燃气输配工程教学课件

燃气输配工程建筑环境与设备工程专业核心课程主讲祝贺课程导入第一章燃气的分类及性质燃气种类多样，其物理化学性质决定了输配系统的设计参数与运行特点深入理解燃气特性是进行安全有效设计的基础燃气分类燃气性质了解各类燃气的来源与基本特征掌握物理化学特性及其对系统设计的影响质量要求安全管理熟悉国家标准与行业规范燃气的分类按气源分类•天然气地下天然形成的可燃气体混合物•人工燃气煤制气、焦炉气等人工加工生产•液化石油气石油炼制副产品，主要成分为丙烷、丁烷•生物制气利用沼气池发酵有机物产生的甲烷按燃烧特性分类华白指数（Wobbe Index）是衡量燃气互换性的重要指标计算公式W_s=\frac{Q_s}{\sqrt{d}}，其中W_s华白指数Q_s燃气热值燃气的基本性质物理性质水化物形成及防治•密度大多数燃气轻于空气，相对密度

1.0水化物是天然气输送过程中常见的危害•热值燃气完全燃烧释放的热量，单位为MJ/m³•形成条件低温高压环境下，天然气中的水分与甲烷等烃类化合物结合•爆炸极限燃气与空气混合物能够发生爆炸的浓度范围•危害堵塞管道、阀门，降低输送效率，甚至导致设备损坏•燃点燃气被点燃所需的最低温度•防治措施脱水干燥、加注甲醇等水合物抑制剂、保温、控制压力•火焰传播速度影响燃气燃烧稳定性的重要参数危害表现监测检测预防措施消除与处置城镇燃气质量要求主要杂质及允许含量加臭目的与方法•硫化物总硫含量≤100mg/m³，H₂S≤20mg/m³燃气本身无色无味，为安全考虑必须进行加臭•水分含量干燥点≤-10℃（标准状态）•目的便于及时发现泄漏，防止事故发生•焦油≤

0.05g/m³•要求臭味浓度达到1%体积比燃气浓度时能被嗅觉察觉•灰尘≤

0.01g/m³•常用加臭剂四氢噻吩THT、乙硫醇、叔丁硫醇等•氧气≤

0.5%（体积比）•加臭量通常为5-20mg/m³质量控制意义燃气爆炸极限示意图爆炸极限是指燃气与空气混合物能够发生爆炸的浓度范围5%15%2%甲烷下限甲烷上限液化石油气下限低于此浓度混合气不足以超过此浓度氧气不足以支比天然气更易达到爆炸条支持燃烧持完全燃烧件了解各类燃气的爆炸极限对于设计安全的输配系统至关重要系统设计必须确保在正常运行条件下不会形成爆炸性混合物，并建立有效的泄漏检测机制第二章城镇燃气需用量及供需平衡精确计算燃气需用量是合理设计输配系统的基础，而供需平衡策略则确保系统安全可靠运行居民用户工业用户商业用户煮饭、热水、采暖需求，受生活习惯及季节生产工艺需求，用气量大且相对稳定餐饮、服务业等，用气高峰与营业时间相关影响大燃气需用工况分析不均匀性系数不同时间尺度下的燃气用量变化用不均匀系数表示月不均匀系数K_{月}=\frac{Q_{月最大}}{Q_{月平均}}日不均匀系数K_{日}=\frac{Q_{日最大}}{Q_{日平均}}时不均匀系数K_{时}=\frac{Q_{时最大}}{Q_{时平均}}居民用气工业用气商业用气不同用户日内用气量变化曲线不均匀性对管网的影响•高峰期容量需求决定管网设计参数•昼夜波动影响调峰设施规模•季节性变化要求合理配置储气能力燃气小时计算流量居民用户工业用户公建用户计算方法按人口密度与人均用气量计算方法按产品单耗或热平衡计算方法按建筑面积或热负荷其中，N为居民人数，q人为人均年用气量其中，M为产品产量，q产为单位产品用气量其中，A为建筑面积，q面为单位面积用气量小时计算流量是燃气输配系统设计的基础参数，直接决定管径选择、压力等级和调压设备规格供需平衡调节方法燃气供需平衡调节是保障系统安全稳定运行的关键策略储气设施调节压力调节•地下储气库季节性调节•管网压力浮动调节•高压储气球罐日内调节•有效利用管网自身容积•低压储气柜小时调节•适用于短时间小幅度波动用户互济调节•可中断用户优先调整•工商业与民用之间平衡•建立完善的应急预案储气容积确定原则其中，Q高峰为高峰期流量，t为调节时间，α为安全系数第三章长距离输送系统长距离输气管道是连接气源与城市配气系统的关键环节，其设计与运行直接影响下游用户的供气安全0102起点站（气源站）线路压气站完成气体净化、计量、加压等工序，为长途运输做准备补偿管输过程中的压力损失，通常每100-200km设置一座输气管线材料与敷设常用管材特性敷设注意事项•埋深主干管≥

1.2m，次干管≥

1.0m，支管≥

0.8m•间距与建筑物基础≥

0.5m，与其他管线≥

0.3m•管道标识设置明显标志，包括警示带、标识桩钢管•阴极保护钢管必须采取有效防腐和阴极保护措施强度高，适用于高压输送；需防腐处理；焊接连接•穿越处理道路、铁路、河流等穿越处采用套管保护•伸缩补偿考虑温度变化引起的管道伸缩，设置补偿器聚乙烯管耐腐蚀，柔韧性好；适用于中低压；热熔连接玻璃钢管轻质高强，耐腐蚀；安装便捷；适用于特殊场景长输管道施工必须严格执行《城镇燃气设计规范》GB50028和《输气管道工程设计规范》GB50251等相关标准加臭剂及加臭装置常用加臭剂特点加臭装置工作流程四氢噻吩THT气味稳定，不易被管道吸附，价格较高乙硫醇EM臭味强烈，添加量小，易被金属吸附叔丁硫醇TBM臭味持久，价格适中，常与其他加臭剂混合使用二甲基硫DMS臭味适中，易于挥发，价格相对低廉选择原则•臭味特征明显，易于识别•在低浓度下已有足够臭味•化学性质稳定，不易发生氧化或聚合•不腐蚀管道和设备材料长输管线示意图123起点站关键设备线路关键设施终点站功能设施•分离器去除气体中的液态杂质•阀室每10-30km设置一座，用于分段•接收清管装置接收从起点发出的清管器控制•过滤器去除固体杂质•清管装置定期清除管道内沉积物•调压设备将高压气体降至城市使用压力•计量设备测量输送气量•监控系统实时监测管道运行状态•压缩机提供输送动力•加臭装置为无味天然气添加特殊气味•阴极保护站防止管道腐蚀•流量控制系统根据用户需求调节供气量第四章城镇燃气输配系统组成调压站接收站输配管网用户设施燃气储配站与调压室储配站作用及设备调压室的调压原理与设备组成•调峰作用平衡燃气供需波动，保障系统平稳运行•应急备用在气源中断时提供临时供应•经济平衡利用峰谷气价差，降低运营成本主要设备•储气设施高压储气球、低压储气柜等•压缩机组增加气体压力，用于储存•冷却系统降低压缩气体温度•控制系统自动化监控调度调压原理利用弹簧力与膜片两侧压差平衡，自动调节阀门开度，保持出口压力恒定城市燃气管网分类及选择管道分类及压力级制高压管网中压管网低压管网A级

1.6MPa＜P≤

4.0MPa A级

0.2MPa＜P≤

0.4MPa P≤

0.01MPaB级

0.8MPa＜P≤

1.6MPa B级

0.01MPa＜P≤

0.2MPa直接供应居民和小型商业用户C级

0.4MPa＜P≤

0.8MPa连接高压与低压，供应大型用户主要连接气源站与区域调压站不同压力级制的设计意义安全性适应性经济性灵活性城镇燃气管道布线原则布线依据•城市总体规划与道路规划•用户分布与用气负荷•地形地貌与地质条件•与其他管线协调•经济性与安全性综合考量穿越障碍物的技术措施穿越公路穿越铁路采用套管保护，套管直径应比燃气管道直径大必须采用顶管或盾构等非开挖技术200mm以上套管材料应采用钢管，壁厚≥8mm套管两端应设置检漏井，便于检测泄漏铁路下管道埋深应≥

2.0m（从轨面至管顶）公路下管道埋深应≥

1.5m（从路面至管顶）穿越河流可采用埋管、架空或定向钻穿越埋管深度应在冲刷线以下

1.0m以上河底管道应增加防护措施及配重块工业企业燃气管网系统工厂总管网连接城市管网与厂区，设置总调压站和计量装置厂区管网在厂区内分配燃气至各车间，通常为环状布置车间管网从厂区管网引入，设置车间调压装置设备管网连接各燃气设备，配备单独的调节装置分级意义与必要性工业企业燃气系统分级设计的主要优势•安全性多级控制，减少事故影响范围•经济性根据不同用气设备需求，合理设定压力等级•灵活性便于分区管理和计量，适应生产变化•可靠性提高系统稳定性，减少故障连锁反应车间燃气系统布线原则车间内管道宜明装，布置在非燃烧区域，且应考虑检修空间和热膨胀补偿建筑燃气供应系统组成结构引入管从室外管网引入建筑物的管道，设置总阀门和地震阀立管垂直输送燃气的管道，通常设置在管道井内水平干管在各楼层分配燃气的水平管道支管连接水平干管与用气设备的管道高层及超高层建筑燃气供应特点与设计措施•分区供气高度超过50m的建筑应分区供气，每区高度不宜超过10层•减压设计采用多级减压，确保各区域压力适宜•安全装置设置紧急切断阀、泄漏检测系统、地震自动切断装置•管井防火燃气立管井应独立设置，并采取防火分隔措施•材料选择高层建筑内燃气管道宜采用焊接钢管或铜管燃气管材及附属设施常用管材介绍及性能比较附属设备功能及应用阀门管材类型适用压力优点缺点控制燃气流向和流量，包括截断阀、调节阀、安全阀等钢管所有压力级别强度高，耐高易腐蚀，连接温工艺复杂过滤器PE管≤

0.8MPa耐腐蚀，施工不耐高温，易便捷老化去除燃气中的固体杂质，保护下游设备铸铁管≤

0.4MPa耐腐蚀，使用脆性大，重量寿命长大计量表铜管≤

0.2MPa柔性好，耐腐成本高，易被测量燃气使用量，包括膜式表、涡轮表、超声波表等蚀盗补偿器不锈钢管所有压力级别耐腐蚀，寿命价格昂贵长吸收管道热胀冷缩引起的变形，减少应力管材选择应综合考虑使用条件、压力等级、环境因素、经济性和施工便利性等因素钢制燃气管道防腐腐蚀原因分析防腐方法及施工技术

1.涂层防护土壤腐蚀•沥青玻璃纤维防腐层适用于一般环境土壤中的水分、氧气、酸碱成分与金属接触形成原电池•聚乙烯防腐层耐腐蚀性好，使用寿命长•环氧粉末涂层附着力强，耐磨损影响因素土壤含水量、pH值、电阻率、微生物活性

2.阴极保护•牺牲阳极法利用电位低的金属（镁、锌、铝）牺牲保护钢管杂散电流腐蚀•外加电流法利用直流电源使管道保持阴极状态来自直流电气化铁路、电焊机、阴极保护系统等

3.绝缘法•绝缘接头切断电流通路杂散电流流出点成为阳极区，加速腐蚀•绝缘支架防止与其他金属接触形成电偶应力腐蚀机械应力与腐蚀环境共同作用常见于弯曲处、焊缝附近防腐施工质量控制要点•管道表面处理除锈等级应达到Sa

2.5级•环境条件控制施工环境温度应符合涂料要求•涂层厚度控制按设计要求严格控制厚度•电火花检测100%检测涂层完整性钢管防腐层示意图钢管本体底漆层输送介质的主体结构，需要全方位防腐保护环氧树脂底漆，增强与钢管的附着力，厚度约50-100μm中间层外保护层环氧或聚乙烯主防腐层，提供主要防腐功能，厚度约

1.8-

3.0mm聚乙烯或聚丙烯外层，提供机械保护和隔离作用，厚度约

0.8-

1.5mm不同环境条件下的防腐层选择环境条件推荐防腐层类型设计使用寿命一般土壤环境三层PE防腐≥50年强腐蚀性土壤三层PE+阴极保护≥50年穿越河流区域三层PE+混凝土重力层≥50年高温管道环氧煤沥青防腐≥30年焊缝处是防腐的薄弱环节，必须采用与管道本体相同等级的防腐材料进行补口处理第五章燃气压力调节与计量调压器组成与作用调压器工作原理及类型工作原理利用出口压力作用于膜片产生的力与弹簧力平衡，自动调节阀门开度，保持出口压力恒定按结构分类•直接作用式结构简单，反应灵敏•先导式适用于大流量、高压差场合•组合式适用于多级减压按用途分类•工业用调压器流量大，精度要求低•民用调压器流量小，安全性要求高•特种调压器用于特殊工艺要求调压器主要由以下部分组成

1.调节元件膜片或活塞，感受出口压力变化

2.比较元件弹簧，提供参考力

3.执行元件阀芯与阀座，控制流量

4.传递元件杠杆，传递膜片位移至阀芯燃气调压站分类及选址规范设备组成与布置原则按功能分类•一级调压站高压→中压，位于城市周边•二级调压站中压→低压，位于区域中心•用户调压站直接为用户提供所需压力按结构形式分类•箱式调压站占地小，适用于城区•柜式调压站适用于室内安装•撬装式调压站工厂预制，现场安装快捷•砖混结构站传统形式，适用于大型站选址规范•安全距离与建筑物保持规范要求的安全距离•交通便利便于设备运输和日常维护•避开人口密集区降低安全风险•避开地质灾害区确保站址稳定主要设备组成第六章燃气储存设施储气功能储气分类•调峰平衡供需波动•按压力高、中、低压储气•应急保障供气安全•按形式干式、湿式储气•经济优化运行成本•按气态气态、液态储存安全要求容量确定•防爆设计•日调峰12-24小时用量•泄压装置•季节调峰数月用量差•监测系统•应急备用3-7天用量•消防设施低压湿式罐与干式罐结构及工作原理湿式储气柜干式储气柜由水槽和可升降的储气钟组成，储气钟随气量变化升降，利用水作为密封介质由可伸缩的活塞或膜片构成密封空间，无需水封特点密封性好，压力稳定，但占地大，建设成本高，冬季需防冻特点占地小，不受气候影响，但密封要求高，维护成本较大高压储气罐及储配站高压罐特点与构造储配站工艺流程及主要设备•工作压力通常为

0.8-

4.0MPa•形状球形或卧式圆筒形•材料优质碳钢或合金钢，符合压力容器标准•设计寿命一般为20-30年主要构造•壳体承受内部压力的主体结构•人孔便于内部检查和维修•支座支撑罐体，传递载荷•接管气体进出口、仪表接口等•安全装置安全阀、爆破片等典型参数•球罐直径5-20m•卧罐尺寸直径1-3m，长度5-20m•单罐容积50-3000m³工艺流程

1.气源→过滤→计量→压缩→冷却→储存

2.储存→减压→加热→调压→计量→输出主要设备天然气液化与地下储存液化天然气LNG工艺及储罐•液化原理将天然气冷却至-162℃左右，体积缩小约600倍•液化工艺预处理→压缩→冷却→膨胀→液化→储存•储罐类型•单层罐小型应用，容积小于50m³•双层罐中型应用，夹层真空绝热•全防罐大型应用，多层绝热，容积可达20万m³•安全系统泄压装置、液位监测、温度监控、泄漏检测地下储气原理及盐矿层储气特点枯竭气田储气利用已开采完毕的天然气田进行储气，容量大、成本低，但地质条件受限含水层储气将天然气注入地下含水层，利用地层封闭性储存，选址灵活但泄漏风险高盐穴储气在地下盐层中溶解形成空腔储存气体，具有良好密封性、高注采速率，成本适中废弃矿井储气利用废弃煤矿或其他矿井储气，改造成本低但密封性能差燃气安全管理与应急措施燃气泄漏检测与加臭安全燃气事故预防与应急响应流程01泄漏检测技术事故预防•巡检检测利用便携式检测仪器定期巡检•定期巡检管网、设备、用户设施•固定式检测在关键位置安装固定式气体检测器•设备维护按规程进行预防性维护•压力监测监测管网压力变化发现异常•安全教育对员工和用户进行安全知识培训•流量平衡分析供需平衡发现泄漏•风险评估定期评估系统潜在风险加臭安全管理02应急响应•加臭浓度保证在气体浓度达到爆炸下限1/5时能被察觉•加臭设备定期检查加臭装置工作状态•信息接报24小时应急电话接收报警•加臭剂管理专人负责，避免泄漏污染•现场处置快速赶赴现场，控制泄漏源•气味检查定期进行嗅觉测试确认加臭效果•疏散隔离必要时疏散人员，设立警戒区•系统恢复修复故障，恢复供气•事故调查分析原因，制定防范措施课程总结与展望关键技术回顾新技术趋势未来挑战•深入理解燃气特性及安全要求•智能燃气管网物联网技术在管网监控•碳中和目标下燃气行业的转型发展中的应用•掌握需用量计算与供需平衡方法•新型燃气与传统输配系统的适配问题•氢气掺混在天然气中掺入绿色氢气降•熟悉长输管线与城镇输配系统设计原则•极端气候条件下的供气安全保障低碳排放•了解压力调节、计量与储气设施原理•老旧管网改造与升级的技术与成本平衡•生物燃气农林废弃物制气技术的发展•重视安全管理与应急处置措施•燃气系统与数字化、智能化技术的深度•清洁燃烧低NOx燃烧器与催化燃烧技融合术•储能协同燃气与电力系统协同优化运行感谢学习！希望通过本课程的学习，同学们能够掌握燃气输配工程的核心知识，将理论与实践相结合，为未来的专业工作打下坚实基础鼓励大家在课后深入实践，关注行业发展动态，不断创新思维，成为行业的中坚力量！。