第六章 燃气管网水力计算
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第六章 水力计算
P ZRT
三、燃气流动基本方程
(4)方程组的简化
运动方程中的惯性项只在管道中燃气流量随时间变化极大时才有 意义，对流项只在燃气流速极大时才有意义。管道中燃气流速通 常不大于20－40M/S，且流量变化的程度不太大，因此，此两项 可忽略。另外，重力项也可忽略。
P w2 x d 2
2 lg 3.7d Re
四、燃气管道的摩擦阻力系数
3、紊流区公式 阿里特苏里公式是另一个通用的公式，它是显 函数公式，比较容易求解。
68 0.11 d Re
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.25
阿里特苏里公式和柯列勃洛克公式的偏差值在 5％以内，基本认为计算结果是一致的 。
2、稳定流动基本方程 （1）连续性方程－质量守恒定律 微元体的流入和流出燃气质量相等。 1w1F 2 w2 F w C 对可压缩流体，密度是个变量，因此， 燃气流动的速度也是变量。对不可压缩 流体，密度是常数，燃气流速也是常数。
三、燃气流动基本方程
（2）方程组的求解
P w x d 2
三、节点流量的计算
2、对于连接多根管道的节点或有集中负 荷的节点，其节点流量为：流入节点所有管段的途
泄流量的0.55倍，与流出节点所有管段的途泄流量的 0.45倍之和，再加上该节点的集中流量。 如下图，各节点的节点流量分别为：
（二）附加压头 由于燃气与空气的密度不同，当管段始 末端存在标高差时，在管道中产生附加 压头。
P g a g H
计算室内管道及地面标高变化大的室外 或厂区低压燃气管道时考虑。
第六章_燃气管网的水力计算
W2 P 2
局部阻力损失也可用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管
段的当量长度L2可按下式确定：
L2 W 2 P d 2 d L2 d
对于ζ=1时各不同直径管段的当量长度可按下法求得：
根据管段内径、燃气流速及运动粘度求出Re，判别流 态后采用不同的摩阻系数λ的计算公式，求出λ值， d 而后可得： l2
( 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 W2 g sin x x d 2
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 W 2 x d 2 W 常数 P ZRT
P P ( ) 1 gas 由燃气密度进行水力计算修正： L L
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。
课后作业
某多层住宅，已知燃气室内立管终端
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。
第六章 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
局部阻力损失也可用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管
段的当量长度L2可按下式确定：
L2 W 2 P d 2 d L2 d
对于ζ=1时各不同直径管段的当量长度可按下法求得：
根据管段内径、燃气流速及运动粘度求出Re，判别流 态后采用不同的摩阻系数λ的计算公式，求出λ值， d 而后可得： l2
( 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 W2 g sin x x d 2
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 W 2 x d 2 W 常数 P ZRT
P P ( ) 1 gas 由燃气密度进行水力计算修正： L L
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。
课后作业
某多层住宅，已知燃气室内立管终端
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。
第六章 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
城市燃气课件第六章燃气管网水力计算
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定管网的运行状态。
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05
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燃气管网水力计算案例分析
案例一：某城市燃气输配管网的水力计算
总结词
复杂管网模型、多种气源、多级压力
详细描述
该案例针对某城市的燃气输配管网，建立了复杂的水力计算模型，考虑了多种 气源和多级压力的情况，通过计算和分析，确定了管网的输送能力和压力分布 。
案例二：某大型工业园区燃气管网的水力计算
目的
确保管网正常运行，优化燃气分 配，降低运营成本，预防潜在问 题。
计算原理
01
02
03
流体动力学原理
依据流体动力学的基本原 理，分析燃气在管网中的 流动状态和规律。
质量守恒定律
确保管网中燃气质量守恒 ，即流入和流出的燃气量 相等。
能量守恒定律
根据能量守恒定律，分析 燃气在管网中压力和流速 的变化。
混合模型的局限性
模型建立较为复杂，需要具备丰富 的专业知识和经验，同时对于某些 特定场景的适用性仍需进一步验证 。
03
CATALOGUE
燃气管网水力计算方法
节点法
01
节点法是一种基于管网节点压力 平衡的算法，通过求解管网中各 节点的压力和流量，计算出管网 的流量分配和压力损失。
5第六章 燃气管网水力计算_图文-文档资料
dp w2 dx d 2
ρ w =const
P=Zρ RT
高压、次高压和中压燃气管道 单位长度摩擦阻力损失的表达式
2 2 2 p p Q T 10 1 2 1 . 27 10 5 Z L d T 0
p1—燃气管道始端的绝对压力，kPa； p2—燃气管道末端的绝对压力，kPa； Q—燃气管道的计算流量，m3/s； d—管道内径，mm；
式中 lg－常用对数； K－管壁内表面的当量绝对粗糙度（mm）； Re－雷诺数（无量纲Re=dw/ν ν 为运动粘度）。
燃气管道摩擦阻力计算公式及图表（附录2）
低压燃气管道从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失
P 0 . 75 P 150 d n
式中 Δ p d－从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失，含室内燃气管 道允许的阻力损失（Pa）； Pn－低压燃具的额定压力（Pa）。
qA
Q A L 1 2 3 4 56 1
qB
QB L1 2 11
qC
QC L1 1237
式中 QA、QB、QC—为A、B、C 各区的小时计算流量，m3/h； L—管段长度，m。
计算管段的途泄流量
Q q q L B A 1 2
1 2 1
燃气分配管段计算流量确定
附加压头
p g h a g
Δ p—附加压头，Pa； g—重力加速度，m/s2； ρ a—空气密度，kg/m3； ρ g—燃气密度，kg/m3； Δ h—管道终端与始端的标高差，m。
局部阻力
2 w T p 0 2 T 0
p — 局部阻力的压力损失，Pa； — 计算管段中局部阻力系数总和； w —燃气在管道中的流速，m/s； 燃气密度， — kg/m3； 0 T—燃气绝对温度，K； T0—273K。
第六章燃气管网的水力计算
第六章燃气管网的水力计算第一节管道内燃气流动的基本方程式我们先看以下燃气管道计算的不稳定流动方程。
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是不稳定流，管道内燃气的压力和流量在流动过程中都会发生变化，除此之外，随着管道内沿程压力的下降燃气的密度也在减小，而管道内燃气的温度可以认为是不变的，其温度等于管道周围土壤的温度。
这样，决定燃气流动状态的参数为：压力P，流速w和密度ρ，他们均随燃气流动的距离和时间而变化。
是距离L和时间τ的函数，即为了求得燃气流动的状态参数P，w和ρ，必须借助于运动方程，连续性方程和状态方程三个方程。
对管道内的燃气列出运动方程和连续性方程，再将其与状态方程组合，可以得到求解管道内燃气流动的基本方程式：其中α指的是燃气管道对水平面的倾斜角。
λ为摩阻系数，d是燃气管道的内径。
从理论上讲，该式可用来求解在燃气管道中任意断面x和任一时间τ的气流参数P，ρ和流速w，但实际上这一组非线性偏微分方程组很难求解析解，在工程上常可忽略某些对计算结果影响不大的项，并对该方程组进行线性简化，可求得近似解。
到简化后的方程组为：其中c为声速上式即为简化后的燃气管道不稳定流动方程组，但在实际生产和生活中，该方程的应用并不多，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到上面的不稳定流进行计算外，设计城市燃气管道时燃气流动的不稳定性可以不考虑。
因此我们下面主要讲一下燃气管到计算的稳定流动方程式。
二、稳定流动方程式通常在城市燃气管网工程设计中，将某一小段时间内（如一小时或一天）的管内流动作为稳定流动，认为各运动参数P ，w 和ρ不随时间变化。
这样这三个参数对时间的偏导数都等于0，即0=∂∂τP0=∂∂τρ0=∂∂τω将他们带入不稳定流动方程组，然后进行适当简化积分后可得稳定流动燃气管计算的公式：该方程可以用来计算高压和低压燃气管道。
其中P1是管道起始端管内燃气的绝对压力Pa ，P2是L 处管道内燃气的绝对压力Pa ， λ为摩阻系数，Q 0为燃气管道的计算流量Nm 3/s ， d 是管道内径m ，0ρ为燃气的密度kg/Nm 3P 0为标准大气压，P 0=101325Pa ，T 为燃气的温度K ，T 0为标准状态温度，T 0=273.16KZ 是燃气在管内所处温度压力下的压缩因子，Z 0是燃气在标准状态下的压缩因子， 将该式用于计算低压燃气管道压降时可以进行简化，P m 为管道起始端和末端压力的算数平均值，，低压管道本身压力很低，可以认为0P P m ≈，带入稳定流动计算公式可得：若考虑城市燃气管道的压力一般在1.6MPa 以下，此时可认为10=≈Z Z ，并将公式中的各参数采用工程中常用的单位，P 的单位用kPa ，L 的单位采用km ，流量的单位采用Nm 3/h ，管道内径d 的单位采用mm ，则第三部分我们看一下计算公式中的摩阻系数λ 三、燃气管道的摩擦阻力系数简称摩阻系数，是反映管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数，与燃气在管道内 的流动状况、管道材质、管道的连接方法及安装质量、燃气的性质等因素有关，是雷诺数Re 和相对粗糙度d∆的函数。
燃气管网水力计算
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
水力计算的任务
➢ 设计计算：根据计算流量（Q）和允许压力损失 （△P）计算管径（D），进而决定管网投资与金属 消耗量等
➢校核计算：对已有管道进行流量（Q）和压力损失 （△P）的验算，已充分发挥管道的输气能力，或决 定是否需要对原有管道进行改造
➢意义：关系到输配系统经济性和可靠性，是城镇 燃气规划与设计中的一项重要工作
• 转输流量：流经燃气管段，并转送给后续管段的流量 Q2称为转输流量
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
（一）燃气分配管网的供气方式
➢ 管段沿途不输出燃气，这种管段的燃气流量是不变的 Q1 ＝ 0, Q2 ≠0
➢ 由管段始端进入的燃气在途中全部供给各个用户 Q1 ≠ 0, Q2 ＝ 0
Z 压缩因子， 当燃气压力小于1.2MPa
（表压）时，取Z =1；
d 管道直径，mm
L 燃气管道的计算长度，km
燃气管道摩擦阻力系数
燃气密度，kg/m3
T 设计中所采用的燃气温度，K
T0 标准状态气体绝对温度，273.15K
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
8）由管段的压力降推算管网节点的压力：
节点压力需满足要求，管道压力降过小而不经济时，需调整管
径，重复6）、7）两步计算
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第二节 室内燃气管道的设计计算
一、室内燃气管道及燃具的布置
(一)燃气用户引入管 (二)室内燃气管道 (三)燃气计量表的布置 (四)燃具的布置
燃气供应
Q1 - 途泄流量，m3 /h Q2 - 转输流量，m3 /h
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
水力计算的任务
➢ 设计计算：根据计算流量（Q）和允许压力损失 （△P）计算管径（D），进而决定管网投资与金属 消耗量等
➢校核计算：对已有管道进行流量（Q）和压力损失 （△P）的验算，已充分发挥管道的输气能力，或决 定是否需要对原有管道进行改造
➢意义：关系到输配系统经济性和可靠性，是城镇 燃气规划与设计中的一项重要工作
• 转输流量：流经燃气管段，并转送给后续管段的流量 Q2称为转输流量
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
（一）燃气分配管网的供气方式
➢ 管段沿途不输出燃气，这种管段的燃气流量是不变的 Q1 ＝ 0, Q2 ≠0
➢ 由管段始端进入的燃气在途中全部供给各个用户 Q1 ≠ 0, Q2 ＝ 0
Z 压缩因子， 当燃气压力小于1.2MPa
（表压）时，取Z =1；
d 管道直径，mm
L 燃气管道的计算长度，km
燃气管道摩擦阻力系数
燃气密度，kg/m3
T 设计中所采用的燃气温度，K
T0 标准状态气体绝对温度，273.15K
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
8）由管段的压力降推算管网节点的压力：
节点压力需满足要求，管道压力降过小而不经济时，需调整管
径，重复6）、7）两步计算
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第二节 室内燃气管道的设计计算
一、室内燃气管道及燃具的布置
(一)燃气用户引入管 (二)室内燃气管道 (三)燃气计量表的布置 (四)燃具的布置
燃气供应
Q1 - 途泄流量，m3 /h Q2 - 转输流量，m3 /h
燃气管网水力计算o
（四）节点流量 常将计算管段的两端视为节点。 （流量的变化点） 流出和流入节点的流量流称为节点流量:q。 在进行燃气管网计算时，常把途泄流量Q1转 化成节点流量q来计算，相当于途泄流量只 在接节点流出，沿计算管段不再有流量流出， 管段内流量不发生变化。 由Q＝0.55Q1+Q2 可知,途泄流量Q1由末 端节点流量0.55Q1和始端节点流量(１0.55)Q1两部分来代替。
第六章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
一、燃气水力计算公式 二、燃气分配管段计算流量的确定 三、管网计算
第二节 室内燃气管道的设计计算
一、室内燃气管道及燃具的布置 二、室内燃气管道设计计算
第一节 燃气管网设计计算p138
燃气管道水力计算的任务,是根据计 算流量和规定的压力损失来计算管径及设 备选型。正确地进行水力计算,是关系到 输配系统经济性和可靠性的问题，是城镇 燃气规划与设计中的一项重要工作.
ρ k---- 空气密度 kg/m³
kg/m³ Δ h----管道终端与始端的标高差，m
ρ
r----燃气密度
Δ P=g(ρ k-ρ r)Δ h
• • • • •
附加压头类似给水管网中的静压水头。 燃气由下至上输送时： 若燃气比空气轻，Δ P为正值，是动力。 若燃气比空气重，Δ P为负值，是阻力。 燃气由上至下输送时与之相反。
例：
天然气管，当管径为Φ 48ⅹ3.5 Q=10m³/h时，当量长度 l2 ≈1.05m
当管段的计算长度：L=L1+L2 = L1+∑ζl2 当管段的计算长度L计算出后，再乘以单位长 度摩擦阻力损失，就可以得出计算管段的总 阻力损失Δ P。 Δ P小于管道允许阻力损失说明管径选的合适。
燃气管网水力计算
图表法
P12
LP2201
3.1(kP)a2/m
P 12 LP 22 00
3.10
.7
.7 2
.(1 k7 P )2/am
1502 P22 2.17 200
四、附加压头
由于空气与燃气密度不同,当管道始、末端存在标高差时,在 燃气管道中将产生附加压头.对始末端高程差值变化甚大的 个别管段,包括低压分配管道及建筑物的室内的低压燃气管 道,必须将附加压头计算在内.
对于管段AB,途泄流量 为Q1,转输流量为Q2 管道起点A处,流量为转 输流量与途泄流量之和 ； 管道终点B处,流量仅为 Q2.
而管段内各段面处的流量是不断变化的,数值处于二者之间. 若假定沿管线长度向用户均匀地配气,则沿线流量变化呈直线关 系.
<二>燃气分配管道计算流量的确 定
确定变负荷管段 的计算流量
原则--以计算流 量求得的管段压 力降应与变负荷 管段的实际压力 降相等.
计算流量先用转输流量与途泄流量的组合来表示
QQ1Q2
式中：Q------计算流量,Nm3/h； Q1-----途泄流量,Nm3/h； Q2-----转输流量,Nm3/h； α-----流量折算系数,它与途泄流量与转输流量之比、
决定水力计算图表的因素主要有三个,不同的燃气种类 、管道的压力级别、不同的管道材质.三者的不同组合 得到不同的水力计算图表.
图：燃气97 6－4、5
计算图表的绘制条件：
1、燃气密度按 0＝1Kg计/N算m3,使用时不同的燃气密度
要进行修正.
低压管道： lp(lp)01
高中压管道：
p12p2 2 l
(p12 l p2 2)01
2、运动粘度：
人工燃气： ＝2510－6m2/s 天然气： ＝1510－6m2/s
第六章 燃气管网的水力计算
Q
算
把低压计算公式中的1.75改写 为2即可。
P Q nn Q ns P
Pi\ Q — 顺“+” 逆“-”
Q
29
第六章
4. 环网水力计算例题
【例题】 试计算图6-1中所示的低压管网，图上注有 环网各边长度（m）及环内建筑用地面积F（公顷）。 人口密度为每公顷600人，每人每小时的用气量为 0.06m3，有一个工厂集中用户，用气量为100m3/h。气 源是焦炉煤气，密度ρ=0.46kg/m3，动力粘度 ν=25×10-6m2/s。管网中的计算压力降取ΔP=400Pa。 解：（1）在平面图上编号、标注
第六章
B
C
A
F
E
D
18
(3)各小区管L1 2 3 4 5 6 1
QB L1 2 1 1
1
2
C
A
3
7
qB
5 6 F 10 9 E 8 4 D
(4)计算各管段的Q1
Q
1 2 1
图 5-10 各 管 段 途 泄 流 量 计 算 图 示
q B q A L1 2
管段摩擦（沿程）
阻力损失
Py
P1 2 P22 L L
P L l
10
Py
第六章
3. 局部阻力损失计算公式 （1）基本公式
Pj
w
2
2
适用：庭院管、室内管、厂区管
第六章
11
（2）当量长度法
局部阻力损失： P j
12
ldl
d
l2
算
把低压计算公式中的1.75改写 为2即可。
P Q nn Q ns P
Pi\ Q — 顺“+” 逆“-”
Q
29
第六章
4. 环网水力计算例题
【例题】 试计算图6-1中所示的低压管网，图上注有 环网各边长度（m）及环内建筑用地面积F（公顷）。 人口密度为每公顷600人，每人每小时的用气量为 0.06m3，有一个工厂集中用户，用气量为100m3/h。气 源是焦炉煤气，密度ρ=0.46kg/m3，动力粘度 ν=25×10-6m2/s。管网中的计算压力降取ΔP=400Pa。 解：（1）在平面图上编号、标注
第六章
B
C
A
F
E
D
18
(3)各小区管L1 2 3 4 5 6 1
QB L1 2 1 1
1
2
C
A
3
7
qB
5 6 F 10 9 E 8 4 D
(4)计算各管段的Q1
Q
1 2 1
图 5-10 各 管 段 途 泄 流 量 计 算 图 示
q B q A L1 2
管段摩擦（沿程）
阻力损失
Py
P1 2 P22 L L
P L l
10
Py
第六章
3. 局部阻力损失计算公式 （1）基本公式
Pj
w
2
2
适用：庭院管、室内管、厂区管
第六章
11
（2）当量长度法
局部阻力损失： P j
12
ldl
d
l2
专业学习【油气储运工程】燃气输配燃气输配第六章
燃气不稳定流动的原因： 气源工作的不稳定 压气设备工作的不稳定 燃气用户用气量随时间变化的不稳定
决定燃气流动状态的参数：
压力P 密度ρ
流速
温度 四者是随时间τ、离起点的距离x而变的函数
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。因此，决定燃气 流动状态的参数为：
第六章 城市燃气管网的水力计算
燃气管网水力计算的任务： 1．根据燃气的计算流量和允许的压力损失计算管道直 径，以确定管道投资和金属消耗。 2．对已有管道进行流量和压力损失的验算，以充分发 挥管道的输气能力，或决定是否需要对原有管道进行 改造。
因此，正确地进行水力计算，是关系到输配系统经济性和可 靠性的问题，是城市燃气规划与设计中的重要环节。
第六章 城市燃气管网的水力计算
管内燃气流动基本方程式 城市燃气管道水力计算公式和计算图表 内 燃气分配管道计算流量的确定
容
枝状管网的水力计算 环状管网的水力计算 室内燃气管道的水力计算
第一节 管内燃气流动基本方程式
不稳定流动方程式 稳定流动方程式 燃气管道的摩擦阻力系数
一、不稳定流动方程式
不稳定流动：运动参数均沿管长随时间变化，它们是 距离和时间的函数。
稳定流动燃气管道的水力公式 ：
P12
P22
1.62 Q02
d5
0 P0
T T0
Z Z0
L
假设条件：稳定流；等温过程； 适用于高压与低压燃气管道基本公式 。
对于低压燃气管道，可以做进一步的简化：
P12 P22 P1 P2 P1 P2 2Pm P1 P2
Pm=(P1 +P2)/2≈P0； 所以低压管道的基本计算公式表达为下列形式 ：
决定燃气流动状态的参数：
压力P 密度ρ
流速
温度 四者是随时间τ、离起点的距离x而变的函数
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。因此，决定燃气 流动状态的参数为：
第六章 城市燃气管网的水力计算
燃气管网水力计算的任务： 1．根据燃气的计算流量和允许的压力损失计算管道直 径，以确定管道投资和金属消耗。 2．对已有管道进行流量和压力损失的验算，以充分发 挥管道的输气能力，或决定是否需要对原有管道进行 改造。
因此，正确地进行水力计算，是关系到输配系统经济性和可 靠性的问题，是城市燃气规划与设计中的重要环节。
第六章 城市燃气管网的水力计算
管内燃气流动基本方程式 城市燃气管道水力计算公式和计算图表 内 燃气分配管道计算流量的确定
容
枝状管网的水力计算 环状管网的水力计算 室内燃气管道的水力计算
第一节 管内燃气流动基本方程式
不稳定流动方程式 稳定流动方程式 燃气管道的摩擦阻力系数
一、不稳定流动方程式
不稳定流动：运动参数均沿管长随时间变化，它们是 距离和时间的函数。
稳定流动燃气管道的水力公式 ：
P12
P22
1.62 Q02
d5
0 P0
T T0
Z Z0
L
假设条件：稳定流；等温过程； 适用于高压与低压燃气管道基本公式 。
对于低压燃气管道，可以做进一步的简化：
P12 P22 P1 P2 P1 P2 2Pm P1 P2
Pm=(P1 +P2)/2≈P0； 所以低压管道的基本计算公式表达为下列形式 ：
燃气管网水力计算ppt课件
P 1 2 LP 2 21.3 16 0d 151Q d0 5 0.2 88Q d 4 0 5 2 0T T 0
三、燃气管道水力计算图表
压力不同、管材不同，水力计算公式也不同，所以也就对应着不同的水力计算图表 。另外，燃气种类不同时，由于不同种类燃气的密度、粘度等有很大的不同，所以 计算图表也不同。
p12p2 2
l
(p12 l p2 2)01
人工燃气： 天然气：
＝2510－6m2/s ＝1510－6m2/s
3、取钢管的当量绝对粗糙度：
＝0.00017m
例 题 1：
已知：人工燃气的密度 ，
运0＝动0粘.5度K：g/Nm3
＝ 2 51－ 06m2/s 15℃时燃气流经l=100m长
的低压燃气钢管，当流量Q0＝10Nm3/h时，管段压力降为4Pa，求该管 道管径。
△P----局部压力降，Pa；
----计算管段中局部阻力系数的总和；
----燃气在管道中的流速，m/s；
----燃气密度，kg/Nm3；
T ----燃气绝对温度，K，T0=273K。 0
2、当量长度法
P220T T0＝ L d2220T T0
L2
d
当量长度不但与局部阻力系数有关，还与管径、沿程阻力系数有关
在总流量QN一定时，整个管段的压降为支管数n与途泄流量的函数关系式。
2、以计算流量求压力降
把 QQ1 带入Q 压2降计算公式：
P2 K(Q1 Q2 )1.75 L
1.75
KQN1.75
L
Q1
QN
QN Q1 QN
KQN1.75L(x 1 x )1.75
由 P1 P2 得：
1.7510.8x80.11 2n1x(1x)
三、燃气管道水力计算图表
压力不同、管材不同，水力计算公式也不同，所以也就对应着不同的水力计算图表 。另外，燃气种类不同时，由于不同种类燃气的密度、粘度等有很大的不同，所以 计算图表也不同。
p12p2 2
l
(p12 l p2 2)01
人工燃气： 天然气：
＝2510－6m2/s ＝1510－6m2/s
3、取钢管的当量绝对粗糙度：
＝0.00017m
例 题 1：
已知：人工燃气的密度 ，
运0＝动0粘.5度K：g/Nm3
＝ 2 51－ 06m2/s 15℃时燃气流经l=100m长
的低压燃气钢管，当流量Q0＝10Nm3/h时，管段压力降为4Pa，求该管 道管径。
△P----局部压力降，Pa；
----计算管段中局部阻力系数的总和；
----燃气在管道中的流速，m/s；
----燃气密度，kg/Nm3；
T ----燃气绝对温度，K，T0=273K。 0
2、当量长度法
P220T T0＝ L d2220T T0
L2
d
当量长度不但与局部阻力系数有关，还与管径、沿程阻力系数有关
在总流量QN一定时，整个管段的压降为支管数n与途泄流量的函数关系式。
2、以计算流量求压力降
把 QQ1 带入Q 压2降计算公式：
P2 K(Q1 Q2 )1.75 L
1.75
KQN1.75
L
Q1
QN
QN Q1 QN
KQN1.75L(x 1 x )1.75
由 P1 P2 得：
1.7510.8x80.11 2n1x(1x)
燃气基础知识 第六章 燃气管网水力计算
P —计算环的压力闭合差；
P —计算环的各管段的压力降与流量之比； Q
Qnn —邻环校正流量的第一项近似值；
P Q —与邻环共用的管段的值。 ns
（b）高、中压管网
2 P Q P 2
2
Q
P 2 Qnn Q ns Q P 2 Q
5）燃气用户以下地点应设置手动快速式切断阀：燃气立管 上、燃气表前、燃具前。 6）与家用燃具连接的软管上不应有接头，且软管长度不应 超过 2m。 7）为保证用户用气安全，家用燃气热水器应安装在通风良 好的非居住房间，且房间净高度宜大于2.4m。 8）燃气计量表与燃具、电气设施之间应保证最小水平净距。 居民家用燃气计量表与燃气热水器之间的水平净距应不小于 30cm。 9）当燃具和用气设备安装在地下室、半地下室及通风不良 的场所时，应设置通风装置和燃气泄漏报警装置。
燃气管道摩擦阻力计算公式及图表（附录2）
低压燃气管道从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失
Pd 0.75Pn 150
式中 Δp d－从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失，含室内燃气管 道允许的阻力损失（Pa）； Pn－低压燃具的额定压力（Pa）。
附加压头
p g a g h
数值与燃气在管道内的流动状况、燃气性质、管道材质（管道内壁粗糙度） 及连接方法、安装质量等因素有关； ρ—燃气密度，kg/m3； T—设计中所采用的燃气温度，K； T0—标准状态绝对温度，273.15K； Z—压缩因子；当燃气压力小于1.2MPa（表压）时，取Z=1； L—燃气管道的计算长度，km。
第六章 燃气管网水力计算
燃气管道水力计算的任务
根据计算流量和规定压力损失来计算管径，进而决定管
第六章_燃气管网的水力计算案例
第六章_燃气管网的水力计算案例燃气管网的水力计算是指在一定工作条件下，通过计算管网中的流量、压力等参数，来判断管网运行的性能和工况的稳定性。
水力计算是燃气管网设计和运行的重要依据，能够保障管网的正常运行和安全性。
下面将以一个燃气供气管网的水力计算案例来进行详细介绍。
案例：小区的燃气供气管网有3条支路管线，分别是A、B、C。
管线A和管线B通过阀门1相连接，管线B和管线C通过阀门2相连接。
管线A上有一个燃气表，管线C上有一个燃气应急放散阀。
已知各管段的长度、直径、流量和压力差，要求通过水力计算来判断各个管段的流量、压力和流速。
首先，我们需要列出各个管段的参数：管段A：长度L1，直径D1，流量Q1，压力差ΔP1管段B：长度L2，直径D2，流量Q2，压力差ΔP2管段C：长度L3，直径D3，流量Q3，压力差ΔP3根据水力计算的基本原理，我们可以利用管网模型和压力平衡方程来进行计算。
首先计算管段A的流量、压力和流速。
通过压力平衡方程可以得到：Q1=(π/4)*(D1^2)*v1ΔP1=λ*(L1/D1)*(v1^2)/2其中，v1为管段A的流速，λ为管道摩阻系数。
接下来计算管段B的流量、压力和流速。
通过阀门1和压力平衡方程可以得到：Q2=Q1ΔP2=ΔP1+λ*(L2/D2)*(v2^2)/2其中，v2为管段B的流速。
最后计算管段C的流量、压力和流速。
Q3=Q2ΔP3=ΔP2+λ*(L3/D3)*(v3^2)/2其中，v3为管段C的流速。
根据以上方程，我们可以利用迭代法或数值计算方法来求解各个管段的流量、压力和流速。
首先可以假设一个初始值，然后通过迭代或者数值计算逐步逼近求解。
在实际运算中，还需要考虑管道材料的摩阻系数、流量的单位换算、附加阻力等因素，以提高计算的精确性。
通过上述的水力计算，我们可以得到燃气供气管网各个管段的流量、压力和流速参数。
然后可以根据这些参数来判断管网的流动状态和工况是否正常，以及是否需要进行管网的优化和调整。
燃气管网水力计算
第六章 城市燃气管网的水力计算
燃气管网水力计算的任务： 1．根据燃气的计算流量和允许的压力损失计算管道
直径，以确定管道投资和金属消耗。 2．对已有管道进行流量和压力损失的验算，以充分
发挥管道的输气能力，或决定是否需要对原有管道进 行改造。
因此，正确地进行水力计算，是关系到输配系统经济性和可 靠性的问题，是城市燃气规划与设计中的重要环节。
公式法
P12
P22 L
1.4
10
6
d
d
192.2 Q0
0.25
Q02 d5
0
T T0
图表法
P12
L
P22
0 1
3.1(
kPa)2
/
m
P12
P22 L
0 0.7
3.10.7
2.17( kPa)2
一、低压燃气管道水力计算公式
层流区(Re<2100)：
P
L
1.13 1010
Q0 d4
0
T T0
临界区(Re=2100~3500)
紊流区(Re>3500)
P L
1.88
106
1
11.8Q0 23.0Q0
7 104 1 105
d d
Q02 d5
0
T T0
钢管、塑料管：
P L
6.89
106
d
192.2
d
Q0
0.25
Q02 d5
0
T T0
铸铁管：
燃气管网水力计算的任务： 1．根据燃气的计算流量和允许的压力损失计算管道
直径，以确定管道投资和金属消耗。 2．对已有管道进行流量和压力损失的验算，以充分
发挥管道的输气能力，或决定是否需要对原有管道进 行改造。
因此，正确地进行水力计算，是关系到输配系统经济性和可 靠性的问题，是城市燃气规划与设计中的重要环节。
公式法
P12
P22 L
1.4
10
6
d
d
192.2 Q0
0.25
Q02 d5
0
T T0
图表法
P12
L
P22
0 1
3.1(
kPa)2
/
m
P12
P22 L
0 0.7
3.10.7
2.17( kPa)2
一、低压燃气管道水力计算公式
层流区(Re<2100)：
P
L
1.13 1010
Q0 d4
0
T T0
临界区(Re=2100~3500)
紊流区(Re>3500)
P L
1.88
106
1
11.8Q0 23.0Q0
7 104 1 105
d d
Q02 d5
0
T T0
钢管、塑料管：
P L
6.89
106
d
192.2
d
Q0
0.25
Q02 d5
0
T T0
铸铁管：
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零点：指各环中燃气沿顺时针流动与逆时针流动的交汇 点,此点为各环压力的最低点。
❖ （4）推算每一管段的初步计算流量
❖ （5）选择管径
由已知的管网计算压力降和供气点至零点的管道长度， 求得单位长度沿程阻力平均压力降；
选择各管段的管径。
第六章
26
❖ （6）算各管段实际压力降及各环压力闭合差
解：（1）在平面图上编号、标注
第六章
30
100Nm3/h
3
300 4
400
5
600
600
FⅠ=15
FⅡ=20
300 2
400 6
1
450
FⅢ=24
8
7
第六章
31
450
❖ （2）计算各环单位长度途泄流量q
各环用气量（气化率100%）、周长、q。
第六章
32
❖ （3）定各环零点、流向
零点：每环只有一个零点， 使供气点到各用户的路线最 短——3、5、8。
(6)检查计算结果：若总压力降≤允许值，合格；否则
应适当变动管径，直到总压力降≤允许值为止。
第六章
24
6.3.2 环状管网的水力计算
1. 计算特点
（1）供气量任意： 环网任一节点均可由相邻两管段或多管段供气； 供给量任意分配——节点处流量代数和为零即可；
（2）管径变则流量重新分配： 引起管网流量的重新分配 并改变各节点的压力值；
P12
P22 L
1.271010 Q02
d5
0
T T0
Z
Re wd
w
Q0
d2
P12
P22 L
f (Q0 , d, 0 ,T ,T0 , Z, K, v)
4
其中：燃气种类、使用环境状态、
管材确定，则
0 , v,T ,T0 , K, Z —确定
P12
P22 L
q q n-1
n
Q1=nq
L=(n+1)l
❖ 同时有途泄、转输流量的管段
Q Q Q 图5-11
燃气分配管段的负荷变化示意图
1
2
=
0.55 管段上分支管数≥5个 0.5 管段中转输流量占比重大
第六章
20
6.2.4 节点流量
❖ 用途：
计算机计算燃气环网
❖ 方法：
把途泄流量分配到管段 的两端。
各管段长度、管径、计算流量、压力降、节点流 量
管网压力降。
第六章
28
3. 环网水力平差计算
❖ 方法：管径不变，引入校正流量并不断修正——闭合差满足 步骤（6）中精度要求。
❖ 低压管网水力平差计算 a. 压力降和流量的关系
Q Q Q
b. 管段校正流量的组成
Q
P
1.75
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
18
(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
d
Pj
ldl
(
P l
)
第六章
实际工程中只取决于 管件或设备所在管段 管径等几何参数
12
ldl
d
l2
d
计算管道阻力损失
P
Py
Pj
(l
ldl
)(
P l
)
式中：l ldl 计算长度
适用：庭院管、室内管、厂区管
第六章
13
（3）估算法
Pj (5% 10%)Py
（3）水力计算有三个未知量： 有直径、压力降和计算流量三个未知量。
第六章
25
2. 计算一般步骤
❖ （1）绘制管网平面示意图、编号、标注
❖ （2）计算各管段Q1
1
100
2
❖ （3）拟定管网燃气流向
50
50
4
100
3
气流到各用户路径最短——从供气点流向零点的原则
但在同一环内，必须有两个相反的流向。
λ——燃气管道摩擦阻力系数；
ρ0——燃气密度，kg／m3；
T、T0——设计中、标准状态所采用的燃气绝对温度，K
Z——压缩因子，燃气压力<1.6MPa（表压），Z=1
第六章
4
（2）低压燃气管道单位长度摩擦阻力损失
P l
6.26107
Q02 d5
0
T T0
其中：ΔP——燃气管道始末端压力损失,pa l——计算长度，m Pm——（P1+P2)/2≈P0
D820×8
D920×8
D1020×10 D1120×10 D1220×10
4 6 8102 2
4 6 8103 2
4 6 8104 2
4 6 8105 2 4 6 8106 Q（m3 /h）
图5 2 人工干燃气第高六、章中压钢管水力计算图
8
ρ0=1kg/m3 γ0=25×10-6m 2 /s
❖ 制图条件
Q112
qB qA
L12
QB L1211
QA L1234561
L12
第六章
19
6.2.3 各分配管段计算流量Q的确定
燃气管道的负荷
❖ 途泄流量管段
Q Q1 QN
❖ 转输流量管段
Q Q2
1 23 q1 q2 q3
n n+1
Q2
y
第6章 燃气管网的水力计算
6.1 城市燃气管道水力计算公式和计算图表 6.2 燃气分配管网计算流量 6.3 管网水力计算
第六章
1
6.1 水力计算公式和计算图表
1. 水力计算的任务
（1）设计计算 据计算流量、规定的压力损失——确定管径。
（2）校核计算 据已建管管径、管计算流量（或允许压力
降）——计算压力降（或流量）是否满足要求。
（1）基本公式
Pj
w2
2
适用：庭院管、室内管、厂区管
第六章
11
（2）当量长度法
❖ 局部阻力损失：Pj
w2
2
❖
摩擦阻力损失：Py
(P) • l l
d
l
w2
2
w2 ( P ) • d 2 l
Pj
d
( P ) l
ldl
流向：从供气点到零点， 有顺时针和逆时针方向。
❖ （4）各环中各管段的计 算流量Q
先各环中各管段的Q1； 再计算Q2（从零点倒推法）
第六章
33
管 途泄流量（m3/h）
转输流量
计
段
算
流
量
环 1-2 Q112 q q l12 (0.3 0.376 ) 300 203
第六章
2
2.摩擦阻力损失计算公式
燃气是可压缩流体——
单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管 线——不稳定流动；
其他情况（城市燃气管道）——按稳定流动计算。
P1
Q0
d P2
L
稳定流动运动方程 连续性方程 气体状态方程
等截面
—等—温—
P12
P22
1.62
Q02 d5
0
P0
T T0
Z Z0
Q43 1
Q 43 2
Q 45 1
Q 45 2
90 50
144 0
P Q
❖ 高、中压管网水力平差计 算
把低压计算公式中的1.75改写 为2即可。
Q
Qnn
P Q
ns
P
Q
第六章
Pi\ Q — 顺“+” 逆“-”
29
4. 环网水力计算例题
【例题】 试计算图6-1中所示的低压管网，图上注有 环网各边长度（m）及环内建筑用地面积F（公顷）。 人口密度为每公顷600人，每人每小时的用气量为 0.06m3，有一个工厂集中用户，用气量为100m3/h。 气源是焦炉煤气，密度ρ=0.46kg/m3，动力粘度 ν=25×10-6m2/s。管网中的计算压力降取 ΔP=400Pa。
第六章
5
❖ （3）燃气管道摩擦阻力系数λ
与流动状况、燃气性质、管道材质、连接方式、 安装质量有关。
层流区（Re≤2100）：
临界区（2100＜Re≤3500）：
紊流区（Re＞3500）： （柯列勃洛克公式）
其中： Re wd
K——管道内壁的当量粗糙度，mm。
第六章
6
❖ （4） 水力计算图
观察单位长度摩擦阻力损失公式：
流出 0.45Q1
管1 Q11
❖ 环网某节点流量q′
0.55 Q1
Q13
管3
Q14
管4
流入 0.55Q1
管2 Q12
q 0.55(Q11 Q13) 0.45(Q12 Q14 )