第六章 燃气管网的水力计算

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。
流出 0.45Q1
管1 Q11
❖ 环网某节点流量q′
0.55 Q1
Q13
管3
•
P12
L
P22
P12
P22 L
T0
•T T0
P12
P22 L
T
❖ 管段摩擦（沿程） 阻力损失
Py
P12
P22 L
L
Py
P l
L
第六章
10
3. 局部阻力损失计算公式
（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
Q1+Q2=
第六章
16
6.2.2 管段途泄流量Q1的确定
❖ 几点假设：
途泄流量Q1沿管段均匀输出； 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；
供气区域内居民用户和小型公共建筑用户的负荷 是均匀分布的。
第六章
17
1. 单位长度途泄流量
m3／(m•h)
P21-P22 L
×104(Pa 2 /km)
106
8
6
4
2
105 8 6 4
2
10 4 8 6 4
2
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
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
Q 23 1
294
Q65 1
Q 65 2
Q 67 1
Q 67 2
216 0 169 113
498
0
-660 -119
环 1-6
Q 16 1
294
498
660
Ⅲ 6-7 Q167 q l67 0.376 450 169
113
206
7-8 Q178 q l78 0.376 300 113
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
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
Q14
管4
流入 0.55Q1
管2 Q12
q 0.55(Q11 Q13) 0.45(Q12 Q14 )
第六章
21
❖ 管道上有集中流量 按与距离成反比的比例分摊到管段两端的节点上。
集中流量
❖ 管网中各节点流量的和
q Q
第六章
22
6.3 管网水力计算
6.3.1 枝状管网的水力计算
5
1
2
3
4
1. 计算特点
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
L
P88公式（6-8）
ρ0=1kg/m3
4×10-5 m3/s (气态液化石油气) ν= 25×10-6 m3/s（人工燃气）
15×10-6 m3/s（天然气）
0.17≈0.2 mm(钢管) K=
0.01 mm（塑料管）
T0= 273.15k
第六章
9
❖ 实际条件
(1) 密度修正 (2) 温度修正
P12
L
P22
0 1
(3)算管线单位长度允许压降：据给定允许压力降及高 程差造成的附加压头确定
(4)选择各管段管径：根据管段的计算流量及单位长度 允许压力降选择管径。
(5)计算总的压力降：根据所选标准管径，求各管段摩 擦阻力损失和局部阻力损失，算总压力降。
(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。
❖ （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
1
2
P1
P2
Ⅰ
P4 4
P3 3
Pi——顺“+”，逆“-”
高、次高、中压环网： P12 P22 100%<
90 50
144 0
284
-502
4-3 Q143 ql43 0.3 300 90
50
-100
环 1-4
Q14 1
396
284
502
Ⅱ 4-5 Q145 ql45 0.36 400 144
0
79
1-6
6-5
QQ111665
(q q )l16 (0.36 0.376 ) 400 ql65 0.36 600 216
适用：城市中高、中、低压燃气管道
第六章
3
（1）高、中压燃气管道单位长度摩擦阻力损失
P12
P22 L
1.27
1010
Q02 d5
0
T T0
Z
式中：Pl、 P2——燃气管道始、末端的绝对压力，kPa；
Байду номын сангаас
L——计算长度，km
Q0——燃气管道的计算流量，Nm3／h；
d——管道内径，mm；
λ——燃气管道摩擦阻力系数；
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
f (Q0 , d )
第六章
7
端的标高差 值，m。
第六章
15
6.2 燃气分配管网计算流量
❖ 6.2.1 管段分类
1. 转输流量（Q2）管段：沿途无燃气输出，流量在 此管段内不变。
2. 途泄流量（Q1）管段：该管段与大量居民用户、 小型商业用户相连，进入管中的燃气在输送途中全
部供给用户。
3. 转输和途泄流量都有的管段：既有途泄流量，又 有转输流量。
适用：庭院管、室内管、厂区管
第六章
13
（3）估算法
Pj (5% 10%)Py
适用：城镇燃气分配管道
第六章
14
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
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。
0.5 P12 P22
P 低压环网：0.5 P
100%<
其中：ε（≤10%人工计算； ≤5%电算）
第六章
27
❖ （7）环网水力平差计算 ❖ （8）计算管网压力降 ❖ （9）绘制水力计算简图
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。
6
（1）从气源至各节点只有一个固定的流向；
（2）只一条管路供气，各管段流量分配是唯一的；
（3）每一管段的转输流量都是其后各节点流量之和；
（4）管网中某一管径变化，不影响管段流量分配，只 会导致管段压力变化。
第六章
23
2. 枝状燃气管网的水力计算一般步骤
(1)编号：对管网的节点和管段编号
(2)算各管段计算流量：根据管线图和用气情况确定
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：
❖ 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
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。
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
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
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；
（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。
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。
Q 23 2
Q 29 1
Q 29 2
180 50 169 150 549
661
Ⅰ 2-3 Q123 ql23 0.3 600 180
50
149
1-4 Q114 q q l14 (0.3 0.36) 600 396
Q43 1
Q 43 2
Q 45 1
Q 45 2
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
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
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。
0
62
1-2
Q12 1
203
549
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
q q n-1
n
Q1=nq
L=(n+1)l
❖ 同时有途泄、转输流量的管段