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1、1,第二章 城市燃气需用量及供需平衡,城市燃气需用量（年用气量）燃气需用工况 燃气输配系统的小时计算流量 燃气输配系统的供需平衡,2,第一节 城市燃气需用量,主要取决于用户的类型、数量及用气量指标,在进行城市燃气管网系统的设计时，首先要确定城市燃气需用量，即各类用户的年用气量，也是管网系统所承担的输气负荷。年用气量是确定气源、管网和设备燃气通过能力的依据。,3,一、供气对象及供气原则,（一）供气对象(现实的和潜在的燃气用户)居民生活用气：基本对象，保证连续稳定供气公共建筑用气：主要包括职工食堂、饭店、机关、学校、托儿所、医院等；是与城市居民生活密切相关的一类用户，也是城市燃气供气的重要对象；工
2、业企业生产用气：,城市燃气是现代化城市的通用能源，凡是具备使用燃气条件的用户原则上都属于城市燃气化企业的供气对象。工程设计中，供气对象一般按用户的特点分类。按照用户的特点，城市燃气一般用于下列几个方面：,4,采暖通风和空调用气量（气源充足情况下，可酌情纳入）；燃气汽车用气量（仅指以天然气和液化石油气为气源时才考虑纳入）；以上也称为狭义的供气对象。,广义上还包括：集中发电动力用气量作为原料的化工用气量,各种用户的燃气设计用气量，应根据燃气发展规划和用气量指标确定。,燃气在全国范围内的普及，会相应地引起城市能源结构和燃气用户结构发生变化。城市能源结构：天然气的供应会推动煤、电、气等能源供应的增加和
3、相互替代。比如燃气代替煤、油、用于发电，又会被电代替。燃气用户结构：由原来以居民生活用气为主，变为以工业、采暖、空调、汽车用气以及发电动力用气为主。另外，居民生活方式发生变化，生活水平提高、热水用量增加，外购成品食品比例加大和更多地外出餐饮、娱乐等都会影响到燃气需用情况的改变。,5,1)民用用气供气原则优先满足城镇居民炊事和生活用热水的用气；尽量满足幼托、医院、科研、旅馆、食堂等公共建筑的用气；人工煤气一般不供应锅炉用气，若天然气气量充足，可发展燃气采暖和空调，但要拥有调节季节不均匀用气的手段。,大原则：符合国家能源政策和产业政策；提高热效率，节约能源；优先供应城镇居民生活用气；有利于减少环境
4、污染；有利于节约劳动力和城市运输量。,（二）供气原则,6,2)工业用气供气原则优先满足工艺上必须使用燃气，自建煤气发生站又不经济的工业企业用气；使用燃气后可提高产品质量，改善劳动条件和生产条件的，可考虑供应燃气；使用燃气后能显著减轻大气污染的工业企业；作为缓冲用户的工业企业。,7,城市燃气负荷的不均匀性很显著，而民用燃气的负荷变化更为显著。根据上海城市燃气负荷的情况，居民生活用气年平均用量仅1.46米3/（户.日），而冬季高峰期的用量为2.12.2米3/（户.日），春节期间达4米3/（户.日）以上。而工业用户三班制较多，属连续性用气，日平均用气时间达20小时，周分日的差异也在5%以内，季节波动
5、也小。,3、工业和民用供气的比例,用气量分配应兼顾工业和民用。正常情况下，工业和民用供气量应有一定的比例。比例确定既要从城市的燃气供应和需要的具体情况出发，也要考虑发展一定数量的工业负荷。因为工业企业具有用气比较均匀的特点，它在城市用气量中占有一定比例，将有利于平衡城市燃气使用的不均匀性。,8,9,二、各类用户的用气量指标,又称为用气定额 一般均以耗热量计算，再按燃气的发热量换算成燃气量 一般是根据经验数据及统计资料加上设计人员对燃气用气情况的发展趋势的设想进行估算，因此比较粗略，一般只用于规划。,10,1、居民生活用气量指标,定义：每人每年消耗的燃气热量（单位：MJ/(人.年）,影响因素：住
6、宅内燃气用具的配置情况，公共生活服务网的发展程度，居民的生活水平和生活习惯，地区的气象条件，燃气价格，住宅内有无集中采暖设备和热水供应设备等,11,城镇居民生活用气量指标 MJ/人.年（104kcal/人.年）,1.表中的用气标准为每户装一个燃气表，用途为炊事和烧热水，不适用于瓶装液化石油气用户。2.“采暖”是指非燃气采暖。3.燃气热值按低热值计算。,根据调研表明，居民用户用气量指标增长是非常缓慢的，平均每年的增长率小于1%；况且，随着公共生活服务网的发展以及燃具的改进，加上某些家电器具对燃气具的替代，居民生活用气量也可能下降。因而在取用用气量指标时，不必对今后发展考虑过多而过多加大用气量指标
7、。,12,、公共建筑用气量指标,影响因素：用气设备的性能、热效率，加工食品的方式，地区的气候条件等。,公共建筑用气量指标应根据当地公共建筑用气量的统计数据分析确定，当缺乏用气量的实际统计资料时，可根据当地的实际燃料消耗量、生活习惯、燃气价格、气候条件等具体情况按下表确定。,13,1.职工食堂的用气量指标包括做副食和热水在内。2.燃气热值按低热值计算。,14,3、工业企业生产的用气量指标,可根据实际的燃料消耗量折算或按同行业的用气量指标分析确定。单位：MJ/吨。,定义：工业企业生产某种单位产品所需的热量，与企业的产品名称及加热设备有关。,15,16,4、采暖和空调用气量指标,可按国家现行标准城市
8、热力网设计规范CJJ34或当地建筑物耗热量指标确定。单位：kJ/m2.h；、燃气汽车用气量指标与汽车种类、车型和单位时间运行里程有关。,17,当缺乏燃气的用气定额时，可按照热值相等的原则，将其他燃料的用量折算成燃气的消耗量。这时应考虑不同燃料的热效率。,18,三、城市燃气年用气量计算,1居民生活年用气量（单位：Nm3/年）,式中：Qy1-居民生活年用气量，Nm3/年；N-居民总人口数，人；K-气化率，；q-居民生活用气量指标，KJ/(人.年)；Hl-燃气低热值，kJ/Nm3。,分别计算各类用户的年用气量，各类用户年用气量之和为城市年用气量。,居民用气人数取决于城市居民人口数及气化率气化率是指城
9、市居民使用燃气的人口数占总人口数的百分数。,19,2公共建筑年用气量,公共建筑的种类很多，如医院、旅馆托儿所等，不同种类公建的用气量指标不同。在计算其年用气量时，首先要确定各类用户的用气量指标（一般根据表格选取）、还需要知道各类用户的用气人数。,各类用户用气人数：取决于城市居民人口数和公共建筑设施标准。公共建筑设施标准：1000居民中入托儿所的人数，为1000居民设置的旅馆床位数等等。,20,例如：城市人口：100万，入托150人/1000，旅馆：8床位/1000人入托人口：100 10000 150/1000 入托人口的年用气量：入托人口 q/Hl旅馆总床位数：100 10000 8/100
10、0旅馆的年用气量：床位数 q/Hl那么公共建筑年用气量应该等于各类公共建筑年用气量之和。,式中：Qy2-公共建筑年用气量，Nm3/年；N-居民人口数，人；M-各类用气人数占总人口的比例数；q-各类公共建筑用气量指标，KJ/(人.年)；Hl-燃气低热值，kJ/Nm3。,21,上海地区各种公共建筑的设施标准,22,3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，在城市新建燃气管网规划阶段很难对工业用户的用气量进行精确计算，一般只进行粗略估算。,估算方法大致有以下两种：1)在有条件时可利用各种工业产品的用气量指标及其年产量来计算；2)在缺乏产品用气量指标资料的情况下，通常是将工业
11、企业其他燃料的年用量，折算成用气量，在折算中应考虑燃煤及其他燃料和烧燃气的热效率不同，其折算公式如下：,23,式中：Qy3-工业企业年用气量，Nm3/年；Gy-其他燃料年用量，吨/年；-其他燃料的低热值，kJ/kg；-燃气的低热值，kJ/Nm3；-其他燃料燃烧设备热效率，；-燃气燃烧设备热效率，；,24,4建筑物采暖年用气量,与建筑面积、耗热指标和采暖期长短有关，由于各地冬季采暖计算温度不同，因此各地区的q不相同，其值可由采暖通风设计手册查得，一般由实测决定。,式中：Qy4-采暖年用气量，Nm3/年；q-建筑物耗热指标，kJ/m2.h；F-使用建筑物采暖的建筑面积，m2；-燃气的低热值，kJ/
12、Nm3；-采暖系统热效率，；n-采暖负荷最大利用小时数，h。,25,采暖负荷最大利用小时数n可按下式计算：式中：n-采暖负荷最大利用小时数，h；n1-采暖期，h；t1-采暖室内计算温度，摄氏度；t3-采暖室外计算温度，摄氏度；t2-采暖期室外平均气温，摄氏度；,26,5.燃气汽车用气量,依据：加气站数量、等级燃气日销售量年用气量例子：压缩天然气一级加气站给公交车加气平均每辆车50L/瓶计算，日加气车次为200300辆日销售量年用气量,27,6未预见量,城市年用气量中还应计入未预见量，主要是指管网的燃气漏损量和发展过程中未预见的供气量。一般未预见量按总用气量的5计算。,年用气量：,28,第二节
13、城市燃气的用气工况,城市各类燃气用户的用气情况是不均匀的，是随月、日、时而变化的，这是城市燃气输配工程中必须考虑的一个特点 用气不均匀性可以分为三种：即月不均匀性（或季节不均匀性）、日不均匀性和时不均匀性。城市燃气需用工况与各类燃气用户及各类用户在总用气量中所占比例有关。,用气工况是一种时间过程，即用气量随时间的变化。,29,一、月用气工况,居民月用气不均匀性的主要影响因素是气候条件。公共建筑用气的月不均匀规律及影响因素，与各类用户的性质有关，但与居民生活用气的不均匀情况基本相同。工业企业用气的月用气量较为稳定，其不均匀规律主要取决于生产工艺的性质。建筑物采暖的用气工况与城市所在地区的气候有关
14、。计算时需要知道该地区月平均气温和采暖期的资料。,1、不同用户的月用气工况特点：,30,对各种类型用户，月用气量具有明显的年周期性，这主要由于气候变化的年周期性所致，也与社会生活的年周期性有关。对于尚处于发展阶段的城市燃气系统，其月用气的变化会强烈地受到用户数量增长的影响。因此，月用气量的周期性是相对于城市燃气发展已趋于成熟状态而言。,31,2、表示方法,月不均匀系数,反应一年中，月与月之间用气量不平衡。,月高峰系数,月不均匀系数的最大值,计算月,32,居民生活用气不均匀性,33,根据各类用户的年用气量及月需用工况，可编制年用气图表可制定供气计划各月如何供气确定给缓冲用户的供气能力和所需的储气
15、设施季节性储气 安排管网及设备的维护、修理计划,34,二、日用气工况,居民生活习惯 工业企业工作和休息制度 室外气温变化,1月（周）内日用气波动,居民生活和公共建筑日用气工况主要取决于居民生活习惯，具有周周期性。,工业企业和采暖用气量日不均匀系数按均衡用气考虑。,35,日不均匀系数,一个月（或一周）中，日用气量的变化情况,日高峰系数,日不均匀系数的最大值,计算日,36,三、小时用气工况,燃气管网系统管径及设备（包括储气罐的设置），均按计算月小时最大流量确定。只有掌握了可靠的小时用气波动的数据，才能确定该流量。一日之中小时用气工况的变化图对燃气管网的运行，以及计算平衡时不均匀性所需储气容积都很重
16、要。,1、不同用户的小时用气工况特点：城市中各类用户的小时用气工况均不相同，居民生活和公共建筑用户的用气不均匀性最为显著。每日有早、午、晚三个用气高峰。工业企业用户小时用气与生产班制有关，生产时段内波动很小。对于采暖用户，如为连续采暖，小时用气波动较小。若为间歇采暖，小时用气波动较大。,37,小时不均匀系数,一日中小时用气量的变化情况,小时高峰系数,小时不均匀系数的最大值,例：居民和公建小时最大用气量占日用气量的11.27%，计算小时高峰系数。,38,第三节 燃气输配系统的小时计算流量,不均匀系数法,同时工作系数法,确定燃气管网小时计算流量的方法,小范围的居民生活用气(一般在2000户以内)，
17、尤其是燃气支管、庭院管道及室内燃气管道。,整个城镇全体居民生活用气（居民、公建、工业）；城市燃气分配管道。,城市燃气输配系统的管径、设备的通过能力和储存设施容积不能直接用燃气的年用气量来确定，而应按计算月的小时最大流量来计算。小时计算流量的确定，关系着燃气输配系统的经济性和可靠性。,39,一、城市燃气分配管道的计算流量,确定方法：不均匀系数法 供气量最大利用小时数1、不均匀系数法由年用气量和用气不均匀系数求得。,是分配管道所供应的各类用户燃气小时用气量变化叠加得到的小时用气量之和中的最大值。,对于只有居民和公共建筑用气的燃气输配系统：,40,Q-燃气管道计算流量，Nm3/h；Qy-年用气量，N
18、m3/年；K1max-月高峰系数K2max-日高峰系数 K3max-小时高峰系数,计算公式：,41,对高峰系数的说明,应根据城市用气量的实际统计资料确定。新建城镇：K1max=1.11.3；K2max=1.051.2；K3max=2.23.2(当供气户数多时，取低限值；总户数少于1500户时，可取K3max=3.34.0),42,计算公式：,所谓供气量最大利用小时数就是假设把全年8760（24365）所使用的燃气总量，按一年中最大小时用量连续大量使用所能延续的小时数。,2、供气量最大利用小时数,43,供气量最大小时数与不均匀系数间的关系为：n=8764/(K1max K2max K3max)可
19、见，不均匀系数越大，则供气量最大利用小时数越小。,式中：Q燃气管道计算流量，Nm3/h；Qy年用气量，Nm3/a；n供气量最大利用小时数，h/a。,44,居民及公共建筑供气量最大利用小时数随城市人口的多少而异，城市人口越多，用气量比较均匀，则最大利用小时数较大。目前我国尚无n值的统计数据，下表仅供参考。,45,二、室内、庭院及支管的计算流量,确定方法:同时工作系数法，即按燃气灶具的额定耗气量和同时工作系数K0来确定。同时工作系数K0：反映燃气用具集中使用的程度，与用户的生活规律、燃气具的种类、数量等因素有关。,.,Qn,Qn,Q,46,计算公式Q-室内及庭院燃气管道的计算流量，Nm3/h；Kt
20、不同类型用户的同时工作系数；当缺乏资料时，Kt=1；K0-相同燃具或相同组合燃具的同时工作系数，居民生活用燃具可查规范得到，公共建筑和工业用燃具可按加热工艺要求确定；N-相同燃具或相同组合燃具数；Qn-相同燃具或相同组合燃具的额定流量，Nm3/h。,47,居民用燃气双眼灶的同时工作系数,所有双眼灶不可能在同一时间使用，所以实际上燃气小时计算流量小于所有双眼灶额定流量的总和。各种不同工况的燃气用具的同时工作系数是不同的，燃气用具越多，则燃气用具同时工作的可能性就越小，系数也越小。该系数还随燃具类型而异。具体其他类型燃具的同时工作系数可由相应的手册查得。,48,不同燃气具同时工作系数,49,不同燃
21、气具同时工作系数,50,例1 小时计算流量确定,某居住区共有居民2500户，每户居民按口计算已知低热值17074kJ/m3居民用气量指标2800MJ/人年系数自己确定,计算从中低压调压站至小区庭院管入口管线小时计算用气量。,51,例2 小时计算流量确定,某楼居民40户，其中户装了燃气热水器，其中：双眼灶热负荷23450kJ/h热水器热负荷25590kJ/h煤气低热值17074kJ/m3,计算该楼供气管道的小时计算用量,52,1000,200,500,200,100,？,例3 思考题,在应用同时工作系数确定燃气支管的计算流量时，局部性燃气管道的节点各管段计算流量之间不满足流量的连续性。,53,第
22、四节 燃气输配系统的供需平衡,供需平衡方法储气容积的计算,54,一、供需平衡的方法,燃气生产用户,燃气的生产，即气源,燃气消费者（或燃气用户）,中间环节，比如管网、储罐以及其它设备,55,1、改变燃气生产能力,天然气：距离产地不远，调节气井数直接调整，可平衡部分月不均匀用气。人工燃气：调节气源的生产能力，对炉子运行参数进行调整；设置机动气源：利用油制气、发生炉煤气、液化石油气充当机动气源。可用来调节月、日、甚至小时不均匀用气。,56,2、利用缓冲用户发挥调度作用,大型的工业企业、锅炉房可作为城市燃气供应的缓冲用户；夏季烧气冬季烧煤，平衡季节不平衡，及部分日不平衡；调整企业作息时间平衡日不平衡及
23、小时不平衡；,57,3、利用储气设施,1)地下储气：用来平衡季节不均匀用气2)低温液态储存：适于调节各种不均匀用气。3)高压管束储气及长输干管末段储气：用于平衡耗气小时不均匀性。4)用储气罐储气：储气罐只能用来平衡日及小时不均匀用气。,58,指满足周调峰和日调峰所需的储气容积。,二、储气容积的计算,日调峰储气容积计算如果气源产量能够根据需用量改变一周内各天的生产工况时，储气容积以计算月最大日燃气供需平衡要求确定。,根据计算月燃气消耗的日或周不均衡工况计算储气容积,日调峰储气容积,周调峰储气容积,59,周调峰储气容积计算如果气源产量不能够根据需用量改变一周内各天的生产工况时，应按计算月平均周的燃
24、气供需平衡要求确定。,根据工业与民用用气量的比例确定所需储气容积。,60,1.储气容积的计算步骤,计算小时平均供气量；计算燃气供应量的累计值；计算小时用气量；计算用气量的累计值；燃气供应量与用气量的累计值之差，即为每小时末燃气的储存量根据计算出的最高与最低储气量绝对值之和得出所需储气容积。,已知：计算月平均周用气量，日不均匀系数及小时不均匀系数，以计算周调峰储气容积。计算月最大日用气量及小时不均匀系数，以计算日调峰储气容积。,61,举 例,已知某城镇计算月最大日用气量为2800000m3/d，气源在一天内连续均匀供气。每小时用气量占日用气量的百分数见下表，试确定所需的储气容积。,62,1、气源
25、按计算月最大日平均小时供气量均匀供气，设每日气源供气量为100，则每小时平均供气量为100/24=4.17；2、计算日或周的燃气供应量的累计值；3、计算日或周的用气量的累计值；4、燃气供应量与用气量累计值之差，即为每小时末燃气的储存量5、根据计算出的最高与最低储气量绝对值之和得出所需储气容积。,63,最高储存量占用气量的百分数：13.70 最低储存量占用气量的百分数：-4.02 所需储气容积为:2800000(13.70+4.02)%=496160m3。,64,储气容积还可以从用气累计量与供气累计量曲线相比较而确定。平心线之间的高差就是储气罐的储气容积,一周小时数,从开始供气起的燃气累计量,6
26、5,2.根据工业、民用用气量的比例确定所需储气容积,根据工业与民用用气量的比例估算所需储气量参考下表。,66,3.储气罐几何容积的确定,式中：Vc-储气罐的几何容积，m3；V-所需储气容积，m3；-储气罐的活动率，取0.750.85。,低压储气罐,67,式中：Vc-储气罐的几何容积，m3；V-所需储气容积，m3；P1-储气罐最高工作压力(105 Pa)；P2-储气罐最低工作压力(105 Pa)。Z1，Z2P1，P2下的压缩因子。P0-基准压力，0.101325MPa。,高压储气罐,68,作业：请按下列条件计算平衡一周所需的理论储气容积和小时计算流量。,1、已知某城市人口100万，居民气化率为9
27、0%；2、天然气低热值为33440KJ/Nm3；3、居民生活用气指标参照教材表2-1自己选取。4、公共建筑用户包括：医院：8床位/1000人饮食业：20座位/1000人托儿所幼儿园占居民的15%，80%入托，20%入全托，80%入半托。5、工业年用气量占居民和公共建筑年用气量的20%，其中每天内三班制占日用气量的40%，两班制占日用气量的30%，一班制占日用气量的30%。,69,6、居民及公共建筑的月用气不均匀系数：1月：1.24；2月：1.21；3月：1.14；4月：1.10；5月：0.95；6月：0.77；7月：0.76；8月：0.81；9月：0.83；10月：1.04；11月：1.13；12月：1.02；,7、居民及公共建筑的日用气不均匀系数：星期一：0.94；星期二：0.84；星期三：0.87；星期四：0.91；星期五：1.03；星期六：1.16；星期日：1.25,8、居民及公共用户的小时不均匀系数按课本上表2-3选取。9、工业企业用气的不均匀性：,班制 工作时间 一般制 816 二班制 622 三班制 024,
