第二章 城市燃气需用量及供需平衡22-1 -1 城市燃气需用量城市燃气需用量22-2 -2 燃气的需用工况燃气的需用工况 22-3 -3 燃气的小时计算流量燃气的小时计算流量22-4 -4 燃气输配系统的供需平衡燃气输配系统的供需平衡2-1 城市燃气需用量 用户类型 供气原则 用气量 用户类型v居民生活用户居民生活用户 主要是用于日常的炊事和生活热水 v公共建筑用气公共建筑用气 如饮食业、浴室、洗衣房、医院、幼儿园、托儿所、机关、学校和科研机关等 v工业企业生产用气工业企业生产用气 主要是用于生产工艺 v采暖通风和空调用户采暖通风和空调用户 v燃气汽车用户燃气汽车用户 v其他用户其他用户 包括管网的漏损量和未预见量 供气原则v优先发展民用用气，即居民生活用气和商业用气，它们是城市燃气供应的基本对象，其中，又应优先供给居民生活用户。 v在发展民用用户的同时，也要发展一部分工业用气，二者应兼顾。v采暖通风和空调用气量，在气源充足的条件下，可酌情纳入。燃气汽车用气量仅指以使用天然气和液化石油气为气源时才考虑纳入。 用气量 v居民生活年用气量 v公共建筑年用气量v工业企业年用气量v采暖通风空调和燃气汽车年用气量v其他用气量 居民生活用户用气量 居民生活用户用气量取决于居民生活用户用 气量指标（用气定额）、气化百分率及城市居民人口数。式中 影响居民生活用户用气量指标用气量指标的因素很多，如住宅燃气器具的类型和数量，住宅建筑等级和卫生设备的设置水平，采暖方式及热源种类，居民生活用热习惯及生活水平，居民每户平均人口数，气候条件，公共生活服务设施的发展情况，燃气价格等。 气化百分率气化百分率是指城镇居民使用燃气的人口数占城镇居民总人口数的百分数。 公共建筑年用气量式中式中 :工业企业年用气量1.工业产品有用气量指标式中式中 工业企业用户用气耗热量，工业企业用户用气耗热量，MJ/MJ/年；年； q qi i某一项工业产品用气量指标，某一项工业产品用气量指标，MJ/MJ/件；件； m mi i某一项工业产品的年产量，件某一项工业产品的年产量，件/ /年。年。2.工业产品缺乏用气量指标 当工业产品缺乏用气量指标时，可按原用燃料的用量折算成用气量：式中：采暖通风空调用户和燃气汽车用户用气量 采暖通风空调用户用气量指标可按现行的标准城市热力网设计规范CJJ34或当地建筑物耗热量指标确定。 建筑物供暖用气量与建筑面积、耗热指标和供暖期长短有关：供暖最大负荷利用小时数可按下式计算：其他用气量 包括管网的漏损量和未预见量，一般其他用气量按总用气量的5%计算。 2-2 燃气的需用工况 月不均匀性 日不均匀性 时不均匀性 月不均匀性（季节不均匀性）v影响居民生活月用气不均匀性的主要因素是气候条件。 v公共建筑用气的月不均匀性与各类用户的性质有关，一般与居民生活月用气的不均匀性情况基本相似。v工业企业用气的月不均性主要取决于生产工艺的性质以及气候条件。工业企业用气在生产区域内一般按均匀考虑。 每月的用气不均匀情况用月不均匀系数K1表示。 一年十二个月中，平均日用气量最大的月，即月不均匀系数最大的月称为计算月，并将该月的月不均匀系数K1max称为月高峰系数。 日不均匀性 影响日用气不均匀情况的因素主要是居民生活习惯、工业企业的工作和休息制度及气象条件等。前两个影响因素比较有规律。 一个月（或一周）的日用气不均匀情况用日不均匀系数K2表示。可按下式计算： 计算月中，日最大不均匀系数K K2 2maxmax称为日高称为日高峰系数。峰系数。 时不均匀性 各类用户小时用气不均匀情况各不相同，居民生活用户和公共建筑用气的时不均匀性最显著，这主要与居民的生活习惯、气化住宅的数量、居民的职业以及工作休息制度等因素有关。 一天中每个小时的用气不均匀性可用小时不均匀系数K3表示： 计算日最大时不均匀系数K K3 3maxmax称为小时高峰系称为小时高峰系数。数。 22-3 -3 燃气输配系统的小时计算流量燃气输配系统的小时计算流量 城市燃气输配系统的管径及设备通过能力不能直接用燃气的年用气量来确定，而应按燃气计算月的小时最大流量进行计算。如何确定？ 太大则增加投资太大则增加投资太小则影响正常用气不均匀系数法同时工作系数法一、不均匀系数法 由年用气量和用气不均匀系数求得，计算公式如下：燃气管道计算流量，燃气管道计算流量，Nm3/h年用气量，年用气量，Nm3/a月高峰系数月高峰系数日高峰系数日高峰系数小时高峰系数小时高峰系数如何确定计算所需的这些参数呢？ 用气高峰指标可参考相关手册，也可按下列范围选用： 不均匀系数法适用于规划、设计阶段确定不均匀系数法适用于规划、设计阶段确定居民生活和商业燃气小时计算流量。居民生活和商业燃气小时计算流量。 各类用户的用气量和用气不均匀性取决于很多因素，如气候条件、居民生活水平及生活习惯，公共建筑作息制度和工业企业的工作班次，建筑物内装置用气设备的情况等，因此在进行参数选取时要结合当地的具体情况综合考虑。 参数的选取原则 对于个别的独立居民点，当总用户数少于1500户时，作为特殊情况，可取 一般供应用户多时，小时高峰系数取偏小的数值。 此外，居民生活及公共建筑小时最大流量也可采用供气量最大利用小时数来计算。供气量最大利用小时数：假设把全年8760h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。最大小时流量用供气量最大利用小时数计算： 不均匀系数越大，则供气量最大利用小时数越小。居民及公共建筑供气量最大利用小时数随城市人口多少而异，城市人口越多，用气量比较均匀，则最大利用小时数较大。二、同时工作系数法 室内和庭院燃气管道的计算流量一般按燃气用具的额定耗气量和同时工作系数K0来确定。其计算公式如下：Q=kt（k0QnN） QQ燃气管道的计算流量，燃气管道的计算流量， m m3 3/h/hk kt t不同类型用户的同时工作系数，当缺乏资不同类型用户的同时工作系数，当缺乏资料时，可取料时，可取k kt t =1 =1；k k0 0燃具的同时工作系数，居民生活用燃具可按燃具的同时工作系数，居民生活用燃具可按 表表2-62-6确定，商业和工业用具可按加热工艺要求确定确定，商业和工业用具可按加热工艺要求确定NN同一类型燃具的数目同一类型燃具的数目Q Qn n同一类型燃具的额定流量，同一类型燃具的额定流量，m m3 3/h/h式中：式中： 同时工作系数K0反映燃气用具集中使用的程度，它与用户生活规律、燃气用具的种类、数量的因素密切相关。燃具的用气定额指标及同时工作系数可参考相关手册。 同时工作系数法适用于独立居民小区、庭院燃气支管和室内燃气管道计算流量的确定。2-4 燃气输配系统的供需平衡 调节供需平衡的方法 储气容积的确定t Qo供气量供气量用气量用气量 为了解决为了解决为了解决为了解决均匀供气均匀供气均匀供气均匀供气和和和和不均匀耗气不均匀耗气不均匀耗气不均匀耗气之间的矛盾，之间的矛盾，之间的矛盾，之间的矛盾，必须采取合适的方法使燃气输配系统供需平衡。必须采取合适的方法使燃气输配系统供需平衡。必须采取合适的方法使燃气输配系统供需平衡。必须采取合适的方法使燃气输配系统供需平衡。一、调节供需平衡的方法改变气源的生产能力和设置机动气源须考虑气源运转、停止的难易程度、气源生产负荷变化的可能性和变化幅度。同时应考虑供气的安全可靠和技术经济合理性。可以调节季节性或日用气不均匀性，甚至可以平衡小时用气不均匀性。油制气、发生炉煤气及液化石油气混空气等气源具油制气、发生炉煤气及液化石油气混空气等气源具有机动性，设备启动和停产比较方便，负荷调整范有机动性，设备启动和停产比较方便，负荷调整范围大。可以调节季节性或日用气不均匀性，甚至可围大。可以调节季节性或日用气不均匀性，甚至可以平衡小时用气不均匀性。以平衡小时用气不均匀性。利用缓冲用户进行调节主要利用一些大型的工业企业和锅炉房等作为缓冲用户，用此方法平衡季节不均匀用气及部分日不均匀用气。夏季用气低峰时，把余气供给工厂燃烧，而冬季夏季用气低峰时，把余气供给工厂燃烧，而冬季高峰时，这些缓冲用户改烧固体燃料或液体燃料。高峰时，这些缓冲用户改烧固体燃料或液体燃料。利用储气设施进行调节v地下储气（储气量大，造价和运行费用低，可平衡季节不均匀用气和部分日不均匀用气）v液态储存（负荷调节范围广，可调节各种不均匀用气）v管道储气（包括高压燃气管束储气及长输干管末端储气，是平衡小时不均匀用气的有效方法）v储气罐储气（可用来平衡日不均匀用气和小时不均匀用气，是最实用也是最常用的方法）二、储气容积的确定储气罐的主要功能储气罐所需储气量的计算方法举例说明储气罐的主要功能随燃气用量的变化，补充制气设备所不能及时供应的部分燃气量。停电、管道设备发生故障或维修时，保证一定程度的供气。掺混不同组分的燃气，使燃气性质均匀。储气罐所需储气量的计算方法确定该周内燃气供应总量计算一周内逐日、逐小时的燃气供应量累计值计算一周内逐日、逐小时的燃气需要量累计值求出每日、每小时的燃气供应和需要的累计量差值，即燃气的储存量。找出储存量正、负最大的两个值，并将这两个值得绝对值相加，即得出调节供需波动所需的储气量Q。当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，否则应按计算月平均周的燃气供需平衡要求确定。 在Q的基础上，考虑燃气生产及使用上预报的误差，生产中可能出现故障等影响，以及储气罐工作条件及规格等因素调整，最终确定选用的储气罐容积。举例说明 某市欲建一个储气罐，已知计算月最大日用气量为46万m3/d,气源在一日内连续均匀供气。每小时用气量占总用气量的百分数如下表所示，试确定所需的储气量。时间时间0-11-22-33-44-55-66-77-88-910-1111-12每小时用气量每小时用气量占总用气量的占总用气量的百分数百分数1.951.501.412.001.602.914.105.065.206.306.44时间时间12-1313-1414-1515-1616-1717-1818-1919-2020-2121-2222-2323-24每小时用气量每小时用气量占总用气量的占总用气量的百分数百分数4.904.814.764.755.807.626.154.584.483.222.802.45 题中储气罐是用于调节日用气不均匀性的。按每日气题中储气罐是用于调节日用气不均匀性的。按每日气源供气量为源供气量为100%100%，气源均匀供气，则每小时平均供气量，气源均匀供气，则每小时平均供气量为为4.17%4.17%。 从零时记起，计算燃气供应量累计值与用气量累积从零时记起，计算燃气供应量累计值与用气量累积值，两者的差值即为储存量，计算结果如下表所示。在燃气值，两者的差值即为储存量，计算结果如下表所示。在燃气储存量中找出正、负的最大值，即储存量中找出正、负的最大值，即13.7%13.7%和和-4.03%-4.03%，取绝对，取绝对值相加得值相加得 13.7%+4.03%=17.73%13.7%+4.03%=17.73%。 所需的储气量为所需的储气量为 Q Q3 3=46000017.73%=8155589=46000017.73%=8155589（m m3 3）解：小时小时燃气供应量累计值燃气供应量累计值用气量用气量燃气的储存量燃气的储存量该小时内该小时内累计值累计值0-14.171.951.952.221-28.341.503.454.892-312.501.414.867.463-416.672.006.869.814-520.841.608.4612.385-625.002.9111.3713.636-729.174.1015.4713.707-833.345.0620.5312.818-937.505.2025.7312.079-1041.675.2130.9410.7310-1145.846.3037.248.6011-1250.006.4443.686.32小时小时燃气供应量累计值燃气供应量累计值用气量用气量燃气的储存量燃气的储存量该小时内该小时内累计值累计值12-1354.174.9048.585.5913-1458.344.8153.394.9514-1562.504.7658.154.3515-1666.674.7562.903.7716-1770.845.8068.702.1417-1845.007.6276.32-1.3218-1979.176.1582.47-3.3019-2083.344.5887.05-3.7120-2187.504.4891.53-4.0321-2291.673.2294.75-3.0822-2395.842.8097.55-1.7123-24100.002.45100.000制气能力与储气罐容积之间的关系（2-13）（2-14）（2-15）【例2-2】已知条件如例已知条件如例2-12-1，要求绘出制气能力与储气容，要求绘出制气能力与储气容积之间的关系图。积之间的关系图。由表由表2-72-7（或图（或图2-22-2）得出）得出：7 72121时（时（14h14h）用气量占日用气量）用气量占日用气量76.05%76.05%；16161919时（时（3h3h）用气量占日用气量）用气量占日用气量19.58%19.58%；17171818时（时（1h1h）用气量占日用气量）用气量占日用气量7.6%7.6%1 1日中日中7 72121时的时的14h14h为超出平均小时供气量为超出平均小时供气量4.17%4.17%的时间区间；的时间区间；16161919时的时的3h3h比平均小时供气量要高得多的时间区域；特别比平均小时供气量要高得多的时间区域；特别是是17171818时是这一天的高峰小时用气时间。时是这一天的高峰小时用气时间。下面分几种情况计算出相应的容积和制气能力。1.制气设备制气设备24h均衡地进行生产的情况均衡地进行生产的情况假定假定1日的供气量为日的供气量为100，每小时供气量等于，每小时供气量等于超出平均小时供气量的时间区域（超出平均小时供气量的时间区域（721时）中的供气量不足时）中的供气量不足数，即图数，即图2-2中（中（a）以上部分的气量由储气罐供应，而）以上部分的气量由储气罐供应，而217时的时间区域中多余的燃气则送入储气罐储存。时的时间区域中多余的燃气则送入储气罐储存。这种情况下，对于这种情况下，对于721时的时间区域，要求的储气容积可按时的时间区域，要求的储气容积可按式（式（2-13）计算。将已知的条件）计算。将已知的条件2.2.制气设备在制气设备在7 72121时（时（14h14h）时间区域中，均衡地进行生产的）时间区域中，均衡地进行生产的情况情况在此时间区域内，制气设备如以每小时在此时间区域内，制气设备如以每小时4.48%4.48%供气量进行生供气量进行生产，图产，图2-22-2中（中（b b）以上的供气量不足数由罐供应。）以上的供气量不足数由罐供应。这时，储气罐活动容量占日用气量这时，储气罐活动容量占日用气量 的百分数为：的百分数为：必要的制气能力为：必要的制气能力为：3.3.制气设备在制气设备在7 72121时（时（14h14h）时间区域中，均衡地进行生）时间区域中，均衡地进行生产的情况产的情况由图由图2-22-2得知，在此时间区间内，制气设备如以每小时得知，在此时间区间内，制气设备如以每小时5.82%5.82%供气量进行生产，图供气量进行生产，图2-22-2中（中（c c）以上的供气量不足）以上的供气量不足数有储罐供应。数有储罐供应。这时，储气容量占日用气量的百分数为：这时，储气容量占日用气量的百分数为：相应的必要制气能力为：相应的必要制气能力为：4.若燃气供应系统中不设置储气罐，若燃气供应系统中不设置储气罐，这时高峰小时用气量（这时高峰小时用气量（1718时的一小时）必须靠制气能力来时的一小时）必须靠制气能力来保证。保证。必要的制气能力为：必要的制气能力为：按以上计算结果绘制出制气能力与储气罐容积的关系图（图按以上计算结果绘制出制气能力与储气罐容积的关系图（图2-32-3）。）。在实际工作中还应考虑修正值，因为制气设备会发生故障；用气量在实际工作中还应考虑修正值，因为制气设备会发生故障；用气量的预测（用气量变化曲线）会有出入；制气能力变动时，也需要有的预测（用气量变化曲线）会有出入；制气能力变动时，也需要有个过程。个过程。