燃氣管網(wǎng)水力計算【業(yè)內(nèi)參考】

1、第六章 城市燃氣管網(wǎng)的水力計算,燃氣管網(wǎng)水力計算的任務： 1根據(jù)燃氣的計算流量和允許的壓力損失計算管道直徑，以確定管道投資和金屬消耗。 2對已有管道進行流量和壓力損失的驗算，以充分發(fā)揮管道的輸氣能力，或決定是否需要對原有管道進行改造,因此，正確地進行水力計算，是關系到輸配系統(tǒng)經(jīng)濟性和可靠性的問題，是城市燃氣規(guī)劃與設計中的重要環(huán)節(jié),城市燃氣管道水力計算公式和計算圖表 燃氣分配管道計算流量的確定 枝狀管網(wǎng)的水力計算 環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算 室內(nèi)燃氣管道的水力計算,第六章 城市燃氣管網(wǎng)的水力計算,第一節(jié) 城市燃氣管道水力計算公式和計算圖表,低壓燃氣管道阻力損失計算公式 高中壓燃氣管道阻力損失計算公式 燃

2、氣管道阻力損失計算圖表 計算示例 附加壓頭 局部阻力,一、低壓燃氣管道水力計算公式,層流區(qū)(Re3500) 鋼管、塑料管： 鑄鐵管,二、高中壓燃氣管道水力計算公式,鋼管、塑料管： 鑄鐵管,三、燃氣管道水力計算圖表,壓力不同、管材不同，水力計算公式也不同，所以也就對應著不同的水力計算圖表。另外，燃氣種類不同時，由于不同種類燃氣的密度、粘度等有很大的不同，所以計算圖表也不同,決定水力計算圖表的因素主要有三個，不同的燃氣種類、管道的壓力級別、不同的管道材質(zhì)。三者的不同組合得到不同的水力計算圖表,圖：燃氣97 64、5,計算圖表的繪制條件,1、燃氣密度按 計算，使用時不同的燃氣密度要進行修正,低壓管道

3、,高中壓管道,2、運動粘度： 人工燃氣： 天然氣,3、取鋼管的當量絕對粗糙度,例 題 1,已知：人工燃氣的密度 ， 運動粘度,15時燃氣流經(jīng)l=100m長,的低壓燃氣鋼管，當流量Q010Nm3/h時，管段壓力降為4Pa，求該管道管徑,圖表法,據(jù)d計算Re=17682100,層流區(qū)。假設正確，計算有效,據(jù)流量和壓降查表得：d=80mm,已知人工燃氣密度0.7kg/Nm3，運動粘度2510-6m2/s，有2197中壓燃氣鋼管，長200m，起點壓力150KPa，輸送燃氣流量2000Nm3/h，求0時該管段末端壓力。 公式法 圖表法,例 題 2,由于空氣與燃氣密度不同，當管道始、末端存在標高差時，在燃

4、氣管道中將產(chǎn)生附加壓頭。對始末端高程差值變化甚大的個別管段，包括低壓分配管道及建筑物的室內(nèi)的低壓燃氣管道，必須將附加壓頭計算在內(nèi),四、附加壓頭,計算公式,空氣密度，1.293kg/Nm3， 燃氣密度， kg/Nm3 管段終端與始端的標高差值，m,管道內(nèi)流動氣體上升時將產(chǎn)生一種升力，下降時將增加阻力,管道內(nèi)流動氣體下降時將產(chǎn)生一種升力，上升時將增加阻力,某多層住宅，燃氣室內(nèi)立管終端標高17m，引入管始端標高0.6m，密度0.71kg/Nm3，計算附加壓頭；又已知引入管起點壓力P1=1000Pa， 80Pa，求P2,P1,P2,0.6m,17m,五、局部阻力損失計算,城市燃氣管網(wǎng)計算時，管網(wǎng)的局部

5、損失一般以沿程損失的510%估計. 對于室內(nèi)燃氣管道和廠、站區(qū)域的燃氣管道，由于管路附件較多，局部損失所占的比例較大應進行計算。計算方法有兩種，一種是用公式計算，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)查取局部阻力系數(shù)，代入公式進行計算；另一種用當量長度法,當燃氣流經(jīng)三通管、彎管、變徑異型管、閥門等管路附件時，由于幾何邊界的急劇改變，燃氣在管道內(nèi)氣流方向和氣流斷面改變，燃氣運動受到擾亂，必然產(chǎn)生額外的壓力損失,式中： P-局部壓力降，Pa； -計算管段中局部阻力系數(shù)的總和； -燃氣在管道中的流速，m/s； -燃氣密度，kg/Nm3； T -燃氣絕對溫度，K，T0=273K,1、公式法,當量長度不但與局部阻力系數(shù)有關，還與

6、管徑、沿程阻力系數(shù)有關,2、當量長度法,因此，管件的局部壓力降等于其當量長度為L2的直線管段的沿程壓力降，在計算管道及管道附件的總壓力降時，管道計算長度L應為 L= L1 + L2 式中：L1 -管道實際長度，m； L2 -管道上附件的當量長度，m。 實際管道計算長度L乘以該管段單位長度摩擦阻力損失，就可得到該管段的壓力損失,第二節(jié) 燃氣分配管道計算流量,燃氣分配管網(wǎng)供氣方式 燃氣分配管道計算流量的確定 燃氣分配管道途泄流量的確定 節(jié)點流量,一)燃氣分配管網(wǎng)供氣方式,只有轉(zhuǎn)輸流量的管段,只有途泄流量的管段,有途泄流量和轉(zhuǎn)輸流量的管段,燃氣分配管網(wǎng)的各管段根據(jù)連接用戶的情況，可分為三種,燃氣分配

7、管段的負荷變化示意圖,對于管段AB，途泄流量為Q1，轉(zhuǎn)輸流量為Q2 管道起點A處，流量為轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量之和； 管道終點B處，流量僅為Q2,而管段內(nèi)各段面處的流量是不斷變化的，數(shù)值處于二者之間。 若假定沿管線長度向用戶均勻地配氣，則沿線流量變化呈直線關系,二)燃氣分配管道計算流量的確定,確定變負荷管段的計算流量 原則-以計算流量求得的管段壓力降應與變負荷管段的實際壓力降相等,式中：Q-計算流量，Nm3/h； Q1-途泄流量，Nm3/h； Q2-轉(zhuǎn)輸流量，Nm3/h； -流量折算系數(shù)，它與途泄流量與轉(zhuǎn)輸流量之比、沿途支管數(shù)有關,計算流量先用轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量的組合來表示,1、實際壓力降的求解,

8、采用微元的方法求解管段的實際壓力降 簡化：管段上有n條分支管，各分支管間距均相等，并且每條分支管的途泄流量q也相等，n條分支管就管段AB均勻地分成了n+1條小管段,壓降計算公式,流進管段的總流量,QN=Q2+Q1,每一條分支管段的流量,在AB上取任一小段y，該管段上的流量用Qy表示，則,令,x是途泄流量Q1與總流量QN的比值，0 x1,則,所以,整個管段的壓力降為,將括號內(nèi)各項以麥克勞林級數(shù)展開，取其前三項，并將（n+1）式相加，得,整理得,壓降計算公式,在總流量QN一定時，整個管段的壓降為支管數(shù)n與途泄流量的函數(shù)關系式,2、以計算流量求壓力降,把 帶入壓降計算公式,由,得,水力計算公式中冪指

9、數(shù)為1.75時所得值,對于燃氣分配管道，分支管數(shù)一般不少于510個，x值在0.31.0之間。此時系數(shù)在0.50.6之間，水力計算公式中冪指數(shù)等于1.752.0時，值的變化并不大；實際計算中均可采用平均值=0.55。 故燃氣分配管道的計算流量公式為,1.途泄流量的范圍： 途泄流量只包括大量的居民用戶和小型公共建筑用戶。 用氣負荷較大的公共建筑用戶應作為集中負荷來計算。 2.兩點假設： 供氣區(qū)域內(nèi)居民用戶和小型公共建筑用戶是均勻分布的； 途泄流量只取決于居民的人口密度,三)燃氣分配管道途泄流量的確定,3.計算步驟,對如圖所示的小區(qū)，計算步驟如下,管段途泄流量的計算過程,a）在供氣范圍內(nèi)，按不同的居

10、 民人口密度或道路和建筑物的布局劃分街區(qū)A、BF。 （b）分別計算各個街區(qū)居民用氣量及小型公共建筑年用氣量、小時計算流量，并按照用氣量的分布情況布置配氣管道1-2、2-3 （c）根據(jù)每個街區(qū)的燃氣計算流量和燃氣管道的長度，計算管道單位長度向該街區(qū)供應的途泄流量,d）求管段的途泄流量,管段的途泄流量等于單位長度途泄流量乘以該管段的長度。 若管段是兩個小區(qū)的公共管道，需同時向兩側(cè)供氣時，其途泄流量應為兩側(cè)的單位長度途泄流量之和乘以管長,四) 轉(zhuǎn)輸流量的確定,a、確定各管段途泄流量； b、從管段末段向上反推,例1 枝狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計算,枝狀管網(wǎng)如下圖所示，已知各管段途泄流量，試確定各管段轉(zhuǎn)輸流量及

11、計算流量,1,2,3,4,5,例題2 環(huán)狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計算,已知途泄流量，求轉(zhuǎn)輸流量 計算流量,2,3,4,5,1,60,80,130,110,100,第三節(jié) 枝狀管網(wǎng)水力計算,枝狀管網(wǎng)水力計算特點 枝狀管網(wǎng)水力計算步驟,一、枝狀管網(wǎng)水力計算特點,管段數(shù)等于節(jié)點數(shù)減1 氣源至各節(jié)點一個固定流向 送至某一管線的燃氣只能由一條管線供氣，流量分配方案唯一 任一管段流量等于該管段以后所有節(jié)點流量之和（順氣流方向），管段流量唯一 改變某一管段管徑，不影響管段流量分配，只導致管道終點壓力的改變 各管段未知數(shù)：直徑與壓力降兩個,二、枝狀管網(wǎng)水力計算步驟,對管網(wǎng)的節(jié)點和管道編號。 根據(jù)管線圖和用氣情況，確定

12、管網(wǎng)各管段的計算流量。 選定枝狀管網(wǎng)的干管，根據(jù)給定的允許壓力降確定管線單位長度上的允許壓力降。 根據(jù)管段的計算流量及單位長度允許壓力降預選管徑。 根據(jù)所選定的標準管徑，反算管段實際沿程壓力降和局部壓力降，并計算總的壓力降。 檢查計算結(jié)果。若總的壓力降未超過允許值，并趨近允許值，則認為計算合格，否則應適當變動管徑，直到總壓力降小于并盡量趨近允許值為止,第四節(jié) 環(huán)狀管網(wǎng)的計算,環(huán)狀管網(wǎng)的特點 環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算方法 環(huán)狀管網(wǎng)的水力平差計算 環(huán)狀管網(wǎng)的計算舉例,一）環(huán)狀管網(wǎng)的特點,某一管段同時可由1條或幾條管道供氣，并有許多不同的分配方案 若改變環(huán)網(wǎng)某一管段的管徑，就會引起管網(wǎng)流量的重新分配并改變

13、各節(jié)點的壓力值，而枝狀管網(wǎng)的某一管段直徑變動時，只導致該管段壓力降數(shù)值的變化，而不會影響流量分配。 枝狀管網(wǎng)水力計算只有直徑和壓力降兩個變量，而環(huán)狀管網(wǎng)水力計算則有直徑、壓力降和計算流量三個未知量,二）環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算方法,節(jié)點連續(xù)性方程 環(huán)壓降閉合差為零,1、環(huán)狀管網(wǎng)流動規(guī)律,2、環(huán)狀管網(wǎng)水力計算步驟,手工方法解環(huán)方程的計算方法（管網(wǎng)的平差計算,預先分配流量,計算單位長度壓力降,預選管徑,計算各環(huán)的壓力降閉合差,計算結(jié)束,0,0,重新分配流量,環(huán)狀管網(wǎng)水力計算通常采用解管段方程組、解環(huán)方程組和解節(jié)點方程組的方法。 是對壓降方程、連續(xù)性方程和能量方程的聯(lián)立求解,環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算過程，就是重

14、新分配各管段的流量，反復計算，直到同時滿足連續(xù)性方程和能量方程組為止，這一計算過程稱為管網(wǎng)平差,繪制管網(wǎng)平面圖，對節(jié)點、管段、環(huán)網(wǎng)進行編號、并標明管道長度、集中負荷、氣源或調(diào)壓站的位置； 計算管網(wǎng)各管段的途泄流量； 按氣流沿最短路徑從供氣點流向零點的原則，擬定環(huán)網(wǎng)各管段中的燃氣流向。氣流的方向總是流離供氣點，而不應逆向流動。 從零點開始，逐一推算管段的轉(zhuǎn)輸流量； 求管網(wǎng)各管段的計算流量,預選管徑： a.由管網(wǎng)的允許壓降及供氣點至零點的計算長度確定單位長度允許的壓降； b.由單位長度允許壓力降預選管徑； c.將管徑化為規(guī)格系列。 初步計算管網(wǎng)各管段的壓降及每環(huán)的壓力降閉合差； 管網(wǎng)平差計算，求每

15、環(huán)的校正流量，使所有封閉環(huán)網(wǎng)壓力降的代數(shù)和等于零或接近于零，達到工程容許的誤差范圍。 驗證總壓降，若滿足要求，計算結(jié)束；不滿足，重復、 、,4、校正流量的計算,經(jīng)初步計算后環(huán)網(wǎng)中各管段的管道直徑已定，但第環(huán)和第環(huán)的壓力降的代數(shù)和均不等于零。 第環(huán)的壓力降閉合差為P； 第環(huán)的壓力降的閉合差為P,低壓管網(wǎng) 假設條件： 水力光滑區(qū) 引入校正流量后，各管段氣體流動狀態(tài)不變 各管段壓降計算式,式中：P管段的壓力降； Q燃氣流量； 管道阻抗，其中包括物理常數(shù)、管段長度和直徑。系數(shù)的值隨氣流流動狀況的改變而改變,由初步計算結(jié)果，用壓降方程表示,用流量形式表示,為不破壞節(jié)點的流量平衡，采用校正流量，以校正環(huán)網(wǎng)

16、的閉合差。 在環(huán)中引入校正流量Q，在環(huán)中引入校正流量Q，并且規(guī)定校正流量的方向為順時針方向,根據(jù)方程組可以得到Q、Q的表達式,分析： 第一項為未考慮鄰環(huán)校正流量的影響而得到的計算環(huán)的校正流量值； 第二項則考慮到鄰環(huán)校正流量對計算環(huán)的影響,對于任意環(huán)， 的一般式可寫為： 流量的第一個近似值,稱為校正,稱為校正流量的第二個近似值，其表達式中含有鄰環(huán)的,校正流量，用鄰環(huán)校正流量的第一個近似值來代替校正流量， 另外，考慮到任何環(huán)都有多個和鄰環(huán)共用的管段， 的一般形式可以寫為,式中： 鄰環(huán)校正流量的第一個近似值； 與鄰環(huán)共用管段的 值,校正流量的一般表達式,對于環(huán)網(wǎng)的平差計算步驟，可按照這樣的順序來進行

17、,1）計算各環(huán)的 ， （2）計算各環(huán)的校正流量 = + （3）以環(huán)校正流量值校正各管段的計算流量 （4）驗證各環(huán)壓降閉合差 若不滿足閉合差要求，重復第（1），直至滿足精度要求為止,高中壓,低壓,已知 低壓管網(wǎng) 各管段長度 各環(huán)面積 人口密度 用氣量指標 3、6節(jié)點集中用戶 天然氣物性 管網(wǎng)計算壓力降,四）環(huán)狀管網(wǎng)的計算舉例,解： 繪圖 計算各環(huán)單位長度途泄流量,解： 繪圖 計算各環(huán)單位長度途泄流量 確定各管段初步計算流量,第五節(jié) 室內(nèi)燃氣管道的計算,考慮附加壓頭； 局部阻力損失的計算； 管段計算流量的確定（同時工作系數(shù)法,室內(nèi)燃氣管道的計算需根據(jù)燃具的布置、燃具的數(shù)量以及燃具的灶前壓力的要求，

18、確定室內(nèi)管道走向，通過水力計算，確定管徑。下面以某居民住宅為例，說明室內(nèi)燃氣管網(wǎng)的一般計算過程,例：如圖所示某五樓居民住宅，每戶安裝兩眼燃氣灶一具，額定流量1.6m3/h，燃氣室內(nèi)管及用氣管的允許壓力降為200Pa，求管道直徑。燃氣相對密度為0.6，室內(nèi)溫度15,計算步驟如下： 1、管道節(jié)點按順序編號，標出各管段的長度,8.5,0.5,8,2.3,2.9,2.9,2.9,0.5,1.5,2、根據(jù)各管段供應的用具數(shù)及其同時作用系數(shù)計算管段計算流量,管道供應戶數(shù)： 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,同時工作系數(shù)： 1-2

19、 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、根據(jù)各管段供應的用具數(shù)及其同時作用系數(shù)計算管段計算流量,各管段計算流量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,單位長度上的允許壓力降： 200/(301.5) =4.44Pa/m 并以此初選各管段的管徑,3、估計室內(nèi)管道的局部阻力為沿程阻力的50%，根據(jù)室內(nèi)管道允許壓力降和管道的總長度，求單位長度的允許壓力降,各管段管徑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、根據(jù)管徑