別在低濃度下已有足夠臭味化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易發(fā)生氧化或聚合不腐蝕管道和設(shè)備材料加臭裝置工作流程典型加臭裝置主要由儲存系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、注入系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成：儲存系統(tǒng)：儲存加臭劑的容器，帶有液位指示器計量系統(tǒng)：精確計量加臭劑用量的裝置注入系統(tǒng)：將加臭劑按比例注入燃氣管道控制系統(tǒng)：根據(jù)燃氣流量自動調(diào)節(jié)加臭劑注入量加臭劑投加量：一般為15-25mg/m3，根據(jù)燃氣種類和加臭劑類型調(diào)整長輸管線示意圖1起點站關(guān)鍵設(shè)備分離器：去除氣體中的液態(tài)雜質(zhì)過濾器：去除固體雜質(zhì)計量設(shè)備：測量輸送氣量壓縮機：提供輸送動力2線路關(guān)鍵設(shè)施閥室：每10-30km設(shè)置一座，用于分段控制清管裝置：定期清除管道內(nèi)沉積物監(jiān)控系統(tǒng)：實時監(jiān)測管道運行狀態(tài)陰極保護站：防止管道腐蝕3終點站功能設(shè)施接收清管裝置：接收從起點發(fā)出的清管器調(diào)壓設(shè)備：將高壓氣體降至城市使用壓力加臭裝置：為無味天然氣添加特殊氣味流量控制系統(tǒng)：根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié)供氣量第四章城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)組成接收站調(diào)壓站輸配管網(wǎng)用戶設(shè)施接收站功能與任務連接長輸管線與城市管網(wǎng)，進行計量、過濾、調(diào)壓、加臭等處理，是城市燃氣系統(tǒng)的"門戶"輸配管網(wǎng)結(jié)構(gòu)由高、中、低壓管網(wǎng)組成，采用樹狀、環(huán)狀或混合結(jié)構(gòu)，將燃氣從源頭輸送至各類用戶儲配調(diào)峰系統(tǒng)通過各類儲氣設(shè)施和調(diào)峰裝置，平衡供需波動，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行燃氣儲配站與調(diào)壓室儲配站作用及設(shè)備調(diào)峰作用：平衡燃氣供需波動，保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行應急備用：在氣源中斷時提供臨時供應經(jīng)濟平衡：利用峰谷氣價差，降低運營成本主要設(shè)備：儲氣設(shè)施：高壓儲氣球、低壓儲氣柜等壓縮機組：增加氣體壓力，用于儲存冷卻系統(tǒng)：降低壓縮氣體溫度控制系統(tǒng)：自動化監(jiān)控調(diào)度調(diào)壓室的調(diào)壓原理與設(shè)備組成調(diào)壓原理：利用彈簧力與膜片兩側(cè)壓差平衡，自動調(diào)節(jié)閥門開度，保持出口壓力恒定主要設(shè)備：過濾器：去除氣體中的雜質(zhì)調(diào)壓器：將高壓氣體降至所需壓力安全切斷閥：出口壓力異常時自動切斷安全放散閥：系統(tǒng)超壓時自動放散壓力表：監(jiān)測進出口壓力旁通管道：設(shè)備維修時臨時使用城市燃氣管網(wǎng)分類及選擇管道分類及壓力級制高壓管網(wǎng)A級：1.6MPa＜P≤4.0MPaB級：0.8MPa＜P≤1.6MPaC級：0.4MPa＜P≤0.8MPa主要連接氣源站與區(qū)域調(diào)壓站中壓管網(wǎng)A級：0.2MPa＜P≤0.4MPaB級：0.01MPa＜P≤0.2MPa連接高壓與低壓，供應大型用戶低壓管網(wǎng)P≤0.01MPa直接供應居民和小型商業(yè)用戶不同壓力級制的設(shè)計意義安全性經(jīng)濟性適應性靈活性壓力級制選擇考慮因素：城市規(guī)模與用氣量用戶分布特點氣源條件與地形地貌經(jīng)濟技術(shù)比較運行管理能力城鎮(zhèn)燃氣管道布線原則布線依據(jù)城市總體規(guī)劃與道路規(guī)劃用戶分布與用氣負荷地形地貌與地質(zhì)條件與其他管線協(xié)調(diào)經(jīng)濟性與安全性綜合考量穿越障礙物的技術(shù)措施穿越公路采用套管保護，套管直徑應比燃氣管道直徑大200mm以上套管兩端應設(shè)置檢漏井，便于檢測泄漏公路下管道埋深應≥1.5m（從路面至管頂）穿越鐵路必須采用頂管或盾構(gòu)等非開挖技術(shù)套管材料應采用鋼管，壁厚≥8mm鐵路下管道埋深應≥2.0m（從軌面至管頂）穿越河流可采用埋管、架空或定向鉆穿越埋管深度應在沖刷線以下1.0m以上河底管道應增加防護措施及配重塊工業(yè)企業(yè)燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)工廠總管網(wǎng)連接城市管網(wǎng)與廠區(qū)，設(shè)置總調(diào)壓站和計量裝置廠區(qū)管網(wǎng)在廠區(qū)內(nèi)分配燃氣至各車間，通常為環(huán)狀布置車間管網(wǎng)從廠區(qū)管網(wǎng)引入，設(shè)置車間調(diào)壓裝置設(shè)備管網(wǎng)連接各燃氣設(shè)備，配備單獨的調(diào)節(jié)裝置分級意義與必要性工業(yè)企業(yè)燃氣系統(tǒng)分級設(shè)計的主要優(yōu)勢：安全性：多級控制，減少事故影響范圍經(jīng)濟性：根據(jù)不同用氣設(shè)備需求，合理設(shè)定壓力等級靈活性：便于分區(qū)管理和計量，適應生產(chǎn)變化可靠性：提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少故障連鎖反應車間燃氣系統(tǒng)布線原則車間內(nèi)管道宜明裝，布置在非燃燒區(qū)域，且應考慮檢修空間和熱膨脹補償建筑燃氣供應系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)引入管從室外管網(wǎng)引入建筑物的管道，設(shè)置總閥門和地震閥立管垂直輸送燃氣的管道，通常設(shè)置在管道井內(nèi)水平干管在各樓層分配燃氣的水平管道支管連接水平干管與用氣設(shè)備的管道高層及超高層建筑燃氣供應特點與設(shè)計措施分區(qū)供氣：高度超過50m的建筑應分區(qū)供氣，每區(qū)高度不宜超過10層減壓設(shè)計：采用多級減壓，確保各區(qū)域壓力適宜安全裝置：設(shè)置緊急切斷閥、泄漏檢測系統(tǒng)、地震自動切斷裝置管井防火：燃氣立管井應獨立設(shè)置，并采取防火分隔措施材料選擇：高層建筑內(nèi)燃氣管道宜采用焊接鋼管或銅管燃氣管材及附屬設(shè)施常用管材介紹及性能比較管材類型適用壓力優(yōu)點缺點鋼管所有壓力級別強度高，耐高溫易腐蝕，連接工藝復雜PE管≤0.8MPa耐腐蝕，施工便捷不耐高溫，易老化鑄鐵管≤0.4MPa耐腐蝕，使用壽命長脆性大，重量大銅管≤0.2MPa柔性好，耐腐蝕成本高，易被盜不銹鋼管所有壓力級別耐腐蝕，壽命長價格昂貴附屬設(shè)備功能及應用閥門控制燃氣流向和流量，包括截斷閥、調(diào)節(jié)閥、安全閥等過濾器去除燃氣中的固體雜質(zhì)，保護下游設(shè)備計量表測量燃氣使用量，包括膜式表、渦輪表、超聲波表等補償器吸收管道熱脹冷縮引起的變形，減少應力管材選擇應綜合考慮使用條件、壓力等級、環(huán)境因素、經(jīng)濟性和施工便利性等因素。鋼制燃氣管道防腐腐蝕原因分析土壤腐蝕土壤中的水分、氧氣、酸堿成分與金屬接觸形成原電池影響因素：土壤含水量、pH值、電阻率、微生物活性雜散電流腐蝕來自直流電氣化鐵路、電焊機、陰極保護系統(tǒng)等雜散電流流出點成為陽極區(qū)，加速腐蝕應力腐蝕機械應力與腐蝕環(huán)境共同作用常見于彎曲處、焊縫附近防腐方法及施工技術(shù)涂層防護瀝青玻璃纖維防腐層：適用于一般環(huán)境聚乙烯防腐層：耐腐蝕性好，使用壽命長環(huán)氧粉末涂層：附著力強，耐磨損陰極保護犧牲陽極法：利用電位低的金屬（鎂、鋅、鋁）犧牲保護鋼管外加電流法：利用直流電源使管道保持陰極狀態(tài)絕緣法絕緣接頭：切斷電流通路絕緣支架：防止與其他金屬接觸形成電偶防腐施工質(zhì)量控制要點：管道表面處理：除銹等級應達到Sa2.5級環(huán)境條件控制：施工環(huán)境溫度應符合涂料要求涂層厚度控制：按設(shè)計要求嚴格控制厚度電火花檢測：100%檢測涂層完整性鋼管防腐層示意圖鋼管本體輸送介質(zhì)的主體結(jié)構(gòu)，需要全方位防腐保護底漆層環(huán)氧樹脂底漆，增強與鋼管的附著力，厚度約50-100μm中間層環(huán)氧或聚乙烯主防腐層，提供主要防腐功能，厚度約1.8-3.0mm外保護層聚乙烯或聚丙烯外層，提供機械保護和隔離作用，厚度約0.8-1.5mm不同環(huán)境條件下的防腐層選擇：環(huán)境條件推薦防腐層類型設(shè)計使用壽命一般土壤環(huán)境三層PE防腐≥50年強腐蝕性土壤三層PE+陰極保護≥50年穿越河流區(qū)域三層PE+混凝土重力層≥50年高溫管道環(huán)氧煤瀝青防腐≥30年焊縫處是防腐的薄弱環(huán)節(jié)，必須采用與管道本體相同等級的防腐材料進行補口處理。第五章燃氣壓力調(diào)節(jié)與計量調(diào)壓器組成與作用調(diào)壓器主要由以下部分組成：調(diào)節(jié)元件：膜片或活塞，感受出口壓力變化比較元件：彈簧，提供參考力執(zhí)行元件：閥芯與閥座，控制流量傳遞元件：杠桿，傳遞膜片位移至閥芯輔助元件：限壓裝置、過濾器等調(diào)壓器工作原理及類型工作原理：利用出口壓力作用于膜片產(chǎn)生的力與彈簧力平衡，自動調(diào)節(jié)閥門開度，保持出口壓力恒定。按結(jié)構(gòu)分類直接作用式：結(jié)構(gòu)簡單，反應靈敏先導式：適用于大流量、高壓差場合組合式：適用于多級減壓按用途分類工業(yè)用調(diào)壓器：流量大，精度要求低民用調(diào)壓器：流量小，安全性要求高特種調(diào)壓器：用于特殊工藝要求燃氣調(diào)壓站分類及選址規(guī)范按功能分類：一級調(diào)壓站：高壓→中壓，位于城市周邊二級調(diào)壓站：中壓→低壓，位于區(qū)域中心用戶調(diào)壓站：直接為用戶提供所需壓力按結(jié)構(gòu)形式分類：箱式調(diào)壓站：占地小，適用于城區(qū)柜式調(diào)壓站：適用于室內(nèi)安裝撬裝式調(diào)壓站：工廠預制，現(xiàn)場安裝快捷磚混結(jié)構(gòu)站：傳統(tǒng)形式，適用于大型站選址規(guī)范：安全距離：與建筑物保持規(guī)范要求的安全距離交通便利：便于設(shè)備運輸和日常維護避開人口密集區(qū)：降低安全風險避開地質(zhì)災害區(qū)：確保站址穩(wěn)定設(shè)備組成與布置原則主要設(shè)備組成：過濾裝置：清除氣體中的雜質(zhì)加熱裝置：防止節(jié)流降溫結(jié)冰調(diào)壓裝置：實現(xiàn)壓力轉(zhuǎn)換計量裝置：測量燃氣流量安全裝置：切斷閥、放散閥等監(jiān)控系統(tǒng)：實時監(jiān)測運行狀態(tài)布置原則：流程順暢：按氣體流向合理布置設(shè)備分區(qū)明確：高、中、低壓區(qū)域明確分開操作便利：留有足夠操作和檢修空間雙路系統(tǒng)：重要站點采用雙路并聯(lián)系統(tǒng)安全出口：設(shè)置多個緊急出口第六章燃氣儲存設(shè)施儲氣功能調(diào)峰：平衡供需波動應急：保障供氣安全經(jīng)濟：優(yōu)化運行成本儲氣分類按壓力：高、中、低壓儲氣按形式：干式、濕式儲氣按氣態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)儲存容量確定日調(diào)峰：12-24小時用量季節(jié)調(diào)峰：數(shù)月用量差應急備用：3-7天用量安全要求防爆設(shè)計泄壓裝置監(jiān)測系統(tǒng)消防設(shè)施低壓濕式罐與干式罐結(jié)構(gòu)及工作原理濕式儲氣柜由水槽和可升降的儲氣鐘組成，儲氣鐘隨氣量變化升降，利用水作為密封介質(zhì)。特點：密封性好，壓力穩(wěn)定，但占地大，建設(shè)成本高，冬季需防凍。干式儲氣柜由可伸縮的活塞或膜片構(gòu)成密封空間，無需水封。特點：占地小，不受氣候影響，但密封要求高，維護成本較大。高壓儲氣罐及儲配站高壓罐特點與構(gòu)造工作壓力：通常為0.8-4.0MPa形狀：球形或臥式圓筒形材料：優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼，符合壓力容器標準設(shè)計壽命：一般為20-30年主要構(gòu)造：殼體：承受內(nèi)部壓力的主體結(jié)構(gòu)人孔：便于內(nèi)部檢查和維修支座：支撐罐體，傳遞載荷接管：氣體進出口、儀表接口等安全裝置：安全閥、爆破片等典型參數(shù)：球罐直徑：5-20m臥罐尺寸：直徑1-3m，長度5-20m單罐容積：50-3000m3儲配站工藝流程及主要設(shè)備工藝流程：氣源→過濾→計量→壓縮→冷卻→儲存儲存→減壓→加熱→調(diào)壓→計量→輸出主要設(shè)備：壓縮機組將燃氣壓縮至儲存壓力，通常為往復式或螺桿式冷卻系統(tǒng)降低壓縮氣體溫度，通常為風冷或水冷干燥裝置去除氣體中的水分，防止腐蝕和水合物形成調(diào)壓裝置將高壓氣體減壓至用戶所需壓力天然氣液化與地下儲存液化天然氣(LNG)工藝及儲罐液化原理：將天然氣冷卻至-162℃左右，體積縮小約600倍液化工藝：預處理→壓縮→冷卻→膨脹→液化→儲存儲罐類型：單層罐：小型應用，容積小于50m3雙層罐：中型應用，夾層真空絕熱全防罐：大型應用，多層絕熱，容積可達20萬m3安全系統(tǒng)：泄壓裝置、液位監(jiān)測、溫度監(jiān)控、泄漏檢測地下儲氣原理及鹽礦層儲氣特點枯竭氣田儲氣利用已開采完畢的天然氣田進行儲氣，容量大、成本低，但地質(zhì)條件受限含水層儲氣將天然氣注入地下含水層，利用地層封閉性儲存，選址靈活但泄漏風險高鹽穴儲氣在地下鹽層中溶解形成空腔儲存氣體，具有良好密封性、高注采速率，成本適中廢棄礦井儲氣利用廢棄煤礦或其他礦井儲氣，改造成本低但密封性能差燃氣安全管理與應急措施燃氣泄漏檢測與加臭安全泄漏檢測技術(shù)巡檢檢測：利用便攜式檢測儀器定期巡檢固