燃气管网水力计算

1、第六章 城市燃气管网的水力计算,燃气管网水力计算的任务： 1根据燃气的计算流量和允许的压力损失计算管道直径，以确定管道投资和金属消耗。 2对已有管道进行流量和压力损失的验算，以充分发挥管道的输气能力，或决定是否需要对原有管道进行改造。,因此，正确地进行水力计算，是关系到输配系统经济性和可靠性的问题，是城市燃气规划与设计中的重要环节。,城市燃气管道水力计算公式和计算图表 燃气分配管道计算流量的确定 枝状管网的水力计算 环状管网的水力计算 室内燃气管道的水力计算,第六章 城市燃气管网的水力计算,第一节 城市燃气管道水力计算公式和计算图表,低压燃气管道阻力损失计算公式 高中压燃气管道阻力损失计算公式

2、 燃气管道阻力损失计算图表 计算示例 附加压头 局部阻力,一、低压燃气管道水力计算公式,层流区(Re3500) 钢管、塑料管： 铸铁管：,二、高中压燃气管道水力计算公式,钢管、塑料管： 铸铁管：,三、燃气管道水力计算图表,压力不同、管材不同，水力计算公式也不同，所以也就对应着不同的水力计算图表。另外，燃气种类不同时，由于不同种类燃气的密度、粘度等有很大的不同，所以计算图表也不同。,决定水力计算图表的因素主要有三个，不同的燃气种类、管道的压力级别、不同的管道材质。三者的不同组合得到不同的水力计算图表。,图：燃气97 64、5,计算图表的绘制条件：,1、燃气密度按 计算，使用时不同的燃气密度要进行

3、修正。,低压管道：,高中压管道：,2、运动粘度： 人工燃气： 天然气：,3、取钢管的当量绝对粗糙度：,例 题 1：,已知：人工燃气的密度 ， 运动粘度：,15时燃气流经l=100m长,的低压燃气钢管，当流量Q010Nm3/h时，管段压力降为4Pa，求该管道管径。,图表法：,据d计算Re=17682100,层流区。假设正确，计算有效。,据流量和压降查表得：d=80mm,已知人工燃气密度0.7kg/Nm3，运动粘度2510-6m2/s，有2197中压燃气钢管，长200m，起点压力150KPa，输送燃气流量2000Nm3/h，求0时该管段末端压力。 公式法 图表法,例 题 2：,由于空气与燃气密度不

4、同，当管道始、末端存在标高差时，在燃气管道中将产生附加压头。对始末端高程差值变化甚大的个别管段，包括低压分配管道及建筑物的室内的低压燃气管道，必须将附加压头计算在内。,四、附加压头,计算公式：,空气密度，1.293kg/Nm3， 燃气密度， kg/Nm3 管段终端与始端的标高差值，m,管道内流动气体上升时将产生一种升力，下降时将增加阻力。,管道内流动气体下降时将产生一种升力，上升时将增加阻力。,某多层住宅，燃气室内立管终端标高17m，引入管始端标高0.6m，密度0.71kg/Nm3，计算附加压头；又已知引入管起点压力P1=1000Pa， 80Pa，求P2。,P1,P2,0.6m,17m,五、局

5、部阻力损失计算,城市燃气管网计算时，管网的局部损失一般以沿程损失的510%估计. 对于室内燃气管道和厂、站区域的燃气管道，由于管路附件较多，局部损失所占的比例较大应进行计算。计算方法有两种，一种是用公式计算，根据实验数据查取局部阻力系数，代入公式进行计算；另一种用当量长度法。,当燃气流经三通管、弯管、变径异型管、阀门等管路附件时，由于几何边界的急剧改变，燃气在管道内气流方向和气流断面改变，燃气运动受到扰乱，必然产生额外的压力损失。,式中： P-局部压力降，Pa； -计算管段中局部阻力系数的总和； -燃气在管道中的流速，m/s； -燃气密度，kg/Nm3； T -燃气绝对温度，K，T0=273K

6、。,1、公式法：,当量长度不但与局部阻力系数有关，还与管径、沿程阻力系数有关,2、当量长度法,因此，管件的局部压力降等于其当量长度为L2的直线管段的沿程压力降，在计算管道及管道附件的总压力降时，管道计算长度L应为 L= L1 + L2 式中：L1 -管道实际长度，m； L2 -管道上附件的当量长度，m。 实际管道计算长度L乘以该管段单位长度摩擦阻力损失，就可得到该管段的压力损失。,第二节 燃气分配管道计算流量,燃气分配管网供气方式 燃气分配管道计算流量的确定 燃气分配管道途泄流量的确定 节点流量,(一)燃气分配管网供气方式,只有转输流量的管段,只有途泄流量的管段,有途泄流量和转输流量的管段,燃

7、气分配管网的各管段根据连接用户的情况，可分为三种：,燃气分配管段的负荷变化示意图,对于管段AB，途泄流量为Q1，转输流量为Q2 管道起点A处，流量为转输流量与途泄流量之和； 管道终点B处，流量仅为Q2。,而管段内各段面处的流量是不断变化的，数值处于二者之间。 若假定沿管线长度向用户均匀地配气，则沿线流量变化呈直线关系。,(二)燃气分配管道计算流量的确定,确定变负荷管段的计算流量 原则-以计算流量求得的管段压力降应与变负荷管段的实际压力降相等。,式中：Q-计算流量，Nm3/h； Q1-途泄流量，Nm3/h； Q2-转输流量，Nm3/h； -流量折算系数，它与途泄流量与转输流量之比、沿途支管数有关

8、。,计算流量先用转输流量与途泄流量的组合来表示,1、实际压力降的求解,采用微元的方法求解管段的实际压力降 简化：管段上有n条分支管，各分支管间距均相等，并且每条分支管的途泄流量q也相等，n条分支管就管段AB均匀地分成了n+1条小管段。,压降计算公式：,流进管段的总流量：,QN=Q2+Q1,每一条分支管段的流量：,在AB上取任一小段y，该管段上的流量用Qy表示，则,令：,x是途泄流量Q1与总流量QN的比值，0 x1,则：,所以：,整个管段的压力降为：,将括号内各项以麦克劳林级数展开，取其前三项，并将（n+1）式相加，得：,整理得：,压降计算公式：,在总流量QN一定时，整个管段的压降为支管数n与途

9、泄流量的函数关系式。,2、以计算流量求压力降,把 带入压降计算公式：,由,得：,水力计算公式中幂指数为1.75时所得值,对于燃气分配管道，分支管数一般不少于510个，x值在0.31.0之间。此时系数在0.50.6之间，水力计算公式中幂指数等于1.752.0时，值的变化并不大；实际计算中均可采用平均值=0.55。 故燃气分配管道的计算流量公式为：,1.途泄流量的范围： 途泄流量只包括大量的居民用户和小型公共建筑用户。 用气负荷较大的公共建筑用户应作为集中负荷来计算。 2.两点假设： 供气区域内居民用户和小型公共建筑用户是均匀分布的； 途泄流量只取决于居民的人口密度。,(三)燃气分配管道途泄流量的

10、确定,3.计算步骤,对如图所示的小区，计算步骤如下：,管段途泄流量的计算过程,（a）在供气范围内，按不同的居 民人口密度或道路和建筑物的布局划分街区A、BF。 （b）分别计算各个街区居民用气量及小型公共建筑年用气量、小时计算流量，并按照用气量的分布情况布置配气管道1-2、2-3 （c）根据每个街区的燃气计算流量和燃气管道的长度，计算管道单位长度向该街区供应的途泄流量。,（d）求管段的途泄流量,管段的途泄流量等于单位长度途泄流量乘以该管段的长度。 若管段是两个小区的公共管道，需同时向两侧供气时，其途泄流量应为两侧的单位长度途泄流量之和乘以管长。,(四) 转输流量的确定,a、确定各管段途泄流量；

11、b、从管段末段向上反推。,例1 枝状管网转输流量的计算,枝状管网如下图所示，已知各管段途泄流量，试确定各管段转输流量及计算流量。,1,2,3,4,5,例题2 环状管网转输流量的计算,已知途泄流量，求转输流量 计算流量,2,3,4,5,1,60,80,130,110,100,第三节 枝状管网水力计算,枝状管网水力计算特点 枝状管网水力计算步骤,一、枝状管网水力计算特点,管段数等于节点数减1 气源至各节点一个固定流向 送至某一管线的燃气只能由一条管线供气，流量分配方案唯一 任一管段流量等于该管段以后所有节点流量之和（顺气流方向），管段流量唯一 改变某一管段管径，不影响管段流量分配，只导致管道终点压

12、力的改变 各管段未知数：直径与压力降两个。,二、枝状管网水力计算步骤,对管网的节点和管道编号。 根据管线图和用气情况，确定管网各管段的计算流量。 选定枝状管网的干管，根据给定的允许压力降确定管线单位长度上的允许压力降。 根据管段的计算流量及单位长度允许压力降预选管径。 根据所选定的标准管径，反算管段实际沿程压力降和局部压力降，并计算总的压力降。 检查计算结果。若总的压力降未超过允许值，并趋近允许值，则认为计算合格，否则应适当变动管径，直到总压力降小于并尽量趋近允许值为止。,第四节 环状管网的计算,环状管网的特点 环状管网的水力计算方法 环状管网的水力平差计算 环状管网的计算举例,（一）环状管网

13、的特点,某一管段同时可由1条或几条管道供气，并有许多不同的分配方案 若改变环网某一管段的管径，就会引起管网流量的重新分配并改变各节点的压力值，而枝状管网的某一管段直径变动时，只导致该管段压力降数值的变化，而不会影响流量分配。 枝状管网水力计算只有直径和压力降两个变量，而环状管网水力计算则有直径、压力降和计算流量三个未知量。,（二）环状管网的水力计算方法,节点连续性方程 环压降闭合差为零,1、环状管网流动规律,2、环状管网水力计算步骤,手工方法解环方程的计算方法（管网的平差计算）,预先分配流量,计算单位长度压力降,预选管径,计算各环的压力降闭合差,计算结束,=0,0,重新分配流量,环状管网水力计

14、算通常采用解管段方程组、解环方程组和解节点方程组的方法。 是对压降方程、连续性方程和能量方程的联立求解。,环状管网的水力计算过程，就是重新分配各管段的流量，反复计算，直到同时满足连续性方程和能量方程组为止，这一计算过程称为管网平差。,绘制管网平面图，对节点、管段、环网进行编号、并标明管道长度、集中负荷、气源或调压站的位置； 计算管网各管段的途泄流量； 按气流沿最短路径从供气点流向零点的原则，拟定环网各管段中的燃气流向。气流的方向总是流离供气点，而不应逆向流动。 从零点开始，逐一推算管段的转输流量； 求管网各管段的计算流量；,预选管径： a.由管网的允许压降及供气点至零点的计算长度确定单位长度允

15、许的压降； b.由单位长度允许压力降预选管径； c.将管径化为规格系列。 初步计算管网各管段的压降及每环的压力降闭合差； 管网平差计算，求每环的校正流量，使所有封闭环网压力降的代数和等于零或接近于零，达到工程容许的误差范围。 验证总压降，若满足要求，计算结束；不满足，重复、 、 ,4、校正流量的计算,经初步计算后环网中各管段的管道直径已定，但第环和第环的压力降的代数和均不等于零。 第环的压力降闭合差为P； 第环的压力降的闭合差为P；,低压管网 假设条件： 水力光滑区 引入校正流量后，各管段气体流动状态不变 各管段压降计算式：,式中：P管段的压力降； Q燃气流量； 管道阻抗，其中包括物理常数、管

16、段长度和直径。系数的值随气流流动状况的改变而改变。,由初步计算结果，用压降方程表示：,用流量形式表示：,为不破坏节点的流量平衡，采用校正流量，以校正环网的闭合差。 在环中引入校正流量Q，在环中引入校正流量Q，并且规定校正流量的方向为顺时针方向。,根据方程组可以得到Q、Q的表达式 ：,分析： 第一项为未考虑邻环校正流量的影响而得到的计算环的校正流量值； 第二项则考虑到邻环校正流量对计算环的影响。,对于任意环， 的一般式可写为： 流量的第一个近似值。,称为校正,称为校正流量的第二个近似值，其表达式中含有邻环的,校正流量，用邻环校正流量的第一个近似值来代替校正流量， 另外，考虑到任何环都有多个和邻环

17、共用的管段， 的一般形式可以写为：,式中： 邻环校正流量的第一个近似值； 与邻环共用管段的 值。,校正流量的一般表达式：,对于环网的平差计算步骤，可按照这样的顺序来进行：,（1）计算各环的 ， （2）计算各环的校正流量 = + （3）以环校正流量值校正各管段的计算流量 （4）验证各环压降闭合差 若不满足闭合差要求，重复第（1），直至满足精度要求为止。,高中压,低压,已知 低压管网 各管段长度 各环面积 人口密度 用气量指标 3、6节点集中用户 天然气物性 管网计算压力降,（四）环状管网的计算举例,解： 绘图 计算各环单位长度途泄流量,解： 绘图 计算各环单位长度途泄流量 确定各管段初步计算流量

18、,第五节 室内燃气管道的计算,考虑附加压头； 局部阻力损失的计算； 管段计算流量的确定（同时工作系数法）。,室内燃气管道的计算需根据燃具的布置、燃具的数量以及燃具的灶前压力的要求，确定室内管道走向，通过水力计算，确定管径。下面以某居民住宅为例，说明室内燃气管网的一般计算过程。,例：如图所示某五楼居民住宅，每户安装两眼燃气灶一具，额定流量1.6m3/h，燃气室内管及用气管的允许压力降为200Pa，求管道直径。燃气相对密度为0.6，室内温度15。,计算步骤如下： 1、管道节点按顺序编号，标出各管段的长度。,8.5,0.5,8,2.3,2.9,2.9,2.9,0.5,1.5,2、根据各管段供应的用具

19、数及其同时作用系数计算管段计算流量。,管道供应户数： 1-2 10 6-7 2 2-3 9 7-8 1 3-4 5 8-9 1 4-5 4 9-10 1 5-6 3,同时工作系数： 1-2 0.54 6-7 1 2-3 0.56 7-8 1 3-4 0.68 8-9 1 4-5 0.75 9-10 1 5-6 0.85,2、根据各管段供应的用具数及其同时作用系数计算管段计算流量。,各管段计算流量Nm3/h： 1-2 8.64 6-7 3.2 2-3 8.06 7-8 1.6 3-4 5.44 8-9 1.6 4-5 4.8 9-10 1.6 5-6 4.08,单位长度上的允许压力降： 200/(301.5) =4.44Pa/m 并以此初选各管段的管径。,3、估计室内管道的局部阻力为沿程阻力的50%，根据室内管道允许压力降和管道的总长度，求单位长度的允许压力降。,各管段管径mm： 1-2 32 6-7 25 2-3 32 7-8 25 3-4 25 8-9 20 4-5 25 9-10 15 5-6 25,4、根据管径和计算流量，查单位长度压力降，并作修正，乘以管道长度得到各管段的沿程压力降。,各管段