第5章 燃气管网的水力计算
城市燃气输配燃气管网水力计算
P＝P( x, )
＝ ( x, )
＝ ( x, )
解决问题的思路：
为了求得P、ρ及W必须借助于三个方程：
运动方程
连续性方程
状态方程
两点说明：
管道内燃气的流动为一维流动；
管道内燃气的流动为等温流动。
（一）、运动方程
物体动量的改变等于作用于该流体上所有力的冲量之和
dI N i d
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
P
Q0 T 1.13 10 0 4 L d T0
10
层流区(Re<2100)： 临界区(Re=2100~3500) 紊流区(Re>3500)
4 2 11 . 8 Q 7 10 d Q P T 0 0 1.88 106 1 23.0Q 1 105 d d 5 0 T L 0 0
2 L 3； Q 16 T Z d 管道内径， m ； ρ -----燃气的密度， kg/Nm 0 0 PdP 5 0 P0 dx 2 P 0 1 T Z 2 d 0 0 P 标准大气压，P =101325 Pa； T 燃气绝对温度，K； P2
0
1
T0燃气标准状态绝对温度，T0=273K；Z压缩系数，K； Z0标准状态下的压缩系数； L 管道长度，m；
i
I
Ni d
—微小体积燃气动量的向量 —作用力冲量的向量
1、动量的变化
动量随时间的变化：
指气体微元Fdx，由于在dτ时间内过程的不稳定所发生的改 变量，可表示为：
[( Fdx )W ] ( W ) d Fdxd
低压燃气管道水力计算公式
低压燃气管道水力计算公式-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1燃气管道输送水力计算一、适用公式燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。
但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。
整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。
二、低压燃气管道水力计算公式：1、层流状态 R e≤2100λ＝64/R e R e＝dv/γΔP/L＝×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）2、临界状态 R e＝2100~3500λ＝＋（R e－2100）/（65 R e－1×105）ΔP/L＝×106［1＋（ Q0－7×104dγ）/（－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）3、紊流状态 R e≥35001）钢管λ＝［（Δ/d）＋（68/ R e）］ΔP/L＝×106［（Δ/d）＋（dγ/ Q0）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）2）铸铁管λ＝［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］ΔP/L＝×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa） L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数 Q0——燃气流量（Nm3/h）d——管道内径（mm）ρ0——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和时的燃气运动粘度（m2/s）Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm） R e——雷诺数T——燃气绝对温度（K） T0——273Kv——管内燃气流动的平均速度（m/s）（摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）二、燃气的输配工况条件起点压力——10KPa 最大流速——10m/s燃气密度——Nm3（20℃和浓度20%时）纯轻烃燃气运动粘度——×10－6m2/s（0℃和时）燃气运动粘度——×10－6m2/s（0℃和时）三、钢管阻力降的计算与查表结果注：1、——*因计算数据与实际数据误差过大，已无计算、列表的必要。
简述室内燃气管道水力计算步骤
简述室内燃气管道水力计算步骤
一、室内燃气管道水力计算步骤
1、计算管道参数：确定管道的内径、管道的长度、管道的材料、管道的摩擦系数等。
2、确定燃气流量：根据室内的燃气使用量，确定燃气流量，并根据一定的稳定流计算方法，确定燃气流量的大小。
3、确定管道的出口压力：根据管道的内径及管道材料，确定管道的出口压力。
4、根据给定的流量，确定管道的入口压力：根据管道的出口压力及管道的内径、管道的长度及管道的摩擦系数，确定管道的入口压力。
5、根据确定的流量及入口压力，计算管道的流速：根据管道的入口压力及管道的内径，确定管道的流速。
6、根据流速及管道的摩擦系数，确定管道的所需加压能力：根据管道的流速及管道的摩擦系数，确定管道的所需加压能力。
7、根据确定的管道加压能力，选择合适的加压设备：根据管道的所需加压能力，选择合适的加压设备，以确保管道的正常运行。
燃气管道的流量计算和水力计算公式
燃气管道的流量计算和水力计算公式第一节燃气需用工况城市各类用户的用气情况是不均匀的，是随月、日、时而变化的。
这是城市燃气供应的一个特点。
用气不均匀性可以分为三种，即月不均匀性(或季节不均匀性)、日不均匀性和时不均匀性。
城市燃气需用工况与各类用户的需用工况及这些用户在总用气量中所占的比重有关。
各类用户的用气不均匀性取决于很多因素，如气候条件、居民生活水平及生活习惯机关的作息制度和工业企业的工作班次，建筑物和车间内装置用气设备的情况等，这些因素对不均匀性的影响，从理论上是推算不出来的，只有经过大量地积累资料，并加以科学的整理，才能取得需用工况的可靠数据。
1 、月用气工况影响居民生活及公共建筑用气月不均匀性的主要因素是气候条件。
气温降低则用气量增大，因为在冬季一些月份水温低，故用气量较多，又因为在冬季，人们习惯吃热食，制备食品需用的燃气量增多，需用的热水也较多。
反之，在夏季用气量将会降低。
公共建筑用气的月不均匀规律及影响因素，与各类用户的性质有关，但与居民生活用气的不均匀情况基本相似。
工业企业用气的月不均匀规律主要取决于生产工艺的性质。
连续生产的大工业企业以及工业炉用气比较均匀。
夏季由于室外气温及水温较高，这类用户的用气量也会适当降低。
建筑物供暖的用气工况与城市所在地区的气候有关。
计算时需要知道该地区月平均气温和供暖期的资料。
根据各类用户的年用气量及需用工况，可编制年用气图表。
依照此图表制订供气计划，并确定给缓冲用户供气的能力和所需的储气设施，还可预先制订在用气量低的季节维修燃气管道及设备的计划。
一年中各月的用气不均匀情况用月不均匀系数表示。
根据字面上的意义，它应该是各月的用气量与全年平均月用气量的比值，但这不确切，因为每个月的天数是在28～31天的范围内变化的。
因此月不均匀系数K1值应按下式确定全年平均日用气量该月平均日用气量1k （3-1） 12个月中平均日用气量最大的月，也即月不均匀系数值最大的月，称为计算月。
四、燃气管道的水力计算
0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2+0.3
80 120 90 120 90 120 200
80 120 120 -
160 240 90 120 90 240 200
• 计算节点流量
节点 号 1
相关管段
1-2，1-6
节点流量
0.45×160+0.45×240=180
• 燃气管道总压力降和压力降分配 • • 高压燃气管道局部阻力按沿程压力损失 的5%计算；低压燃气管道局部阻力按沿程 压力损失的10%计算；
• （为了确保燃气管道能安全正常运行而规定的燃气压力 降，用于管网计算平差的校核。）
• 室外低压燃气管道允许压力降计算公式 • △P=0.75Pe
• • • •
• 图中已注明节点 号，环号、管段 长度和每环的煤 气负荷，给出了 需要由管段1~2、 2~3、1~6供应的 环外邻近区域的 负荷以及由节点3、 6引出支线的负荷。 管网中的计算压 力降P=550Pa。 • 1、求各管段的 途泄流量； • 2、拟定气流方 向；
• 计算各环单位长度途泄流量
各环单位长度途泄流量计算环号环内总负荷 （m³ ） /h 环号 环内总负荷 环内管段总 单位长度途泄流 （m³ /h） 长(m) 量[ m³ (h· / m)]
推算管段计算流量
196
322.5 65.5 50 80
115.5
308
504 180
536
153.5
302.5
103.5
• 初步拟定管径
P 550 0.38 Pa / m l 1300 1.1
允许的总压力降550Pa，计算点1到点4（不 利点）的距离为1300米。 根据允许的单位长度的压降和管段的计算长 度，从水力计算图标查管径。
天然气企业燃气工程设计燃气管道计算流量和水力计算
燃气管道计算流量和水力计算1.1城镇燃气管道的计算流量，应按计算月的小时zui 大用气量计算。
该小时zui 大用气量应根据所有用户燃气用气量的变化叠加后确定。
独立居民小区和庭院燃气支管的计算流量宜按本款第4条公式（1.4-2）计算。
1.2居民生活用气量：应根据本地燃料消耗统计数据折算，以每户3.5人计。
此处参考《××市××区燃气专项规划》，取2720MJ/人·年(65万大卡/人·年)。
1.3商业和工业用气量：应根据所有用气设备的额定流量和实际使用情况确定，参见本条规定的a 条和b 条。
无具体数据时，可按附录B 采用。
1) 商业用户燃气计算流量应按所有用气设备的额定热负荷和实际使用情况确定，无实际数据时，可参照附录Q 采用。
不同燃气的换算可按其低热值比计算，固体和液体燃料换算燃气还应考虑热效率，宜按下式计算：（1. 3）式中 V ——燃气用量（Nm 3/d ）；G ——原来使用的燃料量（kg/d ）； Q 1——原用燃料的低热值（kcal/kg ）； η1——原用燃料的燃具热效率（%）； Q 2——燃气低热值（kcal/Nm 3）； η2——燃气燃具热效率（%）。
各种燃料的低热值参照表1. 3-1，使用不同燃料的燃具热效率参照表1. 3-2。
2211ηηQ Q G V =表1. 3-1不同燃料的低热值表1.3-2使用不同燃料的燃具热效率注：①重油热效率比柴油约小5%。
2)工业企业生产用气设备的燃气用量，应按下列原则确定：a定型燃气加热设备，应根据设备铭牌标定的用气量或标定热负荷，采用经当地燃气热值折算的用气量；b非定型燃气加热设备应根据热平衡计算确定；或参照同类型用气设备的用气量确定；c 使用其他燃料的加热设备需要改用燃气时，可根据原燃料实际消耗量计算确定。
d 工业用户由固体或液体燃料改为使用燃气时，可按式（1.3）进行换算，式中的原用燃料量G 和原用燃料的燃具热效率η1应为实际测定值，η2可比照类似工业用气设备采用。
低压燃气管道水力计算公式
燃气管道输送水力计算一、适用公式燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。
但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。
整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。
二、低压燃气管道水力计算公式：1、层流状态 Re≤2100λ＝64/Re Re＝dv/γΔP/L＝1.13×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）2、临界状态 Re＝2100~3500λ＝0.03＋（Re －2100）/（65 Re－1×105）ΔP/L＝1.88×106［1＋（11.8 Q0－7×104dγ）/（23.0Q－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ（T/T）3、紊流状态 Re≥35001）钢管λ＝0.11［（Δ/d）＋（68/ Re）］0.25ΔP/L＝6.89×106［（Δ/d）＋192.26（dγ/ Q0）］0.25（Q2/d5）ρ（T/T）2）铸铁管λ＝0.102［（1/d）＋4960（dγ/ Q）］0.284ΔP/L＝6.39×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa） L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数 Q——燃气流量（Nm3/h）d——管道内径（mm）ρ——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和101.325kPa时的燃气运动粘度（m2/s）Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm） Re——雷诺数T——燃气绝对温度（K） T——273Kv——管内燃气流动的平均速度（m/s）（摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）二、燃气的输配工况条件起点压力——10KPa 最大流速——10m/s燃气密度——1.658kg/Nm3（20℃和浓度20%时）纯轻烃燃气运动粘度——1.92×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）燃气运动粘度——11.1×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）三、钢管阻力降的计算与查表结果注：1、——*因计算数据与实际数据误差过大，已无计算、列表的必要。
燃气管网水力计算公式
燃气管网水力计算公式
1）庭院燃气管道的计算公式：
Q=N Q K K n t ∑0
式中：
Q ——庭院燃气管道的计算流量（Nm 3/h ）；
K t ——不同类型用户的同时工作系数，当缺乏资料时，可取K t =1； K 0——相同燃具或者相同组合燃具数；
N ——相同燃具或相同组合燃具数；
Q n ——相同燃具或相同组合燃具的额定流量（Nm 3/h ）
2）中压管网水力计算公式：
Z T T d
Q 1027.1L P P 052102221ρλ⨯=- ⎥⎦⎤⎢⎣
⎡+-=λλRe 51.23.7d K 2lg 1 式中：
P 1，P 2 ——管道始、末端的燃气绝对压力(kP a )；
Z ——压缩因子，当燃气压力小于1.2MPa （表压）时，压缩因子取1.0； L ——管段计算长度(km)；
Q ——燃气流量(Nm 3／s)；
d ——管道内径(m)；
ρo ——燃气的密度（Kg/Nm 3）；
λ——摩擦阻力系数；
K ——管壁内表面的当量粗糙度（mm ）；
Re ——雷诺数（无量纲）；
3）低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按下式计算：
0527T T d
1026.6p ρλQ l ⨯=∆ 式中： △P ——燃气管道摩擦阻力损失（Pa ）；
λ——燃气管道摩擦阻力系数；
Q ——燃气管道的计算流量（m 3/h ）；
d ——管道内径（mm ）；
ρ——燃气的密度（kg/ m 3）；
T ——设计中所采用的燃气温度（K ）；
T 0——273.15(K)；。
第五章 输气管道水力计算
第一节 输气管道流量的基本公式
dP V 2 V A V g sin V 0 0 dx 2D x t t dV 2 两边同乘dx，并用 代替 VdV ，dz代替sinθ dx
2
整理后得
dx V 2 dV 2 dp gdz D 2 2 dp dx V 2 dV 2 gdz D 2 2
，……，并考虑到 ：
a(S 2 S1 ) a(S 2 S1 S1 SQ ) a(S 2 SQ )
a(S3 S 2 S1 ) a(S3 S 2 S 2 S1 S1 SQ ) a(S3 SQ )
因此上述一系列公式变为：
2 pQ
第五章 输气管道的水力计算
2013-3-29
天然气由气田或气体处理厂进入输气干管，其 流量和压力是稳定的，在有压气站的长输管道两站 间的管段，起点与终点的流量相同，压力也是稳定 的，属于定常流动。
长输管道的末段，有时由于城镇用气量的不均 衡，要承担城镇日用气量的调峰任务。即长输管道 末段在既输气又储气、供气的条件下，它的起点和 终点压力，以及终点流量二十四小时都是不同的， 属于非定常流动。
(aS ) 2 (aS ) 3 将 e 按级数展开 e aS 1 aS 2! 3! 取前面两项（右边取三项）代入公式得：
aS
2 2 pQ (1 aS ) pZ bqm 2 L(1
aS ) 或 qm 4 2
2 2 [ pQ (1 aS ) p Z ]D 5 aS ZRTL(1 ) 2
)
或
2 pQ
2 p Z e a S
bqm
2
e aS 1 L( ) aS
06-燃气管网的水力计算
LⅡ (400 600) 2 2000m
LⅢ (300 450+400) 2 2300m
(4)求单位长度的途泄流量
Q q L
540 3 qⅠ 0.300m （ / m h） 1800 720 3 qⅡ 0.360m （ / m h） 2000
Q
16 2
Q
6-5 1
Q
6-7 1
Q
7 8 1 3
216 169 113 498m / h
Q
65 2
0
78 1
Q
67 2
7 8 2
Q
0
113
Q
Q 0.55Q1 Q2
对于Ⅰ环：
(4)求计算流量
Q 0.55Q Q 0.55 203 549 661
例题 6.1
图为某燃气输气管网， 各管段长度标于图中，3 点处有一集中用户，其 负荷预定由2-3和4-3各提 供50 m3/h。A、B、C三 环供气量分别为540、 720、864m3/h。 （1）求管段1-4的计算 流量（α取0.55）。
例题解析
1、计算各环的单位长度途泄流量，为此 (1)按管网布置将供气区域分为三个小区； (2)求出各环内的最大小时用气量
各环的校正流量为
共用管段的校正流量=本环的校正流量-邻环 的校正流量 如1-2，为Ⅰ与Ⅲ共用的管段，对于Ⅰ环： 1-2，其校正流量为-5.5-(-11.0)=+5.5。对于 Ⅲ环：1-2，其校正流量为-11.0-(-5.5)=-5.5
经过计算，各环的误差值均在10%以内， 因此计算合格。
5、经过校正流量的计算，使管网中 的燃气流量进行重新分配
m3/h减至51 m3/h ，因而零点向点7方向移动了
燃气管网水力计算方法
《现代燃气工程》结课论文------------------------------------------------------------------------题目：燃气管网水力计算姓名：王朋飞学号：S2*******教师：范慧方引言随着能源结构的不断改变，燃气开发规模和应用规模的不断扩大。
城市燃气管网是现代化城市人民生活和工业生产的一种主要能源配送方式，燃气输配管网的设计和运行要求对系统进行水力计算，获取必要的参数。
燃气输配管网系统由高度整体化的管网所组成，在系统内燃气压力和流量变化很大，需要通过水力计算来确定管网中每一管段的尺寸（如管径、管径）、材质等参数以及压缩机的台数功率以保证既向用户合理地供应天然气，又能降低操作管理费用。
[1]同时，考虑在满足用户用气量的前提下，当某一条或几条管道的使用有一定的压力要求时，水力计算数据可确定在这种最大承受压力下管道各个节点的压力，从而保证管网的正常运行。
另外，水力计算也用于调整各个调压阀的出口压力来适应事故工况下输送压力的要求。
随着燃气事业的发展，燃气输配管网系统也日趋庞大和复杂，为了掌握燃气在管道内的运行规律，合理地确定管道系统的设计和改造方案，保证管道系统的优化运行，提高管道系统的调度管理水平，解决管网流动的动态特性，在一些比较大型的城市燃气管网的水力计算分析中，必须要依靠相关的计算分析软件进行，以减少手工量和人工误差。
1燃气管网水力计算燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃气的流动是不稳定流，由压送机站开动压缩机不同台数的工况以及用户用气量变化的工况，这些因素都导致了燃气管道内燃气压力和流量的变化。
管内燃气沿程压力下降会引起燃气密度的减小。
但是在低压管道中燃气密度变化可以忽略不计。
所以，除了单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线要用不稳定流进行计算外，在大多数情况下，设计燃气管道时都将燃气流动按稳定流计算。
此外，很多情况下，燃气管道内的流动可认为是等温的，其温度等于埋管周围土壤的温度。
第五章输气管道水力计算
第五章输气管道水力计算输气管道是将天然气从生产地运输到用户的重要通道，而输气管道水力计算是为了保证管道的安全运行和正常供气提供依据。
本章主要介绍输气管道水力计算的基本原理、方法和步骤。
一、输气管道水力计算的基本原理输气管道水力计算是根据沿程压力损失的原理，通过确定气体流量、管道尺寸和气体特性等参数，计算管道内气体的流量、速度、压力和泄漏等水力特性，以便确定管道的设计参数。
1.流量计算原理天然气输送的基本单位是标准立方米（Sm3），常用单位是立方米每小时（m3/h）。
流量计算的原理是根据其中一段管道中气体的压力、温度和流量，使用状态方程和流量公式计算出标准流量。
2.流速计算原理天然气在管道内的流速主要由管道尺寸和气体特性决定。
流速计算的原理是根据流量和管道截面积计算出流速，从而判断管道内气体的流动状态。
3.压力计算原理压力损失是指气体在输送过程中由于摩擦、弯头、阀门等引起的压力降低。
压力计算的原理是根据管道段内的阻力系数、流速和管道长度计算出压力损失，并根据起始压力和压力损失计算出终点压力。
4.泄漏计算原理泄漏是指管道系统中气体的无控制泄漏现象，会引起压力降低和能量损失。
泄漏计算的原理是根据管道的压力和泄漏速度计算泄漏量，并通过合理的泄漏措施来保证安全。
二、输气管道水力计算的方法和步骤输气管道水力计算通常包括以下几个步骤：1.确定设计参数根据天然气供应需求和管道的使用要求，确定气体流量、压力、温度和管道材质等设计参数，作为计算的基础。
2.确定管道特性确定管道截面形状、尺寸和摩阻系数等特性参数，以便计算流量、流速、压力和压力损失等水力特性。
3.流量计算使用状态方程和流量公式计算管道中的标准流量，以便确定管道内气体的流动状态。
4.流速计算根据管道截面积和流量计算出流速，并根据流速范围判断管道的液态或气态流动状态。
5.压力计算根据管道段的阻力系数、流速和长度等参数计算压力损失，并根据起始压力和压力损失计算出终点压力。
户内燃气管道水力计算
户内燃气管道水力计算1）计算方法：户内燃气管道压力降ΔP = 管段压力降 + 燃气表压力降 — 附加压力管段压力降 = 沿程压力降 + 局部阻力2）管段压力降计算➢ 方法一：计算局部阻力损失法当燃气流经三通、弯头、变径管、阀门等管道附件时，由于几何边界的急剧改变，燃气流线的变化，必然产生额外的压力损失，称之为局部阻力损失。
在进行城市燃气管网水力计算时，管网的局部阻力损失一般不逐项计算，可按燃气管道摩擦阻力损失的5%-10%进行估算。
对于街坊内庭院管道和室内管道，由于管道附件较多，压力损失主要消耗在局部阻力损失，常需要按下式逐一计算。
△P j ＝∑ξ22W ρ0式中 △P j ——局部阻力的压力损失（Pa ）；∑ξ——计算管段中局部阻力系数的总和（局部阻力系数可查得）； W ——管段中燃气流速（m/s ）； ρ0——燃气的容重（kg/Nm 3）。
管段压力降△P ＝△P l +△P j （△P l —沿程压力降） ➢ 方法二：当量长度计算法局部阻力损失一般用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管段的当量长度L 2。
则管段的计算长度L 等于管段实际长度L 1与局部阻力系数的当量长度L 2之和。
局部阻力系数对应的当量长度可根据下式计算：L 2=λξd ∑⋅式中 d——管道内径（m ）；λ——燃气管道的摩擦阻力系数，计算公式同公式3、4、5、6； 计算长度L=L 1+ L 2，单位长度摩擦阻力损失同公式2。
3）附加压力计算由于燃气与空气的密度不同，当管段始末端存在标高差值时，在燃气管道中将产生附加压头。
因此，计算室内燃气管道及地面标高变化相当大的室外或厂区的低压燃气管道时，应考虑因高程差而引起的燃气附加压力。
燃气的附加压力可按下式计算：附P ∆=g （ρk -ρm ）·△H =9.81×（1.293-0.75）×△H 式中 附P ∆ —沿燃气流动方向管段终端及始端的标高差，计算时注意正负号（Pa ）；ρk — 空气的密度（kg/m 3），一般取1.293；ρm — 燃气的密度（kg/m 3），为方便计算，这里统一取0.75； △H — 燃气管道终、起点的高程差(m)。
燃气输配-05第五章-燃气管网的水力计算
（a）只有转输流量的管段；（b）只有途泄流量的管段； （c）有途泄流量和转输流量的管段
二、变流量低压分配管段计算流量的 确定
1.途泄流量Q1的确定
2.变负荷管段的计算流量的确定
1.途泄流量Q1的确定 几点假设：
（1）途泄流量Q1沿管段均匀输出；
（2）途泄流量只包括大量的居民用户和 小型公共建筑用户。若该管段上连有负荷 较大的用户，应当作集中负荷进行计算；
故变流量分配管段计算流量的公式为：
Q=0.55Q1+Q2
§5-4 管网水力计算 环状管网与枝状管网的主要区别 环状管网水力计算的特点 环状管网水力计算步骤
举例
环状管网与枝状管网的主要区别
1.环状管网由一些管道封闭成环，可同时由 一条或几条管道给某管段输送燃气，而枝 状管段只能由一条管道供气。
2.燃气管道成环连接，是为了保证管网工作 的可靠性，转输流量的分配也必须考虑到 管网工作的最大可靠性。
2.各管段的计算流量
（1）在管网的计算简图上将各管段依次编号， 在距供气点（调压室）最远处，假定零点的位置 （1、3、7和9），同时决定气流的方向；
（2）计算各管段的途泄流量；
（3）计算各管段的转输流量，计算由零点开始 ，与气流相反方向推算到供气点。当集中负荷由 两侧管段供气时，转输流量以各分担一半左右为 宜。
9.将室内燃气管道的总压力降与允许的压力降进 行比较，如不合适，则可调整个别管段的管径。
§5-3 燃气分配管道计算流量
一、燃气分配管道的分类 二、变流量低压分配管段计算 流量的确定
一、燃气分配管道的分类
途泄流量Q1
由管段始端输入的流
量为QN；沿程输出的 流量
转输流量Q2
流经管段，由始端送 至末端，始终恒定不 变的流量
城镇燃气管网的水力计算
·燃 气·城镇燃气管网的水力计算燃气室 向廷海[摘 要] 介绍了燃气管网水力计算的数学模型和求解方法，对求解过程的速度、稳定性和计算精度等问题经分析后给出了解决方案，同时提出了一种管网优化设计方法。
[关键词] 数学模型 矩阵计算 城镇燃气管网1 序言城镇燃气管网水力计算是城市煤气设计的主要工作之一，设计时要求燃气管网既要满足使用的需要，投资又省，又要对运行中的燃气管网能保证合理的生产调度、管网事故模拟及建立处置预案和管网事故的紧急处理。
管网水力计算常用的方法为回路分析法和节点流量法（又称为水力计算法）。
回路分析法只适用于小型的枝状管网，节点流量法具有在不知道管段流量的情况下通过迭代逼近真解的特点，适用于各种大型复杂管网，但该法计算工作量大，手工计算非常困难，通常在计算机上进行。
本文介绍作者在编制燃气管网水力计算程序时对数学模型、求解方法的分析和解决的方案。
2 城镇燃气管网水力计算的数学模型2.1 燃气在管内流动的阻力损失计算燃气在管内流动的阻力损失，即燃气流过某一管段后的压力损失或压差的计算依据是《城镇燃气设计规范》（GB50028-93,1998年版）中的规定，对中、高压管道（定性压力不小于5kPa）：5210222110271T T ρd Q λ.L P P ×=− （1）对低压管道（定性压力小于5kPa ）：5271026.6T T d Q l P ρλ×=∆ （2）2.2 管段导纳及管网导纳矩阵将方程（1）和方程（2）改写成如下形式：Q Q f )(=δ （3）式中δ为管道的压差或压力平方差，f(Q)定义为管道的线性流量阻力损失系数。
上式将管段压差与流量简化成线性关系，管内流动压力损失的所有影响因素归结到系数f(Q)。
燃气管网与电路是可以比拟的，因此与电路中导纳的定义相似，定义线性流量阻力损失系数的倒数为管段导纳G。
如此方程（3）可以改写为：δG Q = （4）对任一管段j，其导纳为g(j)，并按如下方式定义管网的导纳矩阵，它是b 阶对角方阵（b 为管段的数量）：[]0),(),(j g j i G = （5）其中当j=i时，G(j,j)=G(i,j)=g(j)；当j不等于i时，G(i,j)=0。
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5.1 管道内燃气流动的基本方程式
决定燃气流动状态的参数为：压力P、密度ρ和流速W，均沿管长 随时间变化，它们是距离x和时间τ的函数，即:
P P(x, )
(x, )
W W (x, )
(一) 运动方程：
(W ) (W 2 ) P g sin W 2
式5-4
（二）临界状态(Re=2100-3500)
0.03 Re 2100
65 Re 105
P l
1.9 106 (1
11.8Q0 7 104 dv) 23Q0 105 dv
Q02 d5
0
T T0
式5-6
（三） 紊流状态(Re>3500)
钢管
0.11( 68 )0.25 d Re
（一）钢管、塑料管
0.11( 68 )0.25
d Re
P12
P22 L
1.4 109 ( 192.2 dv )0.25
d
Q0
Q02 d5
0
T T0
（二）铸铁管
0.12( 1 5158 dv )0.284
d
Q0
式5-12
P12
P22 L
1.3109 ( 1 d
5.3 燃气分配管网计算流量
一、燃气分配管段计算流 量的确定 燃气分配管网各管段根 据连接用户的情况，分 为三种：
只有转输流量的管段 只有途泄流量的管段 有转输、途泄流量的管
段
二、变负荷低压分配管段计算流量
在设计低压分配管网时，一般只能获 得街坊或区域的总的用气负荷，各用 户用气的原始资料无法详尽，在确定 管段计算流量时，一般应首先确定途 泄流量的大小。
阿里特苏里公式： 0.11( 68 )0.25
d Re
谢维列夫公式：
1
1
( Am Bm )m
(用于新铸铁管 )
d Re
2.适用于一定流态区的专用公式：
（1）水力光滑区
尼古拉茨公式： 0.0032 0.0221
Re 0.237 1 21g(Re ) 0.8
所得方程式是燃气在等温流动时，高压和低压燃气管道计 算的基本公式。
得到：
高、低压(Pa)燃气管道的基本计算公式
P12
P22
1.62
Q02 d5
0 P0
T T0
Z Z0
L
用于低压燃气，上式简化为：
P12 P22 (P1 P2 )(P1 P2) P • 2Pm
从结果可知，系统最大压降值是从用 户引入管至用具14，通过计算，各管 段的管径均可确定。
终端 标高15m，引入管始端标高-0.6m，燃 气密度0.71kg/Nm3，引入管起点压力 P1=1100Pa，燃气由起点到终点的总阻 力损失为80Pa，计算附加压头及立管 终端压力P2。
例题5-1试做六层住宅楼的建筑燃气系
统的水力计算，燃气管道的布置见图 5-6和图5-7，每家用户装双眼灶一台， 额定热负荷4.8×2kW，燃气热值为 18MJ/m3，燃气密度ρ=0.45kg/m3，运 动黏度ν=25×10-6 m2/s.
室内燃气管道计算方法和步骤
(1)先选定和布置用户燃具，并画出管道系统图。 (2)将各管段按顺序编号，凡是管径变化或流量变化处均
对于低压燃气：Pm P0
P1 P2
1.62 2
Q02 d5
0
P0 Pm
T T0
Z Z0
L
0.81
Q02 d5
0
T T0
Z Z0
L
采用习惯采用单位kPa，并考虑城市燃气管道压力一般
在1.6MPa以下，Z≈Z0=1，则高、中燃气管道和低压燃 气管道计算公式为：
P12
P l
L
按上述假设，途泄流量可确定为：
1）在供气范围内按不同居民人口密度 划分成小区。
2）分别计算各小区用气量。即
Qz=Ne 3)计算各小区管段单位长度途泄流量
为：qz=Qz/∑L 4）求各管段的途泄流量，即：
Q1=∑qz.L
二、途泻流量的计算
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或工业用户应作为集中负荷 来进行计算。
当附加压头为正值时，会减少压力降，有助于燃气流 动；当附加压头为负值时，阻碍燃气流动。
计算室内燃气管道及地面标高变化相当大的室外或厂 区的低压燃气管道，应考虑附加压头。
5.2 建筑燃气系统的水力计算
在进行建筑燃气系统水力计算时，应 首先根据土建、给排水、采暖及电气 等各专业的平面图和系统图选定并布 置燃气表、用户燃气用具和燃气管道， 画出燃气系统图。利用同时工作系数 法计算确定各管段 的计算流量。自引 入管到各燃具之间的压力降，其最大 值即为建筑燃气系统的总压降。
x
x
d2
(二) 连续性方程： (W ) 0
x
(三) 气体状态方程：P ZRT
运动方程的基础是牛顿第二定律，对 于微小体积(或称元体积)的流体可写为：
微小体积流体动量的改变量等于作用 于该流体上所有力的冲量之和，即
(一) 运动方程：
(W ) (W 2 ) P g sin W 2
5158 dv )0.84 Q0
Q02 d5
0
T T0
式5-13
三、燃气管道摩擦阻力损失计算图表
五、燃气管道局部阻力损失和附加压头
（一）局部阻力损失 当燃气流经三通、弯头、变径管、阀门等管道附件时， 由于几何边界的急剧改变，燃气流线的变化，必然产 生额外的压力损失，称之为局部阻力损失。
二、燃气管道内燃气稳定流方程式
除单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线，要用不稳定 流进行计算外，在大多数情况下，设计城市燃气管道时燃气流动的 不稳定性可不予考虑。
P 0 0 W 0
P x
d
W2 2
W 常数
P ZRT
P22
1.27
1010
Q02 d5
6.26107
Q02 d5
T T0
T T0
Z 式5-11 式5-1
三、燃气管道的摩擦阻力系数
概念：它是反映管内燃气流动摩擦阻力的确个无因次
系数，其值与燃气在管道内的流动状况，燃气性质，
管材(内壁粗糙度)及连接方法，安装质量有关。
f
(
Re
,
d
(6)
由燃气密度进行水力计算修正：LP
P ( L ) 1
gas
(7) 计算各管段的附加压头 Pf g(a g )H
(8) 求各管段的实际压力损失 P H g (a g )
(9) 求室内燃气管道的总压力降，核实总压力降与规范 要求标准。
(10) 若总压力降与允许的计算压力降相比较，不合适， 则可改变个别管段的管径以满足要求。
对于新铸铁管： 阻力平方区
K1
0.75 d 0.284
(0.55 10 6
V W
) 0.284
W 2.4 106 V
W 2.7 106 V
尼古拉茨半经验公式： 1
谢维列夫公式：
[2 lg(3.7 d )]2
Re 597( d )9 /8
对于新钢管： W 2.4106 V
105 Re 3106 4000 Re 22.2( d )8/7
谢维列夫公式：
对于新钢管：
K1 K 2
0.25 Re 0.226
对于新铸铁管：
K1
0.77 Re 0.284
过渡区
对于新钢管：
K1 K 2
0.23 d 0.226
(1.9 106
V W
) 0.226
第五章 燃气管网的水力 计算
一、不稳定流动方程式
燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃 气的流动时不稳定流。由于气田调节采气 的工况，压送机站开动压缩机不同台数的 工况以及用户用气量变化的工况，都决定 了其具有不稳定流的性质，这些因素导致 管道 内燃气的压力变化和流量变化。随着 管道内沿程压力的下降，燃气的密度也在 减小。只有在低压管道中燃气密度的变化 可忽略不计。此外，在多数情况下，管道 内燃气的流动可认为是等温的，其温度等 于埋管周围土壤的温度。
P l
6.9 106 ( d
192.2 dv )0.25 Q0
Q02 d5
0
T T0
铸铁管
0.12( 1 5158 dv )0.284
d
Q0
P l
6.4 106 ( 1 d
5158 dv )0.284 Q0
Q02 d5
0
T T0
式5-8 式5-10
二、高、中压燃气管道摩擦阻力损失计算公式
以图6-9所示为例，各管段的途泻流量计算步骤如下： （一）将供气范围划分为若干小区
根据该区域内道路、建筑物布局及居民人口密度等划 分为A、B、C、D、E、F小区，并布置配气管道1-2、 2-3……。 （二）分别计算各小区的燃气用量
分别计算各小区居民用气量、小型公共建筑及小型工 业用气量，其中居民用气量可用居民人口数乘以每人 每小时的燃气计算流量e（m3／(人.h)）求得。
)
不同流态区的摩阻系数的经验及半经验公式
（一）层流区： 64 ；（Re 2100)