燃氣管網(wǎng)水力計算

1、第六章第六章 城市燃氣管網(wǎng)的水力計算城市燃氣管網(wǎng)的水力計算 n燃氣管網(wǎng)水力計算的任務(wù)： 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(guān)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(shè)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第六章 城市燃氣管網(wǎng)的水力計算城市燃氣管網(wǎng)的水力計算 第一節(jié)第一節(jié) 城市燃氣管道水力計算公式和計算圖表城市燃氣管

2、道水力計算公式和計算圖表n低壓燃氣管道阻力損失計算公式 n高中壓燃氣管道阻力損失計算公式n燃氣管道阻力損失計算圖表n計算示例n附加壓頭 n局部阻力一、低壓燃氣管道水力計算公式一、低壓燃氣管道水力計算公式n層流區(qū)(Re3500) n鋼管、塑料管： n鑄鐵管： 004010TTdQ1013. 1LP00520504061010 .231078 .1111088. 1TTdQdQdQLP0052025. 0062 .1921089. 6TTdQQddLP00520284. 006515811039. 6TTdQQddLP二、高中壓燃氣管道水力計算公二、高中壓燃氣管道水力計算公式式n鋼管、塑料管：n鑄

3、鐵管： 0052025. 00622212 .192104 . 1TTdQQddLPP00520284. 006222151581103 . 1TTdQQddLPP三、燃氣管道水力計算圖表三、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(yīng)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：計算圖表的繪制條件：1 1、燃氣密度、燃氣密度按按 計算，使用

4、時不同的燃計算，使用時不同的燃氣密度要進行修正。氣密度要進行修正。301Kg/Nm低壓管道：低壓管道：10)(lplp高中壓管道：高中壓管道：1222122210)(lpplpp2 2、運動粘度：、運動粘度：人工燃氣：人工燃氣：天然氣：天然氣：/sm1015/sm102526263 3、取鋼管的當(dāng)量絕對粗糙度、取鋼管的當(dāng)量絕對粗糙度：0.00017m例例 題題 1 1：已知：已知：人工燃氣的密度人工燃氣的密度 ， 運動粘度：運動粘度： 300.5Kg/Nm/sm1025261515時燃氣流經(jīng)時燃氣流經(jīng)l=100ml=100m長長的低壓燃氣鋼管，當(dāng)流量的低壓燃氣鋼管，當(dāng)流量Q Q0 010Nm1

5、0Nm3 3/h/h時，管段壓力降時，管段壓力降為為4Pa4Pa，求該管道管徑求該管道管徑。圖表法：圖表法：解：解：公式法公式法：假設(shè)為層流：將：假設(shè)為層流：將05207TTdL106.26lpRe64vdRe 和和代入：代入：得：得：d=78.16mm,d=78.16mm,取標準管徑取標準管徑80mm80mm。據(jù)據(jù)d d計算計算Re=17682100,Re=17682100,層流區(qū)。假設(shè)正確，計算有效。層流區(qū)。假設(shè)正確，計算有效。/m)0.04(p1004)(a0.50lp/m)0.08(p0.50.04)(a10lp據(jù)流量和壓降查表得：據(jù)流量和壓降查表得：d=80mmd=80mmn已知人工

6、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。n公式法公式法n圖表法圖表法例例 題題 2 2：0052025. 00622212 .192104 . 1TTdQQddLPPm/)kPa( 1 . 3LPP2122210m/)kPa(2.170.71 . 3LPP20.7222102.17200P150222由于空氣與燃氣密度不同，當(dāng)管道始、末端存在標高差時，在燃氣管道中將產(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

7、附加壓頭計算在內(nèi)。四、附加壓頭四、附加壓頭 HgPga計算公式：計算公式：agH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，mgaga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。n某多層住宅，燃氣室內(nèi)立管終端標高某多層住宅，燃氣室內(nèi)立管終端標高17m，引入管始端，引入管始端標高標高0.6m，密度，密度0.71kg/Nm3，計算附加壓頭；又已，計算附加壓頭；又已知引入管起點壓力知引入管起點壓力P1=1000Pa， 80Pa，求，求P2。6Pa.100HgPga局部沿程PP1P20.6m17m五

8、、局部阻力損失計算五、局部阻力損失計算 n城市燃氣管網(wǎng)計算時，管網(wǎng)的局部損失一般以沿程損失的510%估計. n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(yīng)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(dāng)量長度法。 當(dāng)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

9、絕對溫度，K，T0=273K。0022TTP01、公式法：、公式法：n當(dāng)量長度不但與局部阻力系數(shù)有關(guān)，還與管徑、沿程阻力系數(shù)有關(guān) 002200222TTdLTTPdL22 2、當(dāng)量長度法、當(dāng)量長度法n因此，管件的局部壓力降等于其當(dāng)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(yīng)為 L= L1 + L2式中：式中：L1 -管道實際長度，m； L2 -管道上附件的當(dāng)量長度，m。 n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)第二節(jié) 燃氣分配管道計算流量燃氣分配管道計算流量 n燃氣分配管網(wǎng)供氣方式燃氣分配管網(wǎng)供氣方式 n燃氣

10、分配管道計算流量的確定燃氣分配管道計算流量的確定n燃氣分配管道途泄流量的確定燃氣分配管道途泄流量的確定 n節(jié)點流量節(jié)點流量 ( (一一) )燃氣分配管網(wǎng)供氣方式燃氣分配管網(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： 燃氣分配管段的負荷變化示意圖燃氣分配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

11、用戶均勻地配氣，則沿線流量變化呈直線關(guān)系。( (二二) )燃氣分配管道計算流量的確定燃氣分配管道計算流量的確定 n確定變負荷管段的計算流量n原則-以計算流量求得的管段壓力降應(yīng)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(guān)。計算流量先用轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量的組合來表示21QQQ1 1、實際壓力降的求解、實際壓力降的求解采用微元的方法求解管段的實際壓力降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，

12、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：壓降計算公式： lKQP75. 1流進管段的總流量：流進管段的總流量： QN=Q2+Q1每一條分支管段的流量：每一條分支管段的流量：nQq1在AB上取任一小段y，該管段上的流量用Qy表示，則q1yQQNylqyQKPNy75. 1) 1(NQQx1令：令：x是途泄流量是途泄流量Q1與總流量與總流量QN的比值，的比值，0 x10 x1NxQQ 175. 175. 1) 1(1 nxylKQPNynxQqN則：則：所以：111175. 175. 11) 1(1 1nynyNynxynLKQPPn整個管段的壓力降為：整個管段的壓力降為：

13、n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：222222) 11(66. 0) 11(75. 11) 12(66. 0) 12(75. 11) 11 (66. 0) 11 (75. 11nxnnxnnxnxnxnx222222) 11(66. 0) 11(75. 11) 12(66. 0) 12(75. 11) 11 (66. 0) 11 (75. 11nxnnxnnxnxnxnx)n21(nx66. 0)n21(nx75. 1)1n(22222)1n(n6)1n2)(1n(n275. 11n1ixn1n211. 0 x88. 01)1n(nx)1y(1整理得：整理

14、得：275. 1N1xn1n211. 0 x88. 01LKQP壓降計算公式：壓降計算公式：n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(guān)系式。2、以計算流量求壓力降、以計算流量求壓力降 21QQQ把 帶入壓降計算公式： 75. 175. 1N75. 1N1NN175. 1N75. 1212)x1x(LKQQQQQQLKQL)QQ(KPxxxnnx)1 (1211. 088. 0175. 121PP由得：水力計算公式中冪指數(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.

15、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：故燃氣分配管道的計算流量公式為： 21QQ55. 0Q 1. 1.途泄流量的范圍：途泄流量的范圍：n途泄流量只包括大量的居民用戶和小型公共建筑用戶。n用氣負荷較大的公共建筑用戶應(yīng)作為集中負荷來計算。 2.2.兩點假設(shè)：兩點假設(shè)：n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；n途泄流量只取決于居民的人口密度。( (三三) )燃氣分配管道途泄流量的確定燃氣分配管道途泄流量的確定 3.3.計算步驟計算步驟ABCFED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管段途泄流量的計算過程 n（a）在供

16、氣范圍內(nèi)，按不同的居民人口密度或道路和建筑物的布局劃分街區(qū)A、BF。n（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、2-3n（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(yīng)的途泄流量。 LQq1ABCFED166554433221LLLLLLQqAA11221LLQqBB7332112LLLQqCCABCFED（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(yīng)為兩側(cè)的單位長度途泄流量之和乘以管長。6161184841

17、3232121211)()()(LqQLqqQLqqQLqqQAEDCABA( (四四) ) 轉(zhuǎn)輸流量的確定轉(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)輸流量及計算流量。12345211Q321Q421Q541Q例題例題2 環(huán)狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計算環(huán)狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計算n已知途泄流量，求轉(zhuǎn)輸流量n計算流量234516080130110100,50Q43250Q5421305080Q3-2218050130Q5-2248018011013060Q2-12 第三節(jié)第三節(jié) 枝狀管網(wǎng)水力計算枝狀管網(wǎng)水力計

18、算n枝狀管網(wǎng)水力計算特點n枝狀管網(wǎng)水力計算步驟一、枝狀管網(wǎng)水力計算特點一、枝狀管網(wǎng)水力計算特點n管段數(shù)等于節(jié)點數(shù)減1n氣源至各節(jié)點一個固定流向n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n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n改變某一管段管徑，不影響管段流量分配，只導(dǎo)致管道終點壓力的改變n各管段未知數(shù)：直徑與壓力降兩個。二、枝狀管網(wǎng)水力計算步驟二、枝狀管網(wǎng)水力計算步驟n對管網(wǎng)的節(jié)點和管道編號。n根據(jù)管線圖和用氣情況，確定管網(wǎng)各管段的計算流量。n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。n根據(jù)管段的計算流量及單位長度允許

19、壓力降預(yù)選管徑。n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。n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(yīng)適當(dāng)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)第四節(jié) 環(huán)狀管網(wǎng)的計算環(huán)狀管網(wǎng)的計算n環(huán)狀管網(wǎng)的特點 n環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算方法n環(huán)狀管網(wǎng)的水力平差計算n環(huán)狀管網(wǎng)的計算舉例環(huán)狀管網(wǎng)的計算舉例 （一）環(huán)狀管網(wǎng)的特點（一）環(huán)狀管網(wǎng)的特點n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n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(dǎo)致該管段壓力降

20、數(shù)值的變化，而不會影響流量分配。n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）（二）環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算方法環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算方法n節(jié)點連續(xù)性方程n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）手工方法解環(huán)方程的計算方法（管網(wǎng)的平差計算）預(yù)先分配流量 計算單位長度壓力降 預(yù)選管徑 計算各環(huán)的壓力降閉合差 計算結(jié)束=00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，就是重新分配

21、各管段的流量，反復(fù)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。n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；n計算管網(wǎng)各管段的途泄流量；n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(yīng)逆向流動。n從零點開始，逐一推算管段的轉(zhuǎn)輸流量；n求管網(wǎng)各管段的計算流量；n預(yù)選管徑：na.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；nb.由單位長度允許壓力降預(yù)選管徑；nc.將管徑化為規(guī)格系列。n初步計算管網(wǎng)各管段的壓降及每環(huán)的壓力降閉合差；n管網(wǎng)平差計算，求每環(huán)

22、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。n驗證總壓降，若滿足要求，計算結(jié)束；不滿足，重復(fù)、 、 4 4、校正流量的計算、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)低壓管網(wǎng)假設(shè)條件：假設(shè)條件：n水力光滑區(qū)水力光滑區(qū)n引入校正流量后，各管段氣體流動狀態(tài)不變引入校正流量后，各管段氣體流動狀態(tài)不變各管段壓降計算式：各管段壓降計算式：75. 1QP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

23、改變而改變。（PPPPPPPPPPPP)()()(76534321由初步計算結(jié)果，用壓降方程表示：由初步計算結(jié)果，用壓降方程表示：n用流量形式表示：用流量形式表示：PQQQQPQQQQ75. 17775. 16675. 15575. 13375. 14475. 13375. 12275. 111n為不破壞節(jié)點的流量平衡，采用校正流量校正流量，以校正環(huán)網(wǎng)的閉合差。n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。 0QQ(QQ()QQ()QQQ(0)QQ()QQQ()QQ()QQ(75. 17775. 16675. 15575. 13375. 14475. 133

24、75. 12275. 111）根據(jù)方程組可以得到根據(jù)方程組可以得到Q、Q的表達式的表達式 ：分析：分析：第一項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；第二項第二項則考慮到鄰環(huán)校正流量對計算環(huán)的影響。 IIII33II33QQQQPQPQP75. 1PQQQQQPQPQP75. 1PQ對于任意環(huán)， 的一般式可寫為： 流量的第一個近似值。Q稱為校正Q 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：Q QPQPQQnsnn 式中： 鄰環(huán)校正流量的第一個近似值；

25、 與鄰環(huán)共用管段的 值。nnQnsQP QPQPPQ75. 1QPQPQQPPnsnn 75. 1QQQ校正流量的一般表達式：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：對于環(huán)網(wǎng)的平差計算步驟，可按照這樣的順序來進行： （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(fù)第（1），直至滿足精度要求為止。QQ QQQ %1005 . 022PP%1005 . 0PP高中壓低壓n已知已知n低壓管網(wǎng)n各管段長度n各環(huán)面積n人口密度n用氣量指標n3、6節(jié)點集中用戶n天然氣物性n管網(wǎng)計算壓

26、力降n解：解：n繪圖n計算各環(huán)單位長度途泄流量n解：n繪圖n計算各環(huán)單位長度途泄流量n確定各管段初步計算流量第五節(jié)第五節(jié) 室內(nèi)燃氣管道的計算室內(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）。12345678910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，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。 8.50.582.32.92.92.90.51.52、根據(jù)各管段供應(yīng)的用具數(shù)及其同時作用系數(shù)計算管段計算流量。 12345678910管道供應(yīng)戶數(shù)：1-2 10 6-7 22-3 9 7-8 13-4 5 8-9 14-5 4 9-10 15-6 3同時工作系數(shù)：1-2 0.54 6-7 12-3 0.56 7-8 13-4 0.68 8-9 14-5 0.75 9-10 15-6 0.85NQKQn02、根據(jù)各管段供應(yīng)的用具數(shù)及其同時作用系數(shù)計算管段計算流量。 12345678910各管段計算流量Nm3