燃气管网的水力工况

高、中压燃气管网的压降，即管网始 、末端压力之差，应按管网的投资和运行 费用进行经济技术比较后确定，此外还应 考虑城市规模，远、近期城市燃气的发展 状况和现有压缩机运行能力等。
管网末端压力主要由管网末端调压器 的最小进口压力和过滤器的阻力确定。
§6-2 低压管网的水力工况
一、管网系统起点压力(即调压器的出口 压力)为定值时的工况
低压燃气管网（包括庭院和室内 管）总的计算压力降为：
ΔP=( k1-k2 ) Pn =（1.5-0.75）Pn=0.75Pn
最小压力系数k2<1时的工况分析
当管网的起点压力为定值时，燃具前的压力 随着管网负荷的变化而变化，管网负荷最小时燃 具前的压力最大，随着管网负荷的增加，燃具前 的压力将随之降低，管网负荷最大时，燃具前出 现最小压力。只有k2=1时，燃具前的最小压力等 于额定压力。若取k2<1，即允许燃具在最大负荷 时处在小于额定压力下工作。
[例6-2]已知人工燃气燃烧器的额定压力Pn=1000Pa ，管道内径D=156mm（φ165×4.5），燃气的相对
密度S=0.328，Qmax=1000m3/h，试确定调压器出口 压力Pg和孔板直径d0，并绘图表示β=1时燃烧器前压 力可能的波动范围。
[解] 调压器出口压力：
Pg=1.2Pn=1.2×1000=1200 （Pa）
2m
27.5 104
Qm2 axS D4 Pn
上式为孔板的计算公式。然后由表6—5
或图6—6求出孔板直径d0（曲线和表是按标 准的流量系数作出的）。
系统起点压力及用户燃具前压力随负荷 变化的关系式：
P1 1.2 0.3x 2 Pn
Pb 1.2 0.3x 2 0.75 x1.75
Pn
调压器和孔板联合工作，β值取1和0.5时 ，和随x变化的曲线，见图6—7。
式中： Qmax——燃气流量，m3/h； S——燃气相对密度；
D——管道内径，mm。
它给出了在一定的调压器出口压力Pg和 一定的孔口截面积mF的条件下，管网起点 压力P1随流量比x的变化关系。
在选择Pg和mF时，应保证燃具前的压 力波动在0.75≤ ≤1.2的范围内 ，这时，系
统起点压力变化范围应是1.2Pn～1.5 Pn。
由此可得： x2+(k1-k2)x1.75-k1=0
以k1=1.5代入得出k2与x的对应关系。
x 1 0.98 0.96 0.94 0.9 0.85 0.8 0.759 k2 1 0.941 0.879 0.813 0.671 0.467 0.228 0
当k2<1时，随着k2值的减小，管道流量与计 算流量之比x值也越来越小，但二者的减小程度 不同，当k2=0时, x =0.759，远远大于0。这是因 为当管道中的实际流量小于计算流量时，管道的 实际压力降也小于计算压力降。管道的压力降加 上用户燃具前的压力等于管道的起点压力，在起 点压力为定值的系统中，管道实际压力降减小， 使得剩余压力降加大，即按k2、Pn计算的燃具前 压力增大，其相应的流量随之增大。
二、按月（或季节）调节调压器出口压 力时的水力工况
三、随管网负荷变化调节调压器出口压 力时的水力工况
一、管网系统起点压力(即调压器的出口
压力)为定值时的工况
计算压力降
利用系数
在计算工况下， P1=Pb+βΔP
在任意用气工况时， P1=Pb+βΔPp
管道压力降和流量的关系如下：
Pp P
Qp Q
1.75
管网起点压力方程式:
P1
Pg
Q2 2m 2 F 2
式中： m——孔口与管道截面之比。
F——管道截面积，cm2。
α——孔板流量系数；
其中Pg是调压器所应保证的压力，可用改 变调压器薄膜上荷重的方法来调整。
调压器和孔板联合工作时的特性方程式:
P1
Pg
8.25 10 4
1
m 2
Qm2 axS D4
x2
第六章 燃气管网的水力工况
第六章 燃气管网的水力工况
§6-1 管网计算压力降的确定 §6-2 低压管网的水力工况
§6-1 管网计算压力降的确定
一、用户的压力波动及其影响因素 二、管网计算压降的确定 三、低压管网的水力工况
ΔP
ΔP′
A C1 E′ C1
C2 F′
A C2
C3 B C4
G′ C3
B′ C4
注：此调节方法是假设所有用户的β值均相 同的理想情况下，来确定调压器出口压力 的最佳曲线。
在调压器出口安装节流孔板的方法使调压器 的出口压力随着负荷的变化而进行调节如图6—5 所示。
1
2
A
B
4
3A
B
ΔP0
ΔPc
P1
PA Pg
P2
稳定段 50D
图6 5 调压器和节流孔板联合工作时的压力曲线
图6—5 调压器和节流孔板联合工作时的调节曲线
现以k1=1.5,k2=0.75为例分析管道的压力 工况。
当k1=1.5,k2=0.75时，系统起点压力1.5Pn 等于燃具前压力0.85Pn和管道压力降0.65Pn 之和。
从上述分析可见，取k2=0.75，在高峰用 气时，仅满足了最大负荷的92%(x=0.92)。
➢高、中压燃气管网计算压力降的确定
2.在β=1时，作图比较冬、夏季（以8月份为 例）燃具前压力在不同流量比时的波动范围 。
三、随管网负荷变化调节调压器出口压 力时的水力工况
随管网负荷变化调节调压器出口压力时, 管网起点压力是根据在任意工况下，燃具前 的压力等于或接近额定压力而确定的。
P1=Pb＋βΔPp= Pb+βΔPx1.75 取β=1、Pb=Pn、ΔP=0.75Pn ,则
二、管网计算压降的确定
➢低压管网计算压降的确定 管网的计算压力降ΔP应等于用户处燃
具压力的最大波动范围，即
ΔP =Pmax-Pmin =(K1-K2)pn
式中 Pmax、Pmin——燃具的最大和最小允许 压力，Pa。
k1、k2——最大压力系数和最小压力系数； Pn——燃具的额定压力，Pa。
• 燃具的额定压力Pn增大，管网计算压力降ΔP 就会随之增大，从而可降低金属用量，节约管网投 资。而Pn越大，对设备的制作和安装质量要求越 高，管网的运行费用也越大.
1.2
1.0
0.8
P1/Pn Pb/Pn
5
1 2 4
Pb/Pn 3
x=0.794
0.6
0.4
0.2
x
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
图6-2 起点压力为定值时，燃具压力随流量的变化曲线
图6—2 起点压力为定值时，燃具压力随流量的变化曲线
存在问题：
在系统起点压力为定值的情况下，燃具大部 分时间在超出额定压力的情况下工作。因此，调 压器出口压力若不随燃气用量的变化而进行相应 调节,那么燃具就不能在良好的状况下工作；如 果调压器的出口压力按用气负荷的变化进行相应 调节,就可以减小燃具前的压力波动范围,提高燃 具工作的稳定性。
P1 1 0.75 x1.75 Pn
P/Pn 1.5 1.4
1.2
1
P1/Pn
Pb/Pn
3
1.0
Pn
Pb/Pn 2
0.8
x=0.794
0.6
0.4
0.2
x
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
图6—4 P图16与-4 PP1n与的P 的最最佳佳压压力调力节调曲线节曲线
在0≤x ≤0.794时,为保持燃具前的压力 Pb=Pn，调压器出口压力应按曲线1进行 调节。当x≥0.794时,调节器出口压力P1达 到最大值1.5 Pn ,并应维持1.5 Pn 不变， 而随着x的增大，即x=0.794～1,燃具前的 压力将逐渐减小。
当k2<1时，不能保证高峰用气。设用气 高峰时，管网和用户的实际流量Qp与计算流 量Q的比值为x，即Qp=xQ。
在用气高峰时，燃具前压力Pb和管道 压力降△Pp之和等于管道起点压力P1,即
P1= Pb +△Pp
或 k1Pn=s2(xQ)2+s1(xQ)1.75
又在计算工况下： ΔP=(k1-k2)Pn=s1Q 1.75 Pn=s2Qn2
• 若 Pn取得过小，运行费用降低但管网的投资 会增加.
因此，在选取Pn时要进行综合的技 术、经济比较。
增大燃具的压力波动范围，就可以 增大管网计算压力降，节省金属用量。 但是，燃具的正常工作却要求其压力波 动不超过一定的范围。
实际测定表明，当燃具前压力波动为 0.5Pn～1.5Pn时，燃烧器的性能能够达到 燃具质量标准的要求，即k1=1.5，k2=0.5 ，但实际k2=0.75是可行的。
图6 8 和 随x的变化曲线
图6—8 P1与Pb随x的变化曲线
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二、按月（或季节）调节调压器出口压 力时的水力工况
按月（或按季节）调节调压器的出口压力， 即在用气量较低的月份降低调压器出口压力，可 以缩短燃具在超负荷情况下的工作时间，提高燃 具工作的稳定性。调压器出口压力的调整值应满 足该月最大小时用气量时燃具前的压力为额定压 力。
各月调压器的出口压力P1可按下述步骤确 定:
x1.75
可得管网压力的基本方程式：
P1=Pb+x1.75βΔP
系统起点压力为定值，即取P1=1.5Pn ，取计算压力降ΔP=0.75Pn代入上式，整 理得：
Pb 1.5 0.75 x1.75
Pn
反映了在一定β值情况下，任意用户 燃具前的压力比和流量比x的函数关系。
P/Pn 1.5 1.4
1.确定各月最大小时流量与管道计算流量 的比值xm
2.根据各月的xm值，计算压力降 ΔPp=ΔP（xm）1.75
3.确定各月调压器的出口压力，即
P1=Pn＋ΔPp
例：已知上海一年中各月的月不均匀系数如 表2-3所示。燃具的额定压力Pn=1000Pa， 按月调节调压器出口压力，试求：
1.各月的调压器出口压力。
1—调压器；2—导压管；3—孔板；4—管道
调压器将以孔板后的静压Pg为定值。当燃气用 量增加时,在孔板处的气流动压也增加, 管网起点的 燃气压力P1就会增高；反之，当燃气用量减少时, 管网起点的燃气压力P1就会减小。即管网起点压力 随燃气用量的变化而变化。可通过选择不同的孔板
孔径d0，得到不同变化幅度的管网起点压力P1。
P/Pn 1.5 1.4
1.2
1.0
0.8
P1/Pn Pn
1
Pb/Pn
3
Pb/Pn
2
x=0.6 x=0.794
0.6
0.4
0.2
x
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
图6
7
调压器和孔板联合工作时的
P1 Pn
和
Pb Pn
曲线
用孔板调节管网起点压力改善了燃具的工 况，缩小了燃具前压力的波动范围。
•燃具前的最大压力由1.5 Pn降到1.2Pn，其相应的 最大超负荷由+22%降到+10%。 •在β=1时，燃具流量在10%～30%内波动。而绝 大部分用户的压降利用系数是在0.5＜β＜1之间， 故流量偏离额定值在10% ～-13%范围内 。 •由于调压器出口压力调节曲线比较平缓，与图6-4 所示的最佳调节曲线相比，低于额定压力的用户有 所增加。
孔板直径：
2m 27.5104 Qm2 axS 27.5104 10002 0.328 0.13
D4 Pn
1564 1200
由图6—6得 m 0.55 ，因而
d0=0.55×156=85.8（mm）
P(Pa)
1500
1400
P1
1200
1000 Pn
Pb 800
600
400
x
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ΔP″
P1 C1 P C2 P
P2
C4 P
C3 P
AE
F
C1
C2
C1
G
B
C3
C4
C3
AE
F
G
B C4
C2
图6—图16 计算计算工工况况下下管管网网的压的力压曲线力曲线
一、用户的压力波动及其影响因素
用户处的压力及其波动范围主要取决于以 下三个因素：
1.计算压力降的大小和压降利用程度（或 称压降利用系数）； 2.系统负荷（流量）的变化情况； 3.调压器出口压力调节方法。