第七章燃气管网的水力工况
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Q
2.根据各月的Xm值计算压力降 Pp P( xm )1.75
3.确定各月调压器的出口压力 P1 Pn P( xm )1.75
K1
三、随管网负荷变化调节调压器出口压力时的水力工况
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。
1.75 P P P P Px 1 b p b
2 ( PA PB2 )l 2.5 0Q 2 0.25 2 ( PA PB2 ) s 21 0.7 2 0Q 2
结论：
压力储备的真正含义是：在设计高中压管网时，计算
压降的选取并不是用管网起点压力与末端压力之差值， 而是比此值小。 压力储备值与瞥网布置、负荷及供气保证系数有关、 对于单环管网，当供气保证系数为1时，压降利用系数 可 取 为 1 ； 保 证 系 数 为 0.7 时 ， 压 降 利 用 系 数 可 取 0.25～0.3；保证系数为0.5时，压降利用系数可取0.6。 所选的压力储备是否正确，应由最不利事故工况下的 校核计算确定。 对于多环管网，需要做校核计算的最不利工况可能有 几个。压力储备随管网环数增多而减少，而用户的供 气保证系数随着环数增多而增大。
三、工业企业燃气管道计算压ห้องสมุดไป่ตู้降的确定
1．设有总调压装置的一级系统 计算压力降为 P Pm Pn 1 表示用气设备允许最大负荷与额定负荷的比值。
max max 2 Qb 1Qn则P b 1P n
max P Pn (12 1)Pn 1 P b
2 表示管道的最小流量与最大流量之比 Qmin 2Qmax
1．高中压管网的水力计算公式
PA2 PB2 k
l d
5.25
Q 2 0Q 2
2．计算工况下管网的总阻力损失 3．事故工况下管网的总阻力损失
2 2 2 2 P 0Q2 1 P 3 (P A P B )l 2.5
2 2 2 2 2 2 P 1 P 5 (P A P B ) s 21.00x 0 Q
Pd 0.75Pn 150
二、高中压管网计算压力降的确定
1．高中压管网与用户的连接方式 高中压管网→区域调压室→低压管网或用户 2．高中压管网计算压力降 ΔP=高中压管网的起点压力－管网末端压力 确定高、中压管网末端最小压力时，应保证区域调压站能正常工 作并通过用户在高峰时的用气量。 当高、中压管网与中压引射式燃烧器连接时，燃气压力需保证这 种燃烧器的正常工作。此外还要考虑专用调压站的压力降及用户 管道的阻力损失等。这样即可确定高、中压管网的最小压力（通 常取0.05-0.1MPa已足够）。
2．两级系统 1. 不设总调压室的两级系统 厂内燃气管道的总压力 降，取决于城市管网连接点处的燃气压力、车间燃气 管道的起点压力和调压装置的压力降。 计算压力降要 在厂区管道和车间调压装置之间进行合理分配。 2.设总调压室的两级系统，计算压力降要在总调压站、 厂区管道和车间调压装置之间进行合理分配。
第三节 高中压环网的水力可靠性
城市高、中压燃气管网，通常设计成环状，以保证供
气的可靠性、当个别管段发生事故时，若整个系统通 过能力的减少是在许可的范围以内，则该系统认为是 2 2 可靠的。下面对管径d为常数的等管径环路和 PA PB l 为常数的环路的水力可靠性进行分析。 一、管径d为常数时，事故工况下的供气能力 计算工况下：各管段直径均为d,长度均为l,各管段计 算流量和节点流量如图7－6（a） 事故工况下：若事故发生在靠近气源点处，为最不利 点。假定事故状态用户的供气量均匀下降。即Q′＝xQ， 如图7－6（b）。
二、用PA2－PB2╱L为常数计算管网时，事故工况
下的供气能力
三、两种方法金属用量的分析
工作的时间。起点压力保证在该月最大小时用气量时 燃具前的压力为额定压力。 Qy max max Q k k k 若某月的最大小时用气量为Qm，且 m 1 2 3 365 24 则：不同月份调压器出口压力按以下步骤确定： 1.求各月最大小时流量与管道计算流量的比值Xm。 通常各月的最大日不均匀系数与最大小时不均匀系数 Q K1 变化很小，计算中可以认为相等，则： xm m max
第七章 燃气管网的水力工况
第一节 管网计算压力降的确定
一、低压管网计算压力降的确定 （一)用户处的压力波动及其影响因素 1．用户与管网的连接方式与用户的压力 (1)管网→用户调压器→燃气器具 (2)管网→用户 (1)方式：管网压力波动，不影响用户处的压力。 (2)方式：管网中流量变化和压力波动，用户处的压力 也随之变化。 为满足燃具燃烧的稳定性和良好运行工况，应控制燃 具前压力波动范围。
则Pb＜Pn (高峰负荷时)
则Pb=0.75Pn
(2)在系统起点压力为定值的情况下，燃 具大部分时间在超负荷情况下工作。 若调节凋压器出口压力不随燃气用量
的变化而进行相应的调节，那么燃具
就不能在良好的状况下工作。
二、按月(或季节)调节调压器出口压力时的水力工况
指在用气量较低月份降低起点压力以缩短燃具超负荷
图7-l为计算工况（即最大负荷时）的压力图。当调压器出口压力
为定值时，随着负荷的降低，管道中流量减小，压力降也随之减 小，用户处的压力将增大。当负荷为零时，所有用户处的压力都 落在A〃-C4〃线上。 随着负荷变化，用户处的压力波动在 A〃-C4〃-C4′- A′范围内。 用户C1波动范围为C1′- C1〃； 用户C2波动范围为C2′- C2〃； 用户C3波动范围为C3′- C3〃； 用户C4波动范围为C4′- C4〃。 用户处压力的最大波动范围等于计算压力降．所取的计算压力降 越大，则其波动范围也超大。 若根据系统负荷的变化而改变起点压力，就可大大提高用户处压 力的稳定性。随着负荷的降低而使起点压力随之降低，则燃具前 的汪力将不会增加。当负荷为零时，把起点压力P1降至P2，则干 管和所有用户的压力都落在A′- C4′直线上。
(7-16)
2．任意工况下用户燃具的压力特性
设P1=1.5Pn，取ΔP=0.75Pn带入式7-
16得：
式(7-17)反映了燃具的压力随流量的
Pb 1.5 0.75x1.75（7-17） Pn
变化曲线如图7-3 (1)当β=1和Pb=Pn时, x=0.794； 若0≤x≤0.794 若x＞0.794 若＝1 则Pb＞Pn
第二节 低压管网的水力工况
一、管网系统起点压力为定值时的工况
1．管网压力基本方程式
当起点压力为定值时，随负荷的降低，管道中的实际
压力降减少，用户处的压力升高。
P1=Pb+β△Pp
Pp P ( Qp Q )1.75 x1.75
(7-14) (7-15)
综合两式，得 1.75 P P x P 1 b
P 1Q1.75 (k1 k2 ) Pn 1Q1.75
用户燃具是按额定压力汁算，在此压力下的流量为额
定流量，即：Pn 2 Q 2 推导分析
(三)、管网计算压力降的确定
1.计算压力降的决定因素 由 P Pmax Pmin (k1 k2 )Pn ，计算压力降的大小取决 于两个因素： 与燃具的颔定压力Pn有关；增大Pn ，就增大管网计算 压力降Δp，可节约管网投资。但 Pn越大，对设备的制 作和安装质量要求就越高，管网的运行费用也越大； 因此，在选取Pn时要兼顾技术耍求和经济性。 与燃具的压力波动范围有关：增大燃具的压力波动范 围，就增大管网的计算压力降，节省金属用量。燃具 在超过额定压力下工作，燃具的热效率将降低，引起 过多的燃气损失，会产生不完全燃烧，致使燃烧产物 中出现过多的一氧化碳等有害气体；燃具在低于额定 压力下工作，将导致热强度降低，使加热过程延长， 或达不到工艺要求的燃烧温度，因此，燃具前的压力 不允许有很大的彼动。
2.计算压力降的确定
实验和研究表明，一般民用燃具的正常工作可以允许
其压力在±50％范围内波动，即k1=1.5 ，k2=0.5。由 得 P Q 2 ，得流量波动范围(0.7-1.2)Q 考虑到高峰时燃具不宜在过低负荷下工作，取k2=0.75 则△P=(k1－k2)Pn=0.75Pn 按最不利情况即当用气量最小时，靠近调压站的最近 用户处有可能达到压力的最大值，但由调压站到此用 户之间最小仍有约150Pa的阻力（包括煤气表阻力和干、 支管阻力）；故低压燃气管道（含室内和庭院管）总 的计算压力降最少还可加大150Pa 。则燃气低压管道 从调压站到最远燃具的管道允许阻力损失，可按下式 计算：
调压器出口的压力随管网负荷调节的方法
使调压器出口的压力随管网负荷调节的方法有许多种，
可采用在调压器出口安装节流孔板的方法。 将管网负荷的变化所导致的压力的变化反馈在调压器 上，以此来控制调压器的出口压力。具体作法是：导 压管连在孔板后，保持孔板后的静压为定值。当燃气 用量增加时，孔板处的动压增加。当气流流进孔板后， 动压逐渐减少，静压逐渐扩大。管网起点压力升高。
综上所述，用户处的压力及其波动范围取决于如下三 个因素： 1.计算压力降的大小和压降利用程度； 2.系统负荷（流量）的变化情况； 3.调压器出口压力调节方法。 (二)、计算工况下管网水力工况分析 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，其最大压力出现在管网负荷最小 的情况下。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。 计算工况下，管网是按最大负荷计算的，管网的计算 压力降等于燃具压力的最大波动范围，即： P Pmax Pmin (k1 k2 ) Pn 而低压管道的压力损失可按水力光滑区计算，即
燃具的最大允许压力和最小允许压
力，用燃具的额定压力乘一系数来 表示
Pmax k1 Pn Pmin k 2 Pn
计算工况指：管网通过最大流量
（计算流量Q），燃具前为额定压 力Pn、燃具流量为额定流量Qn。 只有在k2=1情况下,燃具前最小压力 为额定压力Pn 。 图7-1为直接连接用户的低压燃气 管网在计算工况下的压力曲线。 由图中可见，从调压器出口A到各 用户管道的压力降是不同的，由A 点到用户C2和C4的压力降均为计算 压力降ΔP，即计算压力降全被利用， 用户C1和C3的实际压力降均小于计 算压力降ΔP ，燃具前的压力大于 P2 。 用户的压降利用程度不同，则其压 力波动范围也不同。
取β＝1，Pb=Pn, △P=0.75Pn ，则
上式为 P1 1 0.75x1.75 Pn 按上式得曲线如图 7－5。即在0＜X ＜ 0.794时，为保持燃具前压力 Pb=Pn，调压器出口压力应按曲线1进 行调节。肖X＝0.794时，调压器出口 压力P1已达最大值1.5Pn，并应维持 P1为1.5Pn。之后，随着X的增大即X ＝0.794-1，燃具前的压力将减小。
n n n n n P 1 P P min Qmax Qmin Qmax (1 2 ) (1 2 )P
P 12 1 n Pn 1 2
管道内燃气流量波动越小（α2接近1），则计算压力
降可选取的值越大，即敷设管道所用的金属量超小。
4．事故工况下的供气能力
如果计算工况和事故工况的起点压力和终点压力相同， 2 2 2 ( PA PB2 ) l ( PA P 则 → x=0.345 ，可见流量的减少是 B )s 很大的。事故工况下只能满足计算工况的34.5%，不能 保证可靠供应。 5．提高x的办法与所需的压力储备 通常以系统能保证事故工况下供给计算工况70%的用气 量为可靠，即x=0.7。其方法是使系统有一定的压力储 备，即增加允许压力降，从而增加流量。这时计算压 力降的利用程度应为：
2.根据各月的Xm值计算压力降 Pp P( xm )1.75
3.确定各月调压器的出口压力 P1 Pn P( xm )1.75
K1
三、随管网负荷变化调节调压器出口压力时的水力工况
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。
1.75 P P P P Px 1 b p b
2 ( PA PB2 )l 2.5 0Q 2 0.25 2 ( PA PB2 ) s 21 0.7 2 0Q 2
结论：
压力储备的真正含义是：在设计高中压管网时，计算
压降的选取并不是用管网起点压力与末端压力之差值， 而是比此值小。 压力储备值与瞥网布置、负荷及供气保证系数有关、 对于单环管网，当供气保证系数为1时，压降利用系数 可 取 为 1 ； 保 证 系 数 为 0.7 时 ， 压 降 利 用 系 数 可 取 0.25～0.3；保证系数为0.5时，压降利用系数可取0.6。 所选的压力储备是否正确，应由最不利事故工况下的 校核计算确定。 对于多环管网，需要做校核计算的最不利工况可能有 几个。压力储备随管网环数增多而减少，而用户的供 气保证系数随着环数增多而增大。
三、工业企业燃气管道计算压ห้องสมุดไป่ตู้降的确定
1．设有总调压装置的一级系统 计算压力降为 P Pm Pn 1 表示用气设备允许最大负荷与额定负荷的比值。
max max 2 Qb 1Qn则P b 1P n
max P Pn (12 1)Pn 1 P b
2 表示管道的最小流量与最大流量之比 Qmin 2Qmax
1．高中压管网的水力计算公式
PA2 PB2 k
l d
5.25
Q 2 0Q 2
2．计算工况下管网的总阻力损失 3．事故工况下管网的总阻力损失
2 2 2 2 P 0Q2 1 P 3 (P A P B )l 2.5
2 2 2 2 2 2 P 1 P 5 (P A P B ) s 21.00x 0 Q
Pd 0.75Pn 150
二、高中压管网计算压力降的确定
1．高中压管网与用户的连接方式 高中压管网→区域调压室→低压管网或用户 2．高中压管网计算压力降 ΔP=高中压管网的起点压力－管网末端压力 确定高、中压管网末端最小压力时，应保证区域调压站能正常工 作并通过用户在高峰时的用气量。 当高、中压管网与中压引射式燃烧器连接时，燃气压力需保证这 种燃烧器的正常工作。此外还要考虑专用调压站的压力降及用户 管道的阻力损失等。这样即可确定高、中压管网的最小压力（通 常取0.05-0.1MPa已足够）。
2．两级系统 1. 不设总调压室的两级系统 厂内燃气管道的总压力 降，取决于城市管网连接点处的燃气压力、车间燃气 管道的起点压力和调压装置的压力降。 计算压力降要 在厂区管道和车间调压装置之间进行合理分配。 2.设总调压室的两级系统，计算压力降要在总调压站、 厂区管道和车间调压装置之间进行合理分配。
第三节 高中压环网的水力可靠性
城市高、中压燃气管网，通常设计成环状，以保证供
气的可靠性、当个别管段发生事故时，若整个系统通 过能力的减少是在许可的范围以内，则该系统认为是 2 2 可靠的。下面对管径d为常数的等管径环路和 PA PB l 为常数的环路的水力可靠性进行分析。 一、管径d为常数时，事故工况下的供气能力 计算工况下：各管段直径均为d,长度均为l,各管段计 算流量和节点流量如图7－6（a） 事故工况下：若事故发生在靠近气源点处，为最不利 点。假定事故状态用户的供气量均匀下降。即Q′＝xQ， 如图7－6（b）。
二、用PA2－PB2╱L为常数计算管网时，事故工况
下的供气能力
三、两种方法金属用量的分析
工作的时间。起点压力保证在该月最大小时用气量时 燃具前的压力为额定压力。 Qy max max Q k k k 若某月的最大小时用气量为Qm，且 m 1 2 3 365 24 则：不同月份调压器出口压力按以下步骤确定： 1.求各月最大小时流量与管道计算流量的比值Xm。 通常各月的最大日不均匀系数与最大小时不均匀系数 Q K1 变化很小，计算中可以认为相等，则： xm m max
第七章 燃气管网的水力工况
第一节 管网计算压力降的确定
一、低压管网计算压力降的确定 （一)用户处的压力波动及其影响因素 1．用户与管网的连接方式与用户的压力 (1)管网→用户调压器→燃气器具 (2)管网→用户 (1)方式：管网压力波动，不影响用户处的压力。 (2)方式：管网中流量变化和压力波动，用户处的压力 也随之变化。 为满足燃具燃烧的稳定性和良好运行工况，应控制燃 具前压力波动范围。
则Pb＜Pn (高峰负荷时)
则Pb=0.75Pn
(2)在系统起点压力为定值的情况下，燃 具大部分时间在超负荷情况下工作。 若调节凋压器出口压力不随燃气用量
的变化而进行相应的调节，那么燃具
就不能在良好的状况下工作。
二、按月(或季节)调节调压器出口压力时的水力工况
指在用气量较低月份降低起点压力以缩短燃具超负荷
图7-l为计算工况（即最大负荷时）的压力图。当调压器出口压力
为定值时，随着负荷的降低，管道中流量减小，压力降也随之减 小，用户处的压力将增大。当负荷为零时，所有用户处的压力都 落在A〃-C4〃线上。 随着负荷变化，用户处的压力波动在 A〃-C4〃-C4′- A′范围内。 用户C1波动范围为C1′- C1〃； 用户C2波动范围为C2′- C2〃； 用户C3波动范围为C3′- C3〃； 用户C4波动范围为C4′- C4〃。 用户处压力的最大波动范围等于计算压力降．所取的计算压力降 越大，则其波动范围也超大。 若根据系统负荷的变化而改变起点压力，就可大大提高用户处压 力的稳定性。随着负荷的降低而使起点压力随之降低，则燃具前 的汪力将不会增加。当负荷为零时，把起点压力P1降至P2，则干 管和所有用户的压力都落在A′- C4′直线上。
(7-16)
2．任意工况下用户燃具的压力特性
设P1=1.5Pn，取ΔP=0.75Pn带入式7-
16得：
式(7-17)反映了燃具的压力随流量的
Pb 1.5 0.75x1.75（7-17） Pn
变化曲线如图7-3 (1)当β=1和Pb=Pn时, x=0.794； 若0≤x≤0.794 若x＞0.794 若＝1 则Pb＞Pn
第二节 低压管网的水力工况
一、管网系统起点压力为定值时的工况
1．管网压力基本方程式
当起点压力为定值时，随负荷的降低，管道中的实际
压力降减少，用户处的压力升高。
P1=Pb+β△Pp
Pp P ( Qp Q )1.75 x1.75
(7-14) (7-15)
综合两式，得 1.75 P P x P 1 b
P 1Q1.75 (k1 k2 ) Pn 1Q1.75
用户燃具是按额定压力汁算，在此压力下的流量为额
定流量，即：Pn 2 Q 2 推导分析
(三)、管网计算压力降的确定
1.计算压力降的决定因素 由 P Pmax Pmin (k1 k2 )Pn ，计算压力降的大小取决 于两个因素： 与燃具的颔定压力Pn有关；增大Pn ，就增大管网计算 压力降Δp，可节约管网投资。但 Pn越大，对设备的制 作和安装质量要求就越高，管网的运行费用也越大； 因此，在选取Pn时要兼顾技术耍求和经济性。 与燃具的压力波动范围有关：增大燃具的压力波动范 围，就增大管网的计算压力降，节省金属用量。燃具 在超过额定压力下工作，燃具的热效率将降低，引起 过多的燃气损失，会产生不完全燃烧，致使燃烧产物 中出现过多的一氧化碳等有害气体；燃具在低于额定 压力下工作，将导致热强度降低，使加热过程延长， 或达不到工艺要求的燃烧温度，因此，燃具前的压力 不允许有很大的彼动。
2.计算压力降的确定
实验和研究表明，一般民用燃具的正常工作可以允许
其压力在±50％范围内波动，即k1=1.5 ，k2=0.5。由 得 P Q 2 ，得流量波动范围(0.7-1.2)Q 考虑到高峰时燃具不宜在过低负荷下工作，取k2=0.75 则△P=(k1－k2)Pn=0.75Pn 按最不利情况即当用气量最小时，靠近调压站的最近 用户处有可能达到压力的最大值，但由调压站到此用 户之间最小仍有约150Pa的阻力（包括煤气表阻力和干、 支管阻力）；故低压燃气管道（含室内和庭院管）总 的计算压力降最少还可加大150Pa 。则燃气低压管道 从调压站到最远燃具的管道允许阻力损失，可按下式 计算：
调压器出口的压力随管网负荷调节的方法
使调压器出口的压力随管网负荷调节的方法有许多种，
可采用在调压器出口安装节流孔板的方法。 将管网负荷的变化所导致的压力的变化反馈在调压器 上，以此来控制调压器的出口压力。具体作法是：导 压管连在孔板后，保持孔板后的静压为定值。当燃气 用量增加时，孔板处的动压增加。当气流流进孔板后， 动压逐渐减少，静压逐渐扩大。管网起点压力升高。
综上所述，用户处的压力及其波动范围取决于如下三 个因素： 1.计算压力降的大小和压降利用程度； 2.系统负荷（流量）的变化情况； 3.调压器出口压力调节方法。 (二)、计算工况下管网水力工况分析 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，其最大压力出现在管网负荷最小 的情况下。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。 计算工况下，管网是按最大负荷计算的，管网的计算 压力降等于燃具压力的最大波动范围，即： P Pmax Pmin (k1 k2 ) Pn 而低压管道的压力损失可按水力光滑区计算，即
燃具的最大允许压力和最小允许压
力，用燃具的额定压力乘一系数来 表示
Pmax k1 Pn Pmin k 2 Pn
计算工况指：管网通过最大流量
（计算流量Q），燃具前为额定压 力Pn、燃具流量为额定流量Qn。 只有在k2=1情况下,燃具前最小压力 为额定压力Pn 。 图7-1为直接连接用户的低压燃气 管网在计算工况下的压力曲线。 由图中可见，从调压器出口A到各 用户管道的压力降是不同的，由A 点到用户C2和C4的压力降均为计算 压力降ΔP，即计算压力降全被利用， 用户C1和C3的实际压力降均小于计 算压力降ΔP ，燃具前的压力大于 P2 。 用户的压降利用程度不同，则其压 力波动范围也不同。
取β＝1，Pb=Pn, △P=0.75Pn ，则
上式为 P1 1 0.75x1.75 Pn 按上式得曲线如图 7－5。即在0＜X ＜ 0.794时，为保持燃具前压力 Pb=Pn，调压器出口压力应按曲线1进 行调节。肖X＝0.794时，调压器出口 压力P1已达最大值1.5Pn，并应维持 P1为1.5Pn。之后，随着X的增大即X ＝0.794-1，燃具前的压力将减小。
n n n n n P 1 P P min Qmax Qmin Qmax (1 2 ) (1 2 )P
P 12 1 n Pn 1 2
管道内燃气流量波动越小（α2接近1），则计算压力
降可选取的值越大，即敷设管道所用的金属量超小。
4．事故工况下的供气能力
如果计算工况和事故工况的起点压力和终点压力相同， 2 2 2 ( PA PB2 ) l ( PA P 则 → x=0.345 ，可见流量的减少是 B )s 很大的。事故工况下只能满足计算工况的34.5%，不能 保证可靠供应。 5．提高x的办法与所需的压力储备 通常以系统能保证事故工况下供给计算工况70%的用气 量为可靠，即x=0.7。其方法是使系统有一定的压力储 备，即增加允许压力降，从而增加流量。这时计算压 力降的利用程度应为：