燃气管网水力计算方法
燃气输配技术燃气管网的水力计算教材
QN
Q1=0 L (a) Q1
Q2
QN L (b) Q1 QN L (c)
Q2=0
Q2
图5-9 燃气管道的计算流量 图5— 9 燃气管道的计算流量
（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
一、燃气分配量为QN；沿程输出的 流量
流经管段，由始端送 至末端，始终恒定不 变的流量
转输流量Q2
按照所具有的途泄流量和转输流量不 同，燃气分配管道可分为以下几类： 1.只有转输流量的管段 （沿程流量 不变） 2.只有途泄流量的管段 （沿程流量 变化） 3.既有途泄流量又有转输流量的管段 （沿程流量变化）
注 意 修 正
4 6 8106 Q（m3 /h）
图5 2 人工干燃气高、中压钢管水力计算图 ρ 0=1kg/m 3 γ 0=25×10 m 2 /s
-6
三、低压燃气管网压力降及压力降分配 在计算低压燃气管网时，需要控制管 道的阻力损失，低压燃气管网压力降分 配应根据经济技术条件确定，详见第六 章。
5.确定各管段中的燃气流向，气流方向总是流离 供气点，不应逆向； 6.计算管网各管段的途泄流量、转输流量和计算 流量； 7.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。 8.进行校正计算（即水力平差计算），使所有封 闭环网压力降的代数和等于零或接近于零， 直至 达到工程允许的误差范围。
ΔH=10×（ρk－ρm）×h 附加压力计算结果可正、可负， 当附加压力为正值时，有助于燃气流 动。而当附加压力为负值时，阻碍燃 气流动。
城市燃气课件第六章燃气管网水力计算
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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。
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)；。
燃气管网水力计算
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。
城市民用燃气管网的水力计算
城市民用燃气管网的水力计算我国天然气大发展时代己经到来，随着社会的发展和生产、生活文明程度的提高，要求天然气工业有较快的发展，以改善能源结构，保护大气环境。
随着我国城市能源结构的调整，天然气将成为主要的城市能源。
在城市燃气的发展过程中，民用燃气管网的水力参数计算是城市燃起管网设计、改造、扩建的基础，它直接决定着城市燃气发展的安全稳定性，所以燃气管网的水力分析计算在城市燃气的发展中起着不可替代的重要作用。
它能解决名用管网设计中存在的问题，使工作科学化，理论化。
同时它能推动燃气事业不断向前发展。
一、城市民用燃气管网的水力计算1.气体管流的基本方程天然气在管内流动时，沿着气体流动方向，压力下降，密度减少，流速不断增大，温度同时也在变化，决定燃气流动状态的参数有：压力P、密度P、流速w。
为求解这些参数有三个基本方程[2]：连续性方程、运动方程和气体状态方程。
分别如下：连续性方程：由以上方程组成为非线性方程组，一般情况下没有解，但可忽略某些数值很小的项，并用线性化的方法求得近似解，可作如下假设：1.1由于地下燃气管道的温度变化不大，可以假定燃气在管道内等温流动，即T=常数。
1.2地下燃气管道的标高变化较小，可以不计管道纵轴方向的重力作用分力。
1.3假设气体在管道内作稳定流动，即气体的质量流量在管道的任一截面上为常数，不随时间和距离的变化而改变。
1.4从工程观点出发忽略某些对计算结果影响不大的项，可略去运动方程中对流项和惯性项。
根据以上假设，可得圆断面管道绝热稳定流动的基本方程式：对于低压管道：其中：Pm-管道始端和终端压力的算术平均值。
Pm=（P1+P2）/2≈P0 （1-6）所以低压管道的基本计算公式表达为下列形式[2]二、低压输配气管道的压力降的计算低压天然气管道有Z= Z0 =1所以单位长度的沿程压力降宜按下式计算：三、天然气分配管道计算流量的确定燃气分配管道的各管段根据连接用户的情况分为三种[3]：1.管段沿途不输出燃气，用户连接在管段的末端，这种管段的燃气流量是个常数，其计算流量就等于转输流量。
第六章 燃气管网的水力计算课件
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。
(三）汁算各管段革位长度途泄流量 汁算中可以认为，途泄流量是沿管段均匀输出的，管 段单位长度的途泄流量为
图6-9中A、B、C各 小区管道单位长 度途泻为：
（四）求管段途泄流量
管段途泻流量等于单位长度途泻流量乘以该管段长度； 需同时向两侧供气时，其途泻流量为两侧的单位长度 途泻流量之和乘以该管段长度。
尼古拉茨公式：
谢维列夫公式：
对于新钢管： 对于新铸铁管：
过渡区 对于新钢管： 对于新铸铁管：
阻力平方区 尼古拉茨半经验公式： 谢维列夫公式： 对于新钢管： 对于新铸铁管：
城市燃气管道水力计算公式和计算图 表
一、低压燃气管道摩擦阻力损失计算公式 （一）层流状态(Re<2100)
式5-4 （二）临界状态(Re=2100-3500)
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。
不同流态区的摩阻系数的经验及半经验公式 （一）层流区：
（二）临界区：
（三）紊流区
1.适用于整个紊流区的通用公式：
柯列勃洛克公式： 阿里特苏里公式： 谢维列夫公式： 2.适用于一定流态区的专用公式： （1）水力光滑区
城市燃气输配燃气管网水力计算(1)
城市燃气输配燃气管网水力计算(1)一、城市燃气输配燃气管网的水力计算概述城市燃气输配燃气管网的水力计算是指计算城市燃气管网中燃气流经管线时的燃气压力、流速等参数的过程。
燃气的输送过程中需要维持一定的压力和流量，以保证用户的正常用气需求。
城市燃气管网的水力计算是燃气输配领域的重要技术之一，对规划设计、施工和运营维护都有着重要意义。
在计算过程中，需要考虑多个因素和参数，如管道长度、管径、燃气密度和温度、燃气流量和压力等，综合分析并进行水力优化，才能保证燃气管网的稳定、高效运行。
二、城市燃气输配燃气管网的水力计算方法1.基本原理城市燃气管网的水力计算基于燃气流动的流体动力学基本原理，主要包括能量守恒方程、连续性方程和状态方程等。
其中，能量守恒方程主要用于计算管道中燃气压力的变化；连续性方程用于计算燃气的流量；状态方程用于计算燃气的密度和温度等参数。
2.计算方法城市燃气管网的水力计算可以采用多种方法和软件进行，如相似理论方法、管道特性法和CFD数值模拟等。
其中，相似理论方法和管道特性法是比较常用的计算方法。
相似理论方法是通过建立模型来模拟实际的管网系统，在实验条件下进行流场等参数的测量和分析，得出管网水力特性，以此来推导出实际管道的水力性能。
管道特性法是通过分析管道的特性方程和各个管道之间的相互关系，计算出燃气流经管道时的燃气流量、压力等参数。
3.优化方法城市燃气管网的水力计算还需要进行优化，以求得最优的燃气输送方案。
优化方法主要包括管道线路规划、管道直径选取、阀门设置等方面的优化。
在管道线路规划方面，需要考虑管道的布局和长度，以缩短输送距离和减少压力损失。
在管道直径选取方面，需要综合考虑输送流量、压力损失和管道的制造和安装成本等因素，以确定最适合的管径。
在阀门设置方面，需要根据不同用户的用气需求和管道的分布情况，合理设置阀门，调节管道压力和流量，在确保正常用气的前提下尽可能减小能耗和损失。
三、城市燃气输配燃气管网的水力计算应用城市燃气输配燃气管网的水力计算是燃气输配领域的关键技术之一，广泛应用于城市燃气管网的规划设计、施工和运营维护中。
燃气管网水力计算
1、实际压力降的求解
采用微元的方法求解管段的实际压力降 简化：管段上有n条分支管，各分支管间距均相等，并且每条 分支管的途泄流量q也相等，n条分支管就管段AB均匀地分成了 n+1条小管段。 压降计算公式： 压降计算公式：
∆P = KQ 1.75 l
流进管段的总流量： 流进管段的总流量： QN=Q2+Q1 每一条分支管段的流量： 每一条分支管段的流量：
Q02 T 5 ρ0 d T0
∆ ∆P dν = 6.89 × 10 6 + 192.2 d L Q0
∆P dν 6 1 = 6.39 × 10 + 5158 d L Q0
0.25
Q02 T ρ0 T0 d5
Q02 T ρ0 T0 d5
2、运动粘度： 运动粘度： 人工燃气： 人工燃气： ν＝25 ×10－6 m 2 /s 天然气： 天然气：
ν＝15 ×10－6 m 2 /s
3、取钢管的当量绝对粗糙度： ∆＝0.00017m 取钢管的当量绝对粗糙度：
例 题 1：
3 已知： 运动粘度： 已知：人工燃气的密度 ρ0＝0.5Kg/Nm 运动粘度： ，
的低压燃气钢管，当流量Q0＝10Nm3/h时，管段压力降 的低压燃气钢管，当流量Q /h时 4Pa，求该管道管径。 为4Pa，求该管道管径。
∆p 4 ∆p 0.04 = 0.08(p/m) ( )ρ0 =0.5＝ = 0.04(p/m) ( )ρ0 =1＝ a a l 100 l 0.5
据流量和压降查表得： 据流量和压降查表得：d=80mm
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。
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)。
城市燃气-燃气管网的水力计算高教知识
P2 — 燃气管道终点燃气的绝对压力,kPa L — 燃气管道的计算长度k,m
Q0 — 燃气管道的计算流量,Nm3/h D — 燃气管道的内径m,m
— 管道内表面的绝对粗糙度,mm
υ— 燃气运动粘度 全面,分m析2/s
8
四、燃气管道摩擦阻力损失计算图表
Q 0.55Q全1面分Q析 2
29
练习
1：x 0.5，n 20；ΔP Kq2l 推导 Q αQ1 Q2中α的值。
全面分析
30
四、节点流量
Q1
Q1 Q2
Q2
Q1 Q2
Q2
Q2 0.55Q1
Q2 0.55Q1
0.45Q1
0.55Q1
P P1 P2
K 0.45Q1 1.75 0 K 0.55Q1 Q2 1.75 L
假设在P1 P P2和0 x L范围内λ、T和Z为常数，
对上式积分 :
P12
P22
Q2
1
.
6
2
λ D
0
5
ρ0
P0
T T0
Z Z0
L
P12
P22
Q2
1
.
6
2
λ D
0
5
ρ0 P0
L
对于低压燃气管道：
P12 P22 ( P1 P2 ) ( P1 P2 )ΔP • 2 Pm
参数 说明
算术 平均 值
2
6n
n 11 0.88x 0.11 (2n 1) x2
n
P
KQN 1.75 L
n1
1 1.75(i
1)
x
0.66(i
燃气管网的水力计算
第四章 燃气管网的水力计算燃气管网水力计算的任务是根据燃气的计算流量和允许的压力降来确定管径；在有些情况下，已知管径和压力降，求管道的通过能力。
总之，通过水力计算，来确定管道的投资和金属耗量，及保证管网工作的可靠性。
第一节 水力计算的基本公式一、摩擦阻力 1.基本公式在通常情况下的一小段时间内，燃气管道中的燃气流动可视为稳定流。
将摩擦阻力公式、连续性方程和气体状态方程组成方程组：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===-RTZ P const wA w d dx dP ρρρλ22（4-1） 为了对摩擦阻力公式进行积分，由连续性方程得：00Q wA ρρ=由气体状态方程得：000Z PT TZP =ρρ 代入摩擦阻力公式，在管径不变的管段中24d A π=，整理得：dx Z T TZP dQ PdP 000052028ρλπ=- （4-2）假设燃气在管道中是等温流动，则λ和T 均为常数，考虑管道压力变化不太大，Z 也可视为常数。
通过积分，得高、中压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：0000520222162.1Z T TZP dQ L P P ρλ=- 4-3） 式中 P 1——燃气管道始端的绝对压力（Pa ）；P 2——燃气管道末端的绝对压力（Pa ）； P 0——标准大气压，P 0=101325Pa ； λ——燃气管道的摩擦阻力系数；Q 0——燃气管道的计算流量（Nm 3/s ） d ——管道内径（m ）；ρ0——标准状态下的燃气密度（kg/Nm 3）；T 0——标准状态下的绝对温度（273.15K ）； T ——燃气的绝对温度（K ）；Z 0——标准状态下的气体压缩因子； Z ——气体压缩因子；L ——燃气管道的计算长度（m ）对低压燃气管道，()()m P P P P P P P P 221212221⋅∆=+-=-式中 ()221P P P m +=为管道1、2断面压力的算术平均值，对低压管道，0P P m ≈，代入式（4-3），得低压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：00052081.0Z T TZdQ L P ρλ=∆ （4-4） 若采用工程中常用单位，则高、中压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：005201022211027.1T TZ dQ L P P ρλ⨯=- （4-5） 式中 Z ——气体压缩因子，当燃气压力小于1.2MPa （表压）时，Z 取1。
城镇燃气管网水力计算
第二节 燃气管道计算压力降及其分配
பைடு நூலகம்
一、低压管网计算压力降的确定
用气概况
供配气量
2. 增大燃具的压力波动范围，可增大管网的计算压力降。
5 5
第二节 燃气管道计算压力降及其分配
二、高压、次高压、中压管网计算压力降的确定
高压、次高压管网：
始端压力：取决于上游管道的供气压力； 末端压力：取决于下游调压站的用最气低概进况口压力与安全附加值之供和配。气量
计算 公式
一、低压燃气管道摩阻损失：4-1
二、高压、次高压和中压燃气管道摩阻损失： 4-7、4-8
三、燃气管道水力计算图表：查表求压降
四、燃气管道的局部阻力：4-16
第二节 燃气管道计算压力降及其分配
燃气管道计算压力降 ❖ 在单位时间最大用气量发生时管网始、末两端的压力降。 管网始端压力：即设计压力，用气应概在况所需压力级制的供压配力气范量 围内 经技术、经济分析比较后确定 管网末端压力：取决于调压器最低进口压力或用户所需压力。
中压管网：
始端压力：取决于上游管道供气压力或上游管道调压站出口压力； 末端压力：取决于由中-低压调压站最低进口压力或用户中压燃烧器 所需压力确定。
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7
城镇燃气管网水力计算
1 燃气管道使用水力计算公式
CONTENTS
2 燃气管道计算压力降及其分配
课前思考与问答
1. 燃气管径如何确定？ 2. 燃气为有压输送，输送过程中是否有压降，压降发生在 哪些地方？ 3. 各级管道（高、次高、中、低压管道）始端压力、末端 压力如何确定？
第一节 燃气管道实用水力计算公式
燃气管网水力计算
x
2
n
n
1 1.75(2
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0.66(2
1) 2
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2
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n
1 1.75(n
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n( n 1 ) 2
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1 1)2
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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。
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《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。
燃气管网按照敷设形式可分为两大类：枝状管网和环状管网。
[2]下面就分别介绍两种形式的管网的水力计算特点和方法。
1.1枝状管网水力计算1.1.1枝状管网水力计算特点枝状管网是由输气管段和节点组成。
任何形状的枝状管网，其管段数P 和节点数m 的关系均符合：1P m =-燃气在枝状管网中从气源至各节点只有一个固定流向，输送至某管段的燃气只能由一条管道供气，流量分配方案也是唯一的，枝状管道的转输流量只有一个数值，任意管段的流量等于该管段以后（顺气流方向）所有节点流量之和，因此每一管段只有唯一的流量值，如图1所示。
管段3-4的流量为：10985443q q q q q Q ++++=-管段4-8的流量为：109884q q q Q ++=-此外，枝状管网中变更某一管段的直径时，不影响管段的流量分配，只导致管道终点压力的改变。
因此，枝状管网水力计算中各管段只有直径i d 与压力降i P ∆两个未知数。
1.1.2枝状管网水力计算步骤⑴ 对管网的节点和管段编号。
⑵ 确定气流方向，从主干线末梢的节点开始，利用0=∑i Q 的关系，求得管网各管段的计算流量。
⑶ 根据确定的允许压力降，计算管线单位长度的允许压力降。
⑷ 根据管段的计算流量及单位长度允许压力降预选管径。
⑸ 根据计算选定的标准管径，求摩擦阻力损失和局部阻力损失，计算总的压力降。
⑹ 检查计算结果。
若总的压力降超出允许的精度范围，则适当变动管径，直至总压力降小于并趋近于允许值为止。
1.1.3摩擦阻力损失,局部阻力损失和附加压头的计算方法一、摩擦阻力损失的计算方法根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-93,2003版）附录A 燃气管道摩擦阻力计算:1、低压燃气管道根据燃气在管道中不同的运动状态，其单位长度的摩擦阻力损失采用下列各式计算：(1)层流状态 ：2100Re ≤Re64=λ 04101013.1T T dQ l P νρ⨯=∆(2)临界状态：3500~2100Re =510Re 652100Re 03.0--+=λ 052546)10231078.111(109.1T T dQ d Q d Q l P ρνν-⨯-+⨯=∆ (3)湍流状态：3500Re >1）钢管：25.0)Re68(11.0+=d K λ 05225.06)2.192(109.6T T d Q Q d d K l P ρν+⨯=∆ 2）铸铁管：284.0)51581(102236.0Qd d νλ+= 052284.06)51581(104.6T T d Q Q d d l P ρν+⨯=∆ 2、中压燃气管道根据燃气在管道中不同的材质，其单位长度的摩擦阻力损失采用下列各式计算：1）钢管：25.0)Re68(11.0+=d K λ 05225.092221)2.192(104.1T T dQ Q d d K L P P ρν+⨯=- 2）铸铁管：284.0)51581(102236.0Qd d νλ+= 052284.092221)51581(103.1T T d Q Q d d L P P ρν+⨯=- 根据《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63-95）知，聚乙烯燃气管道单位长度的摩擦阻力计算和钢管公式一样,只是K=0.01.而钢管K=0. 15.二、局部阻力损失的计算方法当燃气流经三通、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的水力计算时，管网的局部阻力损失一般不逐项计算，可按然气管道摩擦阻力损失的5%～10%进行估算。
对于庭院管和室内管道及厂、站区域的燃气管道，由于管路附件较多，局部阻力损失所占比例较大，常需逐一计算。
局部阻力损失，可用下式求得：ρζ22u P ∑=∆ 式中 P ∆—局部阻力的压力损失（Pa ）；ζ∑—计算管段中局部阻力系数的总和；u —管段中燃气流速（s m /）； ρ—燃气的密度（3/m kg ）。
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2L ，各种管件当量长度2L 查《燃气热力工程常用数据手册》，实际工程中通常按当量长度计算局部阻力。
三、附加压头的计算方法由于燃气与空气的密度不同，当管段始末段存在标高差值时，在燃气管道中将产生附加压头，其值由下式确定：H g P g a ∆-=∆)(ρρ式中 P ∆—附加压头（Pa ）；g —重力加速度；a ρ—空气的密度（3/Nm kg ）； g ρ—燃气的密度（3/Nm kg ）； H ∆—管段终端和始端的标高差值（m ）。
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。
1.2环状管网的水力计算1.2.1环状管网的水力计算特点环状管网是由一些封闭成环的输气管段与节点组成。
任何形式的环状管网，其管段数P 、节点数m 和环数n 的关系均符合下式：1P m n =+-环状管网任何一个节点均可由两向或多向供气，输送至某管段的燃气同时可由一条或多条管道供气，可以有不同的流量分配方案。
此外，环状管网中变更某一管段的直径时，就会引起管段流量的重新分配，并改变管段各节点的压力值。
因此，环状管网水力计算中各管段有三个未知量：直径i d 与压力降i P ∆以及流量i Q ，这与之前枝状管网的流动特点不一样，因而水力计算也不一样。
1.2.2水力计算基本方程1、连续方程气体被视为连续介质，在气体流动时总是连续地充满它所占据的空间，不出现空隙。
这样根据质量守恒定律，流入节点的流体质量必然等于流出节点的流体质量，又由于假设气体稳定流动，所以体积流量也相等。
也可以说连接于任何节点的所有管段流量，其代数和为零。
用方程表示为：0i Q i =1,2,...m-1∑= （）2、压降方程（能量方程）气体在管线中流动将产生摩阻损失，长输管线的摩阻损失一般包括两部分，一是气体通过直管段所产生的沿程摩阻；二是气体通过各种阀件、管件所产生的局部摩阻。
压降方程反应的就是管段流量与压力损失之间的关系，可用下面的表达式来描述：K j j j j j Q P l j =1,2,...P d αβ∆= （）式中α和β值与燃气流动状况及管道粗糙度有关，而常数K j 则与燃气性质有关。
3、回路方程回路方程表示的是每个基环中各管段的压力损失代数和为零。
即0n P n=1,2,...n∑∆= （） 上述的三个方程构成的联立方程组亦称为管网的基本方程。
现在已有的天然气水力计算方法和计算机软件都是对这三个方程的联立求解。
1.2.3环状管网的水力计算方法一般地，天然气管网稳态分析是指：己知管径D 、压力损失P ∆、摩阻系数f 以及配气站或控制点的压力和节点流量，求出各管段的流量和各节点的压力。
当管道中的气体为等温流动时，可以用流量Q 、压力损失P ∆、管径D 、管长L 和摩阻系数f 来描述其流动状态。
当D 、L 、f 为已知时，只有Q 、P ∆为未知数时，而Q 和P ∆的关系可以用压降方程来表示。
根据求解的未知量不同，可以将管网分析方法分为：（1）通过天然气管网基本方程，将P ∆消去，以Q 为未知量的计算方法，称为流量法，根据方程组的构造方法又可将其分为解环方程法和解管段方程法。
[3]（2）通过天然气管网基本方程，将Q 消去，以P ∆为未知量的计算方法，称为节点压力法。
下面将分别介绍这三种方法。
1、环方程法环方程法的基本思想是：在满足节点连续性条件下，由能量方程组成非线性方程组，引进环修正流量概念，以此修正流量为未知数，将非线性方程组线性化来求解，方程组的个数为管网基环数。
解环方程的主导思想是在满足连续性方程的前提下，逐步修正管段流量减小环闭合差，从而最后满足压降方程。
环方程法的典型算法有牛顿—拉夫逊(Newton-RaphSon)法和哈迪—克劳斯法等。
国内学者李德波(2005年)基于哈迪一克劳斯法原理，通过严密的数学推导，给出了节点流量修正量的一般表达式，从而解决了复杂管网的流量分配问题，是改进目前大城市复杂环状管网水力计算的一种有效方法。
[4]2、管段方程法管段方程法的基本思想是：将能量方程线性化处理，与节点连续方程联立形成以管段流量为未知数的线性方程组来求解，方程个数为管网管段数。
由于其原理主要是将非线性的能量方程线性化，故也可称之为线性化方法。
其具体过程是，先将回路方程线性化，然后结合连续性方程组成线性方程组进行迭代求解。
田贯三等学者(2002年)总结了城镇燃气管网稳态分析管段方程法的基本原理及其数学推导过程，并对管网稳态分析几种常用方法进行了系统的研究与比较，在计算工作量、计算精度、收敛速度等方面做出了综合评价，为提高编程质量提供了理论依据[5]。