第六章 燃气管网水力计算

1、第六章1第6章 燃气管网的水力计算6.2 燃气分配管网计算流量燃气分配管网计算流量 6.1 城市燃气管道水力计算公式和计算图表城市燃气管道水力计算公式和计算图表6.3 管网水力计算管网水力计算 第六章26.1 6.1 水力计算公式和计算图表水力计算公式和计算图表1. 1. 水力计算的任务水力计算的任务 （1 1）设计计算）设计计算 据计算流量、规定的压力损失据计算流量、规定的压力损失确确定管径定管径。 （2 2）校核计算）校核计算 据已建管管径、管计算流量（或允许压力据已建管管径、管计算流量（或允许压力降）降）计算压力降（或流量）是否满足要求。计算压力降（或流量）是否满足要求。第六章32.2.

2、摩擦阻力损失计算公式摩擦阻力损失计算公式 燃气是燃气是可压缩可压缩流体流体单位时间内输气量波动大的单位时间内输气量波动大的超高压超高压天然气天然气长输长输管管线线不稳定流不稳定流动；动；其他情况（其他情况（城市燃气管道城市燃气管道）按按稳定流稳定流动计算。动计算。 稳定流动运动方程稳定流动运动方程 连续性方程连续性方程 气体状态方程气体状态方程220000105221.62QT ZPPLdPT Z等温等温等截面等截面P P2 2L LP P1 1Q Q0 0d d适用：城市中高、中、低压燃气管道适用：城市中高、中、低压燃气管道P88P88公式（公式（6-86-8）第六章4（1 1）高、中压燃气

3、管道）高、中压燃气管道单位长度摩擦阻力损失单位长度摩擦阻力损失 式中：式中：P Pl l、 P P2 2燃气管道始、末端的燃气管道始、末端的绝对压力绝对压力，kPakPa； L L计算长度，计算长度，kmkm Q Q0 0燃气管道的计算流量，燃气管道的计算流量，NmNm3 3h h； d d管道内径，管道内径，mmmm； 燃气管道摩擦阻力系数；燃气管道摩擦阻力系数； 0 0燃气密度，燃气密度，kgkgm m3 3； T T、T T0 0设计中、标准状态所采用的燃气设计中、标准状态所采用的燃气绝对温度绝对温度，K K Z Z压缩因子，燃气压力压缩因子，燃气压力1.6MPa1.6MPa（表压），（

4、表压），Z=1Z=1ZTTdQLPP005201022211027. 1第六章5（2 2）低压燃气管道单位长度摩擦阻力损失）低压燃气管道单位长度摩擦阻力损失其中：其中：PP燃气管道始末端压力损失燃气管道始末端压力损失,pa,pa l l计算长度，计算长度，m m P Pm m（P P1 1+P+P2 2)/2P)/2P0 00052071026. 6TTdQlP第六章6v（3 3）燃气管道摩擦阻力系数）燃气管道摩擦阻力系数 与与流动状况流动状况、燃气性质、管道材质、连接方式、燃气性质、管道材质、连接方式、安装质量有关。安装质量有关。 层流区层流区（Re2100Re2100）：）： 临界区临界区

5、（21002100Re3500Re3500）：）： 紊流区紊流区（ReRe35003500）：）： （柯列勃洛克公式）（柯列勃洛克公式） 其中：其中： K K管道内壁的当量粗糙度，管道内壁的当量粗糙度，mmmm。wdR e第六章7其中：燃气种类、使用环境状态、其中：燃气种类、使用环境状态、管材确定，则管材确定，则v（4 4） 水力计算图水力计算图 观察观察单位长度摩擦阻力损失单位长度摩擦阻力损失公式：公式： 2212000(, , , , )PPf Q dT T Z K vL00, , ,v T T K ZZTTdQLPP005201022211027. 1wdR e024Qwd22120(,

6、 )PPf Q dL确定确定第六章8148图 52人 工 干 燃 气 高 、 中 压 钢 管 水 力 计 算 图1026102246810321086464281046428105642810681024628102463810246481024658102466 Q（ m /h）3D820 8D920 8D1020 10D1120 10D1220 10D7207D6307D5297D4786D4266D3776D3256D2736D2196D1596D1335D1085D894D764D573.5D453.5D383D323P1-P2L(Pa /km) 10422232-60=1kg/m 0

7、=25 10 m /s 第六章9v制图条件制图条件 0 0= =1 1kg/mkg/m3 3 4 41010-5-5 m m3 3/s (/s (气态液化石油气气态液化石油气) ) = 25= 251010-6-6 m m3 3/s/s（人工燃气）（人工燃气） 15 151010-6-6 m m3 3/s/s（天然气）（天然气） 0.170.2 mm( 0.170.2 mm(钢管钢管) ) K= K= 0.01 mm 0.01 mm（塑料管）（塑料管） T T0 0= 273.15k= 273.15k第六章10v实际条件实际条件 (1) (1) 密度修正密度修正 (2) (2) 温度修正温度修

8、正0222212121PPPPLL0222212120TTPPPPTLTL2212yPPPLLv管段管段摩擦（摩擦（沿程沿程）阻力损失阻力损失yPPLl第六章113. 3. 局部阻力损失计算公式局部阻力损失计算公式 （1 1）基本公式）基本公式 适用：适用：庭院管、室内管、厂区管庭院管、室内管、厂区管 22jwP第六章12（2 2）当量长度法）当量长度法v局部阻力损失：局部阻力损失：v摩擦阻力损失：摩擦阻力损失： 22jwPdlPw)(22)(lPlPdlj()jdPPldldl2()2yPPllwld 实际工程中只取决于实际工程中只取决于管件或设备管件或设备所在管段所在管段管径管径等几何参数

9、等几何参数第六章13dldl2dl计算管道阻力损失计算管道阻力损失 式中：式中： 计算长度计算长度dlll)(lPllPPPdljy适用：庭院管、室内管、厂区管适用：庭院管、室内管、厂区管第六章14（3 3）估算法）估算法 适用：适用：城镇燃气分配管道城镇燃气分配管道 yjPP%)10%5(?第六章154. 4. 附加压头附加压头（始末端（始末端高度差大高度差大的个别管段）的个别管段）HPga)(g 式中：式中： 附加压头附加压头 空气、燃气空气、燃气 的密度，的密度，kg/Nmkg/Nm3 3; ; 管段管段终端终端和和始始 端端的标高差的标高差 值，值，m m。Pga, ?H天然气天然气空

10、气空气绝对压力绝对压力液化石油气液化石油气P P2 2第六章166.2 6.2 燃气分配管网计算流量燃气分配管网计算流量 v6.2.1 6.2.1 管段分类管段分类 1.1. 转输流量（转输流量（Q Q2 2）管段：沿途无燃气输出，流量在管段：沿途无燃气输出，流量在此管段内此管段内不变不变。 2.2. 途泄流量（途泄流量（Q Q1 1）管段：该管段与大量居民用户、管段：该管段与大量居民用户、小型商业用户相连，进入管中的燃气在输送途中小型商业用户相连，进入管中的燃气在输送途中全全部供给部供给用户。用户。 3.3. 转输和途泄流量都有的转输和途泄流量都有的管段：既有途泄流量，又管段：既有途泄流量，

11、又有转输流量。有转输流量。Q Q1 1+Q+Q2 2= =第六章17v几点假设：几点假设：途泄流量途泄流量Q1沿管段沿管段均匀输出均匀输出；途泄流量途泄流量只包括大量的只包括大量的居民居民用户和用户和小型公共建筑小型公共建筑用户。用户。 若该管段上连有若该管段上连有负荷较大负荷较大的用户，应当作的用户，应当作集中负集中负荷荷进行计算；进行计算；供气区域内供气区域内居民用户居民用户和和小型公共建筑小型公共建筑用户的负荷用户的负荷是是均匀分布均匀分布的。的。6.2.2 6.2.2 管段途泄流量管段途泄流量Q Q1 1的确定的确定第六章182. 2. 管段管段途泄流量的计算途泄流量的计算 (1)(1

12、)分区分区 根据供气范围内的道路与建筑根据供气范围内的道路与建筑物布局划分为几个小区物布局划分为几个小区 (2)(2)布管布管 计算各小区用户的用气量计算各小区用户的用气量 按用气量分布情况布配气管道按用气量分布情况布配气管道 A AD DC CE EF FB B第六章19(3)(3)各小区管段的各小区管段的q q(4)(4)计算计算各管段各管段的的Q Q1 1 图5-10 各管段途泄流量计算图示1112734895610BACDEF211654321112121211LLQLQLqqQABAB1 2 11BBQqL 1 2 3 4 5 6 1AAQqL 第六章20v途泄流量管段途泄流量管段v

13、转输流量管段转输流量管段v同时有途泄、转输流量的管段同时有途泄、转输流量的管段 0.55 0.55 管段上分支管数管段上分支管数5 5个个 0.5 0.5 管段中管段中转输转输流量占比重大流量占比重大 6.2.3 6.2.3 各分配管段计算流量各分配管段计算流量Q Q的确定的确定1QQ2QQ 21QQQ= =图 5 - 1 1燃 气 分 配 管 段 的 负 荷 变 化 示 意 图QNQ2123nn + 1Q1= n qL = ( n + 1 ) lq1q2q3qn - 1qn燃 气 管 道 的 负 荷y第六章216.2.4 6.2.4 节点流量节点流量v用途用途： 计算机计算燃气环网计算机计算

14、燃气环网v方法：方法： 把把途泄流量途泄流量分配到管段分配到管段的的两端两端。v环网某节点环网某节点流量流量qq)(45. 0)(55. 0q41213111QQQQ流出流出0.45Q0.45Q1 1流入流入0.55Q0.55Q1 155. 0Q Q1 1管管1 1管管3 3管管4 4管管2 211Q41Q21Q31Q第六章22v管道上有管道上有集中集中流量流量 按按与距离成反比与距离成反比的比例分摊到管段两端的节点上。的比例分摊到管段两端的节点上。v管网中各节点流量的和管网中各节点流量的和 Qq集中流量第六章236.3 6.3 管网水力计算管网水力计算6.3.1 6.3.1 枝状管网的水力计

15、算枝状管网的水力计算1. 1. 计算特点计算特点（1 1）从气源至各节点只有）从气源至各节点只有一个一个固定的固定的流向流向；（2 2）只一条管路供气，各管段流量）只一条管路供气，各管段流量分配是唯一分配是唯一的；的；（3 3）每一管段的转输流量都是其后各节点流量之和；）每一管段的转输流量都是其后各节点流量之和；（4 4）管网中某一管径变化，不影响管段流量分配，只）管网中某一管径变化，不影响管段流量分配，只会导致管段压力变化。会导致管段压力变化。1 13 32 25 54 46 6第六章24 2. 2. 枝状燃气管网的水力计算一般步骤枝状燃气管网的水力计算一般步骤(1)(1)编号：编号：对管网

16、的对管网的节点节点和管段编号和管段编号(2)(2)算各管段计算流量：算各管段计算流量：根据管线图和用气情况确定根据管线图和用气情况确定 (3)(3)算管线单位长度允许压降：算管线单位长度允许压降：据给定据给定允许压力降允许压力降及高及高程差造成的附加压头确定程差造成的附加压头确定 (4)(4)选择各管段管径：选择各管段管径：根据管段的计算流量及单位长度根据管段的计算流量及单位长度允许压力降选择管径。允许压力降选择管径。(5)(5)计算总的压力降：计算总的压力降：根据所选根据所选标准标准管径，求各管段摩管径，求各管段摩擦阻力损失和局部阻力损失，算总压力降。擦阻力损失和局部阻力损失，算总压力降。(

17、6)(6)检查计算结果：检查计算结果：若若总压力降总压力降允许值允许值，合格；否则，合格；否则应适当变动管径，直到总压力降应适当变动管径，直到总压力降允许值为止。允许值为止。第六章256.3.2 6.3.2 环状管网的水力计算环状管网的水力计算1. 1. 计算特点计算特点 （1 1）供气量任意：）供气量任意： 环网任一节点均可由相邻两管段或多管段供气；环网任一节点均可由相邻两管段或多管段供气； 供给量任意分配供给量任意分配节点处流量代数和为零节点处流量代数和为零即可；即可； （2 2）管径变则流量重新分配：）管径变则流量重新分配： 引起管网流量的重新分配引起管网流量的重新分配 并改变各节点的压

18、力值；并改变各节点的压力值； （3 3）水力计算有三个未知量：）水力计算有三个未知量： 有直径、压力降和有直径、压力降和计算流量计算流量三个未知量。三个未知量。 第六章26v（1 1）绘制管网平面示意图、编号、标注）绘制管网平面示意图、编号、标注v（2 2）计算各管段）计算各管段Q Q1 1v（3 3）拟定管网燃气流向）拟定管网燃气流向气流到气流到各用户路径最短各用户路径最短从供气点流向零点的原则从供气点流向零点的原则但在同一环内，必须有两个相反的流向。但在同一环内，必须有两个相反的流向。零点零点：指各环中燃气沿顺时针流动与逆时针流动的交汇：指各环中燃气沿顺时针流动与逆时针流动的交汇点点, ,

19、此点为各环压力的最低点。此点为各环压力的最低点。v（4 4）推算每一管段的）推算每一管段的初步计算流量初步计算流量v（5 5）选择管径）选择管径由已知的管网计算压力降和供气点至零点的管道长度，由已知的管网计算压力降和供气点至零点的管道长度，求得求得单位长度沿程阻力单位长度沿程阻力平均压力降；平均压力降；选择各管段的管径。选择各管段的管径。1 14 43 32 250501001001001005050 2. 2. 计算一般步骤计算一般步骤第六章27v（6 6）算各管段）算各管段实际实际压力降及各环压力降及各环压力闭合差压力闭合差 高、次高、中压环网：高、次高、中压环网： 低压环网：低压环网：

20、其中：其中：（10%10%人工计算；人工计算； 5%5%电算）电算）22122212100%0.5PPPP100% 0.5PP3 3P P1 1P P2 2P P4 4P P3 31 14 42 2 P Pii顺顺“+”+”，逆，逆“-”-”第六章28v（7 7）环网水力平差计算）环网水力平差计算v（8 8）计算管网压力降）计算管网压力降v（9 9）绘制水力计算简图）绘制水力计算简图各管段长度、管径、计算流量、压力降、节点流各管段长度、管径、计算流量、压力降、节点流量量管网压力降。管网压力降。第六章29 3. 3. 环网水力平差计算环网水力平差计算v方法：方法：管径不变管径不变，引入，引入校正

21、流量校正流量并不断修正并不断修正闭合差满足闭合差满足步骤（步骤（6 6）中）中精度要求精度要求。v低压管网水力平差计算低压管网水力平差计算 a. a. 压力降和流量的关系压力降和流量的关系 b. b. 管段校正流量的组成管段校正流量的组成 v 高、中压管网水力平差计高、中压管网水力平差计算算 把低压计算公式中的把低压计算公式中的1.751.75改写改写为为2 2即可。即可。P Pi i Q Q 顺顺“+”+”逆逆“-”-”1.75nnnsQQQPQPQPQQQPQ 第六章304. 4. 环网水力计算例题环网水力计算例题解：解：（1 1）在平面图上编号、标注）在平面图上编号、标注【例题例题】 试

22、计算图试计算图6-16-1中所示的低压管网，图上注有中所示的低压管网，图上注有环网各边长度（环网各边长度（m m）及环内建筑用地面积）及环内建筑用地面积F F（公顷）。（公顷）。人口密度为每公顷人口密度为每公顷600600人，每人每小时的用气量为人，每人每小时的用气量为0.06m0.06m3 3，有一个工厂集中用户，用气量为，有一个工厂集中用户，用气量为100m100m3 3/h/h。气。气源是焦炉煤气，密度源是焦炉煤气，密度=0.46kg/m=0.46kg/m3 3，动力粘度，动力粘度=25=251010-6-6m m2 2/s/s。管网中的计算压力降取。管网中的计算压力降取P=400PaP

23、=400Pa。第六章31F F=15=15F F=24=24F F=20=20300300300300400400400400600600450450600600450450100Nm100Nm3 3/h/h1 13 32 24 46 65 58 87 7第六章32v（2 2）计算各环单位长度途泄流量）计算各环单位长度途泄流量q q 各环用气量（气化率各环用气量（气化率100%100%）、周长、）、周长、q q。第六章33v（3 3）定各环零点、流向）定各环零点、流向 零点：零点：每环只有一个零点，每环只有一个零点，使供气点到各用户的路线最使供气点到各用户的路线最短短33、5 5、8 8。 流

24、向：流向：从供气点到零点，从供气点到零点，有顺时针和逆时针方向。有顺时针和逆时针方向。v（4 4）各环中各管段的计）各环中各管段的计算流量算流量Q Q 先各环中各管段的先各环中各管段的Q Q1 1； 再计算再计算Q Q2 2（从零点倒推法）（从零点倒推法）第六章34流量：流量： 顺顺“+”+”，逆，逆“-”-”压力：压力： 顺顺“+”+”，逆，逆“-”-”第六章35v（5 5）单位长度摩擦阻力损失）单位长度摩擦阻力损失据允许计算压力降据允许计算压力降 三个环是并联的三个环是并联的求各环的从求各环的从供气点供气点到到零点零点的平均长度的平均长度 参考的单位长度摩阻损失：参考的单位长度摩阻损失：

25、转换成线算图中的密度所对应的单位摩阻损失转换成线算图中的密度所对应的单位摩阻损失mllllPJ101762)450700(2)400600(2)300600(6mPalPck/358. 0%)101 (1017400)(mPalPlP/778. 046. 0358. 0)()(ck1第六章36v（6 6）选各环管段管径）选各环管段管径 据据计算流量计算流量、 查线算图，就近查线算图，就近选管径选管径。v（7 7）校核压力降闭合差是否满足精度要求）校核压力降闭合差是否满足精度要求 a.a.计算流量计算流量、选出的管径选出的管径查各管段的查各管段的 b. b.计算各环压力降计算各环压力降（顺（顺“

26、+”+”，逆，逆“-”-”） 1)(lP1()PlPlllPP)(1)(lP第六章37第六章38 c. c. 各环的压力闭合差精度各环的压力闭合差精度 得：环得：环 环环、环、环的压力闭合差分别为：的压力闭合差分别为：21%21%、13.4%13.4%，都大于都大于10%10%。24912030630100%9.4%0.50.524912030630PP 第六章39a. a. 先求各环校正流量的第一项先求各环校正流量的第一项0 . 9)10030502306149120661249(75. 1)30306120249(75. 1QPPQ2 .21Q8 .14Qv（8 8）水力平差计算）水力平差

27、计算 管径不变管径不变，调整调整各环各管段各环各管段流量流量至至压力闭压力闭合差满足精度要求。合差满足精度要求。第六章40b. b. 再求各环校正流量的第二项再求各环校正流量的第二项1 41 21 41 2() ()()30624921.2()( 14.8)()5026613.524912030630661149502100nnnnPQQQPQPPQQQQPQ 8 . 3 Q1 . 6 Q第六章41c. c. 各环各环校正流量校正流量d. d. 各环各环各管段各管段校正后的计算流量校正后的计算流量 各管段校正后的流量各管段校正后的流量 = = 各管段初步计算的流量各管段初步计算的流量 + +

28、校正流量校正流量 共用管段的校正流量共用管段的校正流量 = = 本环本环校正流量校正流量 - - 相邻环相邻环的校正流量的校正流量 环环 1-2 1-2 2-3 2-3 1-4 1-4 4-3 4-3e. e. 据据初步计算选定的管径初步计算选定的管径、校正后的流量校正后的流量各环各管段压力各环各管段压力降降重新计算各环压力降闭合差重新计算各环压力降闭合差直至精度满足要求直至精度满足要求9.03.55.5=15.111.0QQQQQ 1 21 26616665.5( 11.0).5IQQQQ 2 3149 5.5143.5Q 1 41 4 5.5 15.15025.5 15.1522.6QQ

29、5 .1055 . 51005 . 53434QQ第六章42（9 9）流量调整）流量调整调整调整集中负荷集中负荷分配量分配量 点点3 3集中负荷原由管段集中负荷原由管段4-34-3、2-32-3各分担各分担5050调整后，管调整后，管4-34-3多分担多分担5.55.5，则，则2-32-3少少5.55.5，为，为45.545.5。零点零点位置漂移位置漂移 管管6-56-5计算流量计算流量减少了减少了15.115.1（无集中负荷）（无集中负荷） 零点由零点由5 5点向点向6 6点点漂移漂移量量 5 .10534Q10034Q11956Q9.10356Q656119103.9760.55qlm14

30、932Q5 .14332Q第六章43 管管7-87-8 零点向零点向7 7靠近，靠近，（1010） 校核从校核从供气点供气点至至零点零点的总压力降的总压力降 环环 ： 环环： 环环： 都都小于且接近小于且接近400Pa400Pa设计值经济合理。设计值经济合理。5187Q7 862Qmql5355.05162877PaP3 .3994 .1259 .273321PaP396660 .330561PaP5 .3868921第六章445. 5. 室内燃气管道设计计算室内燃气管道设计计算5.1 5.1 计算特点计算特点v管网形状：管网形状：枝状枝状管网管网v确定最不利工作点：确定最不利工作点：（离供气

31、点最远燃具处）（离供气点最远燃具处）v计算流量：计算流量：同时工作系数法同时工作系数法v局部阻力损失：局部阻力损失：要用要用当量长度法当量长度法计算。计算。v附加压头：附加压头：高程差较大高程差较大 总压力降总压力降PP - - 附加压头附加压头HH = = 实际压力损失实际压力损失第六章455.2 5.2 水力计算的方法和步骤水力计算的方法和步骤v1.1.管段按顺序编号，凡管段按顺序编号，凡管径变化管径变化或或流量变化处流量变化处均应均应编号，并标上各计算管段的编号，并标上各计算管段的实际长度实际长度L L1 1。 v2.2.求各管段的求各管段的额定流量额定流量，并按，并按同时工作系数法，同

32、时工作系数法，即即式（式（2-92-9）计算各管段的计算流量。）计算各管段的计算流量。（P41P41表表2-62-6）v3.3.根根据计算流量据计算流量预选预选各管段的管径各管段的管径（用户支管（用户支管最小管径为最小管径为DN15DN15）。）。v4.4.查表得各管段查表得各管段局部阻力系数局部阻力系数，查图，查图6-66-6得得=1=1时的时的l l2 2值，求出当量长度值，求出当量长度L L2 2= =（）l l2 2，从而可得，从而可得该管段的计算长度该管段的计算长度L=LL=L1 1+L+L2 2。 第六章46v5.5.根据燃气种类、密度和运动粘度根据燃气种类、密度和运动粘度选择水力

33、计算图选择水力计算图确定管段单位长度的压降值（修正）。确定管段单位长度的压降值（修正）。v6.6. 计算各管段的附加压力。计算各管段的附加压力。v7.7.求各管段的求各管段的实际压力损失实际压力损失（PPHH）。）。v8.8.求室内燃气管道的总压力降。求室内燃气管道的总压力降。人工燃气计算压力降一般不超过人工燃气计算压力降一般不超过8080100Pa100Pa（不（不包括燃气表的压力降）。包括燃气表的压力降）。低压室内燃气管道的压力降见相应表格数据。低压室内燃气管道的压力降见相应表格数据。v9.9.将室内燃气管道的将室内燃气管道的总压力降总压力降与与允许压力降允许压力降进行进行比比较较，如不合适，则可调整个别管