第九章 输气管道的水力计算
《管道的水力计算》PPT课件
（1）按ΣQi=0分配流量 从A点和最远点F点分配，可假设
（2）计算各管段损失并填表 注意正负号 hi SiQi2
（3）计算校正流量ΔQ
注意公共段CD
环网计算表
环 管 假定流
路 段 量Qi
Si
管段校 校正后 校正后
hi
hi /Qi
ΔQ
正流量 的流量Qi 的hi
AB +0.15 59.76 +1.3346 8.897
vB2 2g
zA
zB
pA pB
g
v
2 A
2g
1 vB2Biblioteka 2gH0——作用水头
H0
1
vB2 2g
流速
vB
1
1
2gH0 2gH0
对锐缘进口的管嘴，ζ=0.5， 1 0.82
1 0.5
流量 Q vB A A 2gH0 A 2gH0
Qi 0 b.由流量确定各管段管径
d 4Qi ve
ve——经济流速（规范要求）
c.由控制线确定作用压力
p pi pc Spi Qi2 pc 或 H hi hc Shi Qi2 hc
d.阻力平衡，调整支管管径
（2）管网布置和作用压力已定，求di——校核计 算，扩建管网
短管的作用水头
H0
1
l d
v2 2g
1→突扩ζ=1，H0→H
H l v2
d 2g
v2
4Q
d
2
2
代入，得
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。
关于长输天然气管道水力计算的分析
2018年06月关于长输天然气管道水力计算的分析刘燕宁（中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦124010）摘要：在天然气管道建设过程中，管道水力计算是一项重要环节，只有准确计算管道水力相关参数，才能够确保管道建设质量。
本文主要结合实际分析了长输天然气管道水力计算的相关问题，希望有助于促进我国天然气管道建设的进步。
关键词：长输天然气管道；水力计算；水力摩阻系数；输气管流量；物性参数管道水力计算是长输天然气管道建设过程中的一项关键性任务，只有经过科学计算后得出准确的管道水力参数，再以此为依据进行长输天然气管道建设，才能够确保管道建设质量。
以下笔者就结合实际，来谈谈长输天然气管道水力计算的相关问题，仅供参考。
1水力摩阻系数计算天然气管道工艺设计计算的准确性，直接影响着管道工程建设质量。
有些时候，即使只是一点细微的误差，都有可能会引起重大质量安全问题，从而不但增加了管道建设成本，更威胁到人们的生命财产安全。
对于天然气管道而言，天然气流态、管道的粗糙程度等因素，都会对其管流产生很大的影响。
在此背景下，一些发达国家基于尼古拉兹试验、普朗特理论、阔尔布鲁克公式等，以雷诺数与管壁粗糙程度作为变量，提出了几种水力摩阻系数计算公式。
根据雷诺数的不同划分天然气管道内流动流体的流态，可以将之分为三类，分别是：层流区、临界区、紊流区（又包括阻力平方区、水力光滑区、混合摩擦区）。
一般情况下，对于长输天然气管道而言，其中流体的流态主要以紊流区的阻力平方区为主，因此，在长输天然气管道建设过程中，应当采用有效的阻力平方区摩阻系数公式来计算其水力摩阻系数。
具体来说，常用的阻力平方区摩阻系数公式有：①威莫斯公式：λ=0.009407D 13。
根据有关研究显示，威莫斯公式一般适用于当天然气管道管径在280-500mm ，且管壁较为粗糙时的阻力平方区摩阻系数计算，而若管壁粗糙程度＜1/1000时，应用该公式得出的计算结果往往会偏小。
②潘汉德尔A 式：λ=0.08472Re -0.1461。
管道输气能力理论计算
管道输气能力理论计算管道输气能力是指管道在一定的压力、温度和流量条件下，所能输送的天然气或其他气体的最大量。
管道输气能力的理论计算依赖于流体力学和热力学原理，以及管道的几何特征、材料性质等因素。
以下是关于管道输气能力理论计算的一些主要内容。
首先，管道输气能力的计算需要确定流体的压力、温度和密度等参数。
在计算之前，需要根据设计要求和现场实际情况确定管道的内径、长度、输送气体的物理性质以及管道的工作条件等参数。
其次，根据流体力学原理，可以利用连续方程和能量方程来计算管道内气体的速度和压力变化。
连续方程用来描述流体的连续性原理，即单位时间内流过管道截面的质量必须相等。
能量方程则用来描述气体的能量变化，包括气体的压力、温度和速度等参数的关系。
通过连续方程和能量方程的计算，可以得到管道内气体的流速、压力分布和温度分布等参数。
根据这些参数可以进一步计算输气能力。
然后，根据管道的几何特征和气体的流动性质，可以采用一些经验公式或者理论模型来计算管道的输气能力。
其中最常用的是Colebrook公式和Weymouth公式。
Colebrook公式用来计算流体在光滑管道中的摩擦阻力系数，该公式基于实验数据和经验关系，可以准确地计算管道内气体的摩擦阻力。
根据Colebrook公式，可以计算出管道的摩擦系数，并据此计算管道的压力损失。
Weymouth公式是一种经验公式，可以用于计算管道中天然气的流量和压力降。
该公式基于气体的流动特性和管道的几何参数，根据Weymouth公式可以计算出管道的流量系数和压力降。
利用上述公式和模型，可以计算出管道的输气能力，即单位时间内通过管道的气体质量或体积。
除了上述方法，还可以采用数值模拟方法，如计算流体力学（CFD）方法来计算管道的输气能力。
CFD方法可以更准确地模拟管道内气体的流动和压力变化，从而得到更准确的输气能力计算结果。
总之，管道输气能力的理论计算是一个复杂的过程，需要考虑诸多因素，如管道的几何特征、气体的物理性质、流体力学原理等。
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。
气体管网水力特征与水力计算
压力容器或上级管网。
与环境交界面的压力；
流体机械提供的压力。 作用点在环路的一个“断面”位置，作用于整个 环路，作用于共用管段时，则共用该管段所有环 路受到全压相同。 将回路中的压力叠加 。压力作用力有方向性，当 其方向与回路方向一致时取正值，反之取负值。
2.2 管网水力工况分析理论基础
PG g ( H 起点 H终点 )
2.2 管网水力工况分析理论基础
叠加闭合回路中所有段落的重力作用力，得到该 回路沿规定回路方向的总重力作用力。 重力作用力值为正，表明该回路中重力作用力推 动规定回路方向的流动；其值为负，阻碍规定回 路方向的流动。
2.2 管网水力工况分析理论基础
p
q1
pq 2
H1
g (
a
)dH p p1 2
气体管流水力特征综合概括，适用于重力流、压 力流及二者综合作用的性况。
2.2 管网水力工况分析理论基础
在管网的任意闭合回路中，驱使流体流动 的动力与流动的阻力相平衡。
P P P G q
独用管段与共用管段
通路一：1-3-5-6-7 通路二：2-3-5-6-7
通路一、二：管段1、2分别为的独用管段，管段 3-5-6-7为两个通路的共用管段。
2.2 管网水力工况分析理论基础
水力计算的本质：
水力计算即将资用压力分配到环路管段。
与最不利环路的共用管段的资用压力，由 最不利环路资用动力分配确定。 任意环路只在独有管路上有分配资用压力 的自由。
2.2 管网水力工况分析理论基础
环路独用管段资用压力分配方法：
共用管路的资用压力等于共用管路的流动阻力 ΔPg。 独用管路的资用压力Pd=PzbL- ΔPg 。 按确定的方案将Pd分配给独用管路的每一段管 路。
输气管道水力等计算公式(输气管道设计与管理)
潘汉德 注：该式适用于管径从168.3mm到610mm，雷诺数范围从 尔A式 14×106的天然气管道 潘汉德 注：该式适用于管径大于610mm的天然气管道 尔B式
λ= 0.008159
m /s 0.0000109 (Ns)/m2 0.44 16 m m3/s
2
三个公式可任选一个,其中二式用 三式用的是体积流量）
第一边界雷诺数 Re1= 第二边界雷诺数 Re2=
2174.974 3210493
前苏联取k=0.03mm，我国常取
输量不大、净化程度较差
雷诺数范围从5×10 到
6
的天然气管道
管壁的当量粗糙度
k=
0.00005 m
水力摩阻系数λ 水力摩阻系数λ的计算
1、光滑区 2、混合摩擦区 λ= 0.009146 λ= 0.012997 或 0.011836166
λ= 0.012368
威莫斯 注：此公式取k=0.mm，适用于管径小、输量不大 的矿区集气管网 公式
3、阻力平方区
λ= 0.009436
雷诺数
Re=
0
0
33307000﹤Re﹤Re1 Re﹥3000 流态为紊流 Re1﹤Re﹤Re2 Re﹥Re2 流态判断 光滑区 混合摩擦区 阻力平方区 阻力平方区 注：目前美国取k=0.02mm， 0.05mm 第一边界雷诺数 第二边界雷诺数
计算雷诺数
气体流速 气体密度 气体相对密度 v= ρ= △= 0.65 1.206 kg/m3 kg/s （含推导过程，三个公式可任选一个 的是质量流量，三式用的是体积流量 m/s kg/m3 气体运动粘度 气体动力粘度 管道内径 ν= = D=
空气密度（标况） ρa= 输气管道质量流量 M=
输气管道流量（标况） Q=
流体输配管网_气体输配管网水力特征与水力计算
（2）流量当量直径
DL
1.3
(ab)0.625 (a b)0.25
例2 同例1
解：v＝1÷(0.4 × 0.5)=5 m/s
DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm 查图2-3-1 得Rm0＝0.61Pa/m Kr=(3 ×5)0.25=1.96 Rm=1.96 ×0.61=1.2Pa/m
2.3.1.3局部阻力计算
P v2
2
ζ 通过查手册获得
2.3.1.4并联管路的阻力平衡
（1）目的：管路风量达到预期值，力求各支 路阻力相等，各管路阻力差小于15%，含尘风 管小于10%
（2）平衡的方法：
调整管径 阀门调节：
D'
D
P P'
0.225
2.3.1.5 计算系统总阻力和获得管网特性曲线
考虑到除尘器及风管漏风，取 5％的漏风系数， 管段 6及 7的计算风量为 6300*1.05＝ 6615m3／h。
管段1
水平风管，初定流速为14m/s。根据 Ql＝
1500m3/h（0.42m3/s）、v1= 14m/s所选管径按通 风管道统一规格调整为：D1＝200mm；实际流速v1
＝13.4m/s；由图2-3-1查得，Rm1=12.5Pa/m 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，
第2章
气体输配管网水力特征 与水力计算
2.1 气体管流水力特征
2.1气体管流水力特征
2.1.1气体重力管流水力特征
竖管内的重力流 例1：如右图示
管内气体由1流向2断面，能量方程为：
Pj1
v12
2
ga
管路水力计算
精心整理一、管路水力计算的基本原理1、一般管段中水的质量流量G，kg/h，为已知。
根据G查询热水采暖系统管道水力计算表，查表确定比摩阻R后，该管段的沿程压力损失P y=Rl 就可以确定出来。
局部压力损失按下式计算Σξ----（2（式中ξd——当量局部阻力系数。
计算管段的总压力损失ΔP可写成（5）令ξzh=ξd+Σξ式中ξzh|——管段的这算阻力系数（6）又(7)则（8）设3、当是假设（式中l dΔP=P y+P j=Rl+Rl d=Rl zh（11）式中l z h为管段的折算长度，m。
当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。
二、热水采暖系统水力计算的方法1、热水采暖系统水力计算的任务a、已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。
常用于工程设计。
b、已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。
常用于校核计算。
c、已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。
常用于校核计算。
2、等温降法水力计算方法2-1最不利环路计算（1）最不利环路的选择确定采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小一般就（2式t g—t g—（3式ΔP（4）根据R pj和各管段流量，查表选出最接近的管径，确定该管径下管段的实际比摩阻和实际流速v。
（5）确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。
2-2其他环路计算其他环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。
应遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计算。
应用等温降法进行水力计算时应注意：（1）如果系统位置循环作用压力，可在总压力损失之上附加10%确定。
（2）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路分配的流量符合设计要求。
（但各并联环路的阻力做到绝对平衡是不可能的，允许有一个差额，但不能过大，否则会造成严重失调。
（3）散热器的进流系数跨越式热水采暖系统中，由于一部分直接经跨越管流入下层散热器，散热器立管中的出现近下进行算方法使设计开始。
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。
管路的水力计算课件
• 管路水力计算概述 • 管路水力计算基本原理 • 管路水力计算方法 • 管路水力计算实例 • 管路水力计算的优化与改进 • 管路水力计算软件介绍
01
管路水力计算概述
定义与目的
定义
管路水力计算是指通过数学模型 和计算方法，对管路中的水流特 性进行模拟和分析的过程。
目的
确定管路中的水头损失、流量分 配、压力变化等参数，为管路设 计、改造和优化提供依据，确保 管路系统的正常运行和可靠性。
THANKS
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非恒定流计算
非恒定流计算是指管路中流体的流速和 压力等参数随时间变化的流动状态的水
力计算。
非恒定流计算需要考虑流体在管路中的 非恒定流计算通常用于分析管路中流体 波动、振动和不稳定流动等复杂现象。 的动态特性和不稳定流动问题，以及进
行管路安全性和稳定性评估。
04
管路水力计算实例
简单管路计算
总结词
掌握管路水力计算相关命令
学习如何使用与管路水力计算相关的命令， 如绘制管道、设置管道参数等。
实践操作
通过实际项目操作，提高软件应用技能。
软件优缺点分析
优点
这些软件功能强大，适用于各种管路 水力计算需求；提供丰富的工具和命 令，方便用户操作；支持协同设计和 数据共享等功能。
缺点
需要一定的学习成本，掌握相关命令 和操作需要时间和经验；软件价格较 高，可能增加成本；部分高级功能可 能较为复杂，需要深入学习和实践。
管道阻力损失
管道阻力损失是指流体在管路中流动时，由于流体与管壁之间的摩擦而产生的能量 损失。
管道阻力损失的大小与流体的流速、粘度、管径和管壁粗糙度等因素有关。
在管路水力计算中，管道阻力损失的计算是确定管路中流体流动状态和能量损失的 关键步骤。
燃气管网的水力计算
2. 管段途泄流量的计算
B
C
(1)分区
根据供气范围内的道路与建筑
A
物布局划分为几个小区
(2)布管
计算各小区用户的用气量
F
E
D
按用气量分布情况布配气管道
第六章
17
(3)各小区管段的q
qA
QA L1234561
qB
QB L1211
(4)计算各管段的Q1
11
B
1
2C
A
3
7
5 6
F
E
4D
10
9
8
图5-10 各管段途泄流量计算图示
适用：庭院管、室内管、厂区管
第六章
12
（3）估算法
Pj (5% 10%)Py
适用：城镇燃气分配管道
第六章
13
4. 附加压头（始末端高度差大的个别管段）
P g(a g )H
天然气
式中： P ——附加压头
a , g——空气、燃气
液化石油气
的密度，kg/Nm3;
绝
空气
对 压
ΔP2
力
H ——管段终端和始
103 8 6 4
2
102 8 6 4
2 10
12
4 6 810 2
D32×3 D38×3 D45×3.5 D57×3.5 D76×4 D89×4 D108×5 D133×5 D159×6 D219×6 D273×6 D325×6 D377×6 D426×6 D478×6 D529×7 D630×7 D720×7
Q112
qB qA
L12
QB L1211
QA L1234561
L12
燃气工程燃气管网水力计计算题算课件
制定燃气管道应急预案，确保在突发情况下及时 响应并采取有效措施，降低事故风险。
06
总结与展望
总结
燃气管网水力计算的重要性
燃气管网水力计算是燃气工程中非常重要的一环，它直接关系到燃气管道的设计和使用安全。通过水 力计算，可以确定管道的直径、长度、压力等参数，以及管道的铺设方式和位置，从而确保管道在使 用过程中能够安全、稳定地运行。
实例二：复杂燃气管网的水力计算
确定管网中的节点和分支
评估管网的水力性能 确定管网中的燃气压力和流速
确定管网中的流量和压力 计算管网中的水力损失
实例三
确定管网中的流量和压力
确定管网中的燃气压力和流速
确定管网中的节点和分支
考虑燃气压力和流速的变化对水 力损失的影响
评估管网的水力性能
05
燃气管网水力计算的优化和改进建议
管网的基本组成
管道结构
介绍燃气管道的组成结构 ，包括管材、管径、管道 附件等。
管道布置
阐述燃气管道的布置原则 和要求，如安全性、经济 性、可行性等。
管道压力等级
根据燃气管道的压力要求 ，分类别介绍不同压力等 级的管道及其适用范围。
水力计算的基本原理
流体动力学基础
简要介绍流体动力学的基本概念 和公式，为后续水力计算提供理
燃气管网水力计算的基本步骤
燃气管网水力计算通常包括以下基本步骤
01
02
1. 确定燃气管道系统的布局和参数；
2. 根据已知条件和实际情况选择合适的计 算方法和公式；
03
04
3. 对燃气管道系统进行分段，确定每个分 段内的流量和阻力等参数；
4. 根据分段计算结果，推算整个燃气管道 系统的水力特性；
气体输配管网水力计算
水力计算在管网优化中的作用
优化管径设计
01
根据水力计算结果，选择合适的管径，降低管网建设和运行成
本。
优化管网布局
02
通过水力计算，合理布置管网的节点和分支，提高管网的输送
效率和稳定性。
优化运行调度
03
根据水力计算结果，合理调度管网内的气体流量和压力，降低
能耗和运营成本。
水力计算在安全评估中的应用
目的
确保管网内气体的正常输送，优化管 网设计和运行，提高气体输配的效率 和经济性，保障供气的安全和稳定性 。
水力计算的基本公式
01
02
03
伯努利方程
描述气体在管网内的能量 守恒关系，涉及到气体压 力、流速、密度等参数。
流体动力学方程
描述气体在管网内的流动 规律，涉及到气体的流量、 压力、管道截面积等参数。
现代化阶段
目前，气体输配管网已经实现了数字化、智能化管理，采用GIS地理信 息系统进行管网管理和调度，能够实现远程监控和自动化控制，提高了 管网运行的安全性和可靠性。
02
气体输配管网水力计算的基本原理
水力计算的定义与目的
定义
气体输配管网水力计算是指通过数学 模型和计算方法，对管网内的气体流 量、压力、温度等参数进行模拟和分 析的过程。
强化实验研究与验证
为了验证水力计算方法的准确性和可靠性，需要加强实验研究与验证工作。通过实验数据 与计算结果的对比，可以发现和改进水力计算方法中的不足之处，全评估
通过水力计算，评估管道的压力状况，确保管道的安 全运行。
管道泄漏检测
通过水力计算，预测管道的泄漏可能性，及时发现并 处理泄漏事故。
应急预案制定
根据水力计算结果，制定合理的应急预案，提高应对 突发事件的响应速度和处理能力。
输气管道的水力计算分析
输气管道的水力计算分析输气管道的水力计算分析是指在输气过程中，通过计算输气管道的水力损失、流量、压力等参数，来评估管道输送能力、确定管道尺寸和选择有效的管道设计参数的过程。
本文将介绍输气管道水力计算分析中的基本原理和方法，并对输气管道的流量、水力损失和压力进行详细的计算和分析。
一、流量计算在输气管道的水力计算分析中，首先需要计算流量。
流量是指单位时间内通过输气管道的气体质量或体积。
常用的流量计算公式有以下几种：1.等温式流量计算公式Q=3600*A*V*ρ/Z其中，Q为流量（m³/h），A为管道截面积（m²），V为气体速度（m/s），ρ为气体密度（kg/m³），Z为气体压缩因子。
2.等焓式流量计算公式Q=3600*A*C其中，C为气体流量系数，由气体特性和流量计算方法决定。
根据具体情况选择合适的流量计算公式，并根据管道截面形状和气体流动条件确定管道截面积和气体速度，进而计算出流量。
二、水力损失计算水力损失是指气体在管道中由于摩擦、弯管、阀门、管道直径变化等原因引起的能量损失。
水力损失的计算是衡量输气管道输送能力和选择管道尺寸的重要依据。
常用的水力损失计算方法有以下几种：1.摩擦压降法ΔP=λ*L*(V²/(2gD))其中，ΔP为压降（Pa），λ为摩擦系数，L为管道长度（m），V为气体速度（m/s），g为重力加速度（m/s²），D为管道直径（m）。
2.流量比例法ΔP=K*Q²其中，ΔP为压降（Pa），K为系数，Q为流量（m³/h）。
根据具体情况选择合适的水力损失计算方法，并根据管道长度、摩擦系数、管道直径和流量计算出水力损失。
三、压力计算压力是指气体在输气管道中的压力。
在输气管道的水力计算分析中，需要计算出管道起点和终点的压力，以评估管道输送能力和确定管道参数。
压力的计算方法有以下几种：1.法向压力梯度法ΔP=ρ*g*H其中，ΔP为压降（Pa），ρ为气体密度（kg/m³），g为重力加速度（m/s²），H为管道高度差（m）。
输气管道的水力计算
输气管基本参数对流量的影响
压力平方差还可写为：
PQ2 − PZ2 = (PQ + PZ )(PQ − PZ ) = (PQ + P Z )∆P
该式说明，如果压力差不变，同时提高起、终压力，也 能增大输气量，此处更进一步说明高压输气比低压输气有利。 因为高压下，气体的密度大，流速低，摩阻损失就小。
第4章 输气管道的水力计算
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
表面状态 新钢管 室外暴露6个月 12个月 清管器清扫 喷砂 内壁涂层 绝对粗糙度,mm 0.013～0.019 0.025～0.032 0.038 0.008～0.013 0.005～0.008 0.005～0.008
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
管道的当量粗糙度考虑了管道形状损失的影响，一 般比绝对粗糙度大2～11％ 。 从上面的数据可以看出，输气管加上了内壁涂层， 不但减少了内腐蚀，更主要的是使粗糙度下降了很多， 在同样的条件下使输气管输气量增加5～8％，有的甚至 达10％。内壁涂层的费用一般只占钢管费用的2～3％ ， 只要输气量能提高1％，就能很快地收回其投资。
终点压力减少，压力平方差为
2 PQ2 − (PZ − δ P ) = PQ2 + 2 PZ δ P − δ P − PZ2 2
输气管基本参数对流量的影响
两式右端相减，得：
2 2δ p (PQ − PZ ) + 2δ P > 0
上式说明，改变相同的 δ P时，提高起点压力对流量增 大的影响大于降低终点压力的影响。提高起点压力比降低 终点有利。
，
2 2 ( pQ − p Z ) D 5
λZ∆ *TL
C0 =
π
4
⋅
Ra T0 p0
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2
令
2g a ZRT
16 ZRT b 2 D5
M
Q Z
4
ZRTL
工程上习惯于运用标准状态下的体积流量作为计量 单位，因此把质量流量换算成体积流量。
Q M / 0
0 P0 / Z 0 RT0
标标准状态下Z0=1，所以 0 P0 / RT0
4
第九章 输气管道的水力计算
为了方便计算，把天然气的气体常数换算成空气的 气体常数Ra
dx
得：
bM 2 aS dP 2 P 2 L P dx
令：
aS 2 bM 2 P dP S 2 LP a L
PdP aS dx 2L bM 2 P2 S a L
bM 2 E S a L
5
第九章 输气管道的水力计算
9.2地形起伏地区输气管道的基本公式 9.9.1终点与起点高差的影响 如图所示的坡度均匀向上的输 气管道，对dx微元段写运动方程： 由连续性方程有： dP dx v 2 S 将状态方程和上述两式代入，得 gdS dS dx
D 2
L
v M / A
0.5
公式分析： ( PQ2 PZ2 ) D 5 QC 1）对比平坦地区输气管道 ZTL 由于密度的变化，克服上坡段的能量损失不能在下 坡段气体所获得的位能所补偿。 2）对比输油管道的管路特性方程 输油管道只考虑起点终点高程差。
13
第九章 输气管道的水力计算
3）相同起点终点的输气管道，如果中间的地形起伏不 同，输气能力也不相同。
2 2
由此得到输气管道质量流量计算公式。
3
第九章 输气管道的水力计算
质量流量计算公式：
M [
2 ( PQ PZ2 ) A2
ZRT (
P L 2 ln Q ) D PZ
]0.5
4
[
2 ( PQ PZ2 ) D 4
ZRT (
P L 2 ln Q ) D PZ
]0.5
对于长距离输气管道可以忽略速度变化对流量的影 响，即： 2 2 5 (P P )D
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：
P P e
2 Q 2 a ( S1 SQ ) 1
e 1 Q 1 bM L1 a ( S1 S Q )
2Leabharlann a( S S )Re 1 Re<2000,层流； 3/ 7 2k Re>3000,紊流 D 其中：3000<Re<Re1,水力光滑区； Re1 <Re< Re2, 混合摩擦区； Re2<Re，阻力平方区 59.7 2k Re 2 11 D
1 .5
15
第九章 输气管道的水力计算
DN>899 E=0.91 ～0.94
Q
r
17
第九章 输气管道的水力计算
9.3 水力摩阻系数与常用计算公式
水力摩阻系数计算公式的选用决定着水力计算的准 确性，不同的水力摩阻公式得到不同的输气管道实用计 算公式。 水力摩阻系数与气体在管道中的流态和管道内壁粗 糙度有关。 vD 4Q 4M 4 a Q Re 9.3.1雷诺数 D D D 9.3.2流态的判断
2
aS
x L
)
1 e aS bM L( ) aS
e aS 1 P P e bM L( ) aS 1 e aS 2 aS 2 2 PQ e PZ bM L( ) aS
2 Q 2 aS Z 2
aS
S 0 时即为水平输气管道的计算公式,将 e
a PQ2 PZ2 (1 aS ) bM 2 {( L1 L2 LZ ) [(S1 S Q ) L1 ( S 2 S1 ) L2 ( S Z S Z 1 ) LZ ] 2 a n 2 bM L 1 (S i S i1 ) Li 2 L i 1
油气管道输送课程
第二部分
输油管道设计与管理
第九章 输气管道的水力计算
2009-02-17
第九章 输气管道的水力计算
本章的主要内容 9.1平坦地区输气管道的基本公式
所谓平坦地区输气管道，是指高差等于零的管道以 及虽然高差不等于零，但这高差不足以影响计算的准确 性的输气管道，一般当沿线地形高差在200米以下时， 可以认为是平坦地区输气管道。 由稳定流动的运动方程： 有：
aS ) 2
8
第九章 输气管道的水力计算
9.9.2 沿线地形起伏的影响 思路：将实际输气管道看成由不同终点与起点高差、坡 度均匀向上或向下的若干直线管段组成。
2 PQ e aS
1 e aS PZ2 bM 2 L( ) aS
9
第九章 输气管道的水力计算
9.9.2 沿线地形起伏的影响 思路：将实际输气管道看成由不同终点与起点高差、坡 度均匀向上或向下的若干直线管段组成。
[ PQ2 PZ2 (1 aS )]D 5 Q C ZTL 1 a (Si Si1 ) Li 2L
0.5
14
第九章 输气管道的水力计算
9.3 水力摩阻系数与常用计算公式
水力摩阻系数计算公式的选用决定着水力计算的准 确性，不同的水力摩阻公式得到不同的输气管道实用计 算公式。 水力摩阻系数与气体在管道中的流态和管道内壁粗 糙度有关。 vD 4Q 4M 4 a Q Re 9.3.1雷诺数 D D D 9.3.2流态的判断
3
0.009407
4）前苏联早期公式 5）前苏联近期公式
（4）紊流区通用公式
2k D 0.2 2k 0.067 D k 1 2.51 2 lg 3.7 D Re
1 11 .81 Re 0.1461 1 68.03 Re 0.0392 0.4
2 PQ e aS
1 e aS PZ2 bM 2 L( ) aS
10
第九章 输气管道的水力计算
对上述方程依次乘以 e aS ，e a( S S ) ，……，并考虑到 ：
1
2 1
aS1 a(S1 SQ )
a(S 2 S1 ) a(S 2 S1 S1 SQ ) a(S 2 SQ )
2 Q 2 aS Z Z 2
因此：
e aSZ 1 aSZ 1 a(S Z SQ ) 1 aS
(aSi ) 2 (aSi 1 ) 2 1 aSi [1 aSi 1 ] e aSi e aSi 1 a 2 2 1 ( S i S i 1 ) a( S i S i 1 ) a( S i S i 1 ) 2
以上各式相加，并考虑到 SQ=0：
e aS1 e aSQ e aS 2 e aS1 e aS Z e aS Z 1 P P e bM L1 L2 LZ a( S1 SQ ) a( S 2 S1 ) a( S Z S Z 1 ) (aS) 2 (aS) 3 aS 另外，由于 e 1 aS 2! 3!
……………………………
P e
a ( S Z 1 S Q ) 2 Z 1
e 2 a(S3 S2 )
a( S SQ )
P e
2 a ( S Z SQ ) Z
bM LZ
2
e
a( S Z SQ )
e Z 1 a(SZ SZ 1 )
a( S
SQ )
11
第九章 输气管道的水力计算
MZRT 4 MZRT PA D 2 P
图2-1 同一坡度输气管道
ZRT 16 MZRT S dP dx dx g P 2D 2 D 4 P L
2
dx v 2 g sin dx D 2 dP
6
第九章 输气管道的水力计算
两边同时除
R a 1 Ra 0
0 P0 / RaT0
( P 2 PZ2 ) D 5 Q
所以 令：
Q
C
T0 Ra
4 P 0
Ra P0
ZTL
( PQ2 PZ2 ) D 5
T0
4
则得到体积流量计算公式：
QC
ZTL
不同的量纲得到不同的Ｃ值，计算时应特别注意。
则：
Px
PQ
x aS 2 PdP dx 2 0 P E L
x ln 2 aS Px E L
7
2 PQ E
第九章 输气管道的水力计算
整理化简后得：
Px2 PQ2 e
x aS L
当x=L时：
P P e
2 Z 2 aS Q
1 e bM 2 L( aS
P e
2 a ( S1 SQ ) 1
P e
2 a ( S 2 SQ ) 2
bM L2
2
e
a ( S 2 SQ )
e 1 a(S 2 S1 )
a ( S SQ )
Pe
2 a( S 2 SQ ) 2
P e
2 a ( S3 SQ ) 1
bM L3
2
e
a ( S3 SQ )
12