第6章 燃气管网的水力工况
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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，对设备制作和安装质量耍求就越高， 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。 燃具前的压力不允许有很大的彼动。
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。
2．两级系统
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。 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。
6.2 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。 (6-12) Pb=P1-β△P
Pb=P1-β△Pp
Pp P ( Qp Q )1.75 x1.75
(6-13)
(6-14)
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 当用气量最小时，靠调压站最近用户处有可能达到压 力的最大值，但调压站到此用户最小仍有约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）总的计算压力降还可加 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：
综合两式，得
P Pb x1.75 P 1
(6-15)
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； 当x=0-0.794 当x=1-0.794 当x＝1 则Pb＞Pn 则Pb＜Pn (高峰负荷时)
管网起点压力公式：
Q2 P Pg 1 2m a2 A2
调压器和孔板联合工作时的特性方程式
1 P Pg 8.2510 x2 1 m a2 D 4
4
2 Qmax S
在选择Pg和mA的条件下，应保证燃具前的压
力波动范围为0.75≤Pb/Pn≤1.2，这时，随着流 量比x的变化，管道起点压力和燃具前压力均 会发生变化。 燃前最大压力等于起点压力1.2Pn 燃前最小压力等于起点压力0.75Pn。起点压力 P1=1.5Pn。（x=1,β＝1）
6.1.1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 方式(1)：管网压力波动，不影响用户处的压力。 方式(2)：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。
2 Qmax S 1.5 pn 1.2Pn 8.2510 2 4 ma D Pn 4
2 Qmax S m a2 27.5 104 4 D Pn
Hale Waihona Puke Baidu
表6-4和图6-7
例题6-2
已知人工燃气燃烧器的额定pn=1000Pa,管
径为D165×4.5,燃气的相对密度S=0.328， Qmax=1000m3/h,试确定调压器出口压力 Pg和孔板直径d0，并绘图表示β＝1燃烧 器前压力的波动范围。
6.1.3工业企业燃气管道计算压力降的确定
厂区和车间燃气管道的计算压力降与哪
些因素有关？ 供气方案、燃烧器前所需燃气压力的稳 定程度、管道可能出现的最小流量与最 大流量之比。
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。
Q
2.根据各月的Xm值计算压力降 Pp P( xm )1.75
K1
3.确定各月调压器的出口压力 P Pn P( xm )1.75 Pp 1
例题6-1
已知某市一年中各月的月不均匀系数见
表2-3。燃具的额定压力Pn=2000pa，按 月调节调压器出口压力，试求 （1）各月的调压器出口压力 （2）在β=1时,作图比较冬\夏季(8月份为 例)燃具前压力在不同流量比时的波动范 围.
根据A-A、B-B断面的能量方程，得
PA=P1+ΔP0 孔板的压力降
(6-20)
ΔP0=(1-m)(PA-Pg)
m=A0/A
(6-21)
由(6-20)和(6-21)得：
P1=Pg+m(PA-Pg)
孔板流量计算公式：
Q = aAm 2 p A - pg
得：
Q2 p A - pg = 2m 2 a 2 A 2
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、管网计算压力降的确定
1.计算压力降的决定因素
P Pmax Pmin (k1 k 2 ) Pn
计算压力降的大小取决于两个因素：
Pd 0.75Pn 150
6.1.2 次高、中压管网计算压力降的确定
在次高压、中压燃气管网只有通过调压器才能与低压 管网或用户相连。因此，次高压、中压管网中的压力 波动，并不影响低压用户处的燃气压力。
6.1.2 次高、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=管网起点压力－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。 次高压、中压燃气管网末端压力主要由管网末端调压器的最小进口压力 和过滤器的阻力确定。当管网末端有工业大型用户。应按工业用户专用 调压器的出口压力（即用户需要的压力）、调压器和过滤器的阻力确定， 过滤器的阻力一般为8-10kPa。采用箱式调压器的供气系统仍按上述原 则确定末端压力。 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）。
解:
ΔP=0.75Pn+150=1650P a
计算各月的流量比
xm Km K m max Km 1.32
计算各月最大小时流量时的实际压力降 ΔPp=ΔP(xm)1.75 确定各月调压器的出口压力为 P1=Pn+ΔPp=2000+ΔPp （2）当β=1时，冬季燃具前的压力为
P P Pp 31501650x1.75 b 1
max Qb 1Qn则Pmax 12 Pn b
P Pbmax Pn (12 1) Pn 1
2 表示管道的最小流量与最大流量之比 Qmin 2Qmax
n n n n n P P Pmin Qmax Qmin Qmax (1 2 ) (1 2 )P 1
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
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 Qm k1 k 2 k 3max 若某月的最大小时用气量为Qm，且 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 变化很小，计算中可以认为相等，则： m Qm K1 x max
起点压力、终点压力 干管压力、支管压力 用户处压力： 计算工况：指管道系统的流量满足最大负荷（计算流量Q） 、燃具前的压力为额定压力Pn、燃具的流量为额定流量Qn 时的工况。
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 具前的压力将不会增加。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。
夏季燃具前的压力为： P P Pp 28611650x1.75 b 1
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。
P Pb Pp Pb Px1.75 1
取β＝1，Pb=Pn, △P=0.75Pn ，则
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。 调压原理： 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。
第六章 燃气管网的水力 工况
本章分析了燃气用户压力的波动及其影响因素，燃气管网 计算压力降的确定方法，低压燃气管网在不同情况下的水 力 工况。
学习提示： （1）概念：计算工况 （2）掌握计算压力降的确 定 （3）掌握低压管网的水力 工况 （4）理解管网水力可靠性
6.1 管网计算压力降的确定
低压管网和次高压、中压管网压力降的影 响因素不同，因而其计算压力降的确定 方法不同。
调压过程
导压管连接孔板后，调压器将以孔板后的静压
Pg为定值。燃气流量增加，在孔板处得气流动 压也增加，气流流过孔板后，过流断面逐渐扩 大，动压逐渐减少，静压逐渐增大，管网起点 的燃气压力P1就会增加，反之亦然。即管网起 点压力随燃气用量的变化而变化 孔板的孔径越小，管网起点压力变化的幅度越 大，因而可通过选择不同的孔板孔径d0，得到 不同的管网的起点压力P1 。
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。当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。
可节约管网投资。但 Pn越大，对设备制作和安装质量耍求就越高， 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。 燃具前的压力不允许有很大的彼动。
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。
2．两级系统
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。 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。
6.2 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。 (6-12) Pb=P1-β△P
Pb=P1-β△Pp
Pp P ( Qp Q )1.75 x1.75
(6-13)
(6-14)
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 当用气量最小时，靠调压站最近用户处有可能达到压 力的最大值，但调压站到此用户最小仍有约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）总的计算压力降还可加 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：
综合两式，得
P Pb x1.75 P 1
(6-15)
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； 当x=0-0.794 当x=1-0.794 当x＝1 则Pb＞Pn 则Pb＜Pn (高峰负荷时)
管网起点压力公式：
Q2 P Pg 1 2m a2 A2
调压器和孔板联合工作时的特性方程式
1 P Pg 8.2510 x2 1 m a2 D 4
4
2 Qmax S
在选择Pg和mA的条件下，应保证燃具前的压
力波动范围为0.75≤Pb/Pn≤1.2，这时，随着流 量比x的变化，管道起点压力和燃具前压力均 会发生变化。 燃前最大压力等于起点压力1.2Pn 燃前最小压力等于起点压力0.75Pn。起点压力 P1=1.5Pn。（x=1,β＝1）
6.1.1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 方式(1)：管网压力波动，不影响用户处的压力。 方式(2)：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。
2 Qmax S 1.5 pn 1.2Pn 8.2510 2 4 ma D Pn 4
2 Qmax S m a2 27.5 104 4 D Pn
Hale Waihona Puke Baidu
表6-4和图6-7
例题6-2
已知人工燃气燃烧器的额定pn=1000Pa,管
径为D165×4.5,燃气的相对密度S=0.328， Qmax=1000m3/h,试确定调压器出口压力 Pg和孔板直径d0，并绘图表示β＝1燃烧 器前压力的波动范围。
6.1.3工业企业燃气管道计算压力降的确定
厂区和车间燃气管道的计算压力降与哪
些因素有关？ 供气方案、燃烧器前所需燃气压力的稳 定程度、管道可能出现的最小流量与最 大流量之比。
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。
Q
2.根据各月的Xm值计算压力降 Pp P( xm )1.75
K1
3.确定各月调压器的出口压力 P Pn P( xm )1.75 Pp 1
例题6-1
已知某市一年中各月的月不均匀系数见
表2-3。燃具的额定压力Pn=2000pa，按 月调节调压器出口压力，试求 （1）各月的调压器出口压力 （2）在β=1时,作图比较冬\夏季(8月份为 例)燃具前压力在不同流量比时的波动范 围.
根据A-A、B-B断面的能量方程，得
PA=P1+ΔP0 孔板的压力降
(6-20)
ΔP0=(1-m)(PA-Pg)
m=A0/A
(6-21)
由(6-20)和(6-21)得：
P1=Pg+m(PA-Pg)
孔板流量计算公式：
Q = aAm 2 p A - pg
得：
Q2 p A - pg = 2m 2 a 2 A 2
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、管网计算压力降的确定
1.计算压力降的决定因素
P Pmax Pmin (k1 k 2 ) Pn
计算压力降的大小取决于两个因素：
Pd 0.75Pn 150
6.1.2 次高、中压管网计算压力降的确定
在次高压、中压燃气管网只有通过调压器才能与低压 管网或用户相连。因此，次高压、中压管网中的压力 波动，并不影响低压用户处的燃气压力。
6.1.2 次高、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=管网起点压力－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。 次高压、中压燃气管网末端压力主要由管网末端调压器的最小进口压力 和过滤器的阻力确定。当管网末端有工业大型用户。应按工业用户专用 调压器的出口压力（即用户需要的压力）、调压器和过滤器的阻力确定， 过滤器的阻力一般为8-10kPa。采用箱式调压器的供气系统仍按上述原 则确定末端压力。 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）。
解:
ΔP=0.75Pn+150=1650P a
计算各月的流量比
xm Km K m max Km 1.32
计算各月最大小时流量时的实际压力降 ΔPp=ΔP(xm)1.75 确定各月调压器的出口压力为 P1=Pn+ΔPp=2000+ΔPp （2）当β=1时，冬季燃具前的压力为
P P Pp 31501650x1.75 b 1
max Qb 1Qn则Pmax 12 Pn b
P Pbmax Pn (12 1) Pn 1
2 表示管道的最小流量与最大流量之比 Qmin 2Qmax
n n n n n P P Pmin Qmax Qmin Qmax (1 2 ) (1 2 )P 1
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
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 Qm k1 k 2 k 3max 若某月的最大小时用气量为Qm，且 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 变化很小，计算中可以认为相等，则： m Qm K1 x max
起点压力、终点压力 干管压力、支管压力 用户处压力： 计算工况：指管道系统的流量满足最大负荷（计算流量Q） 、燃具前的压力为额定压力Pn、燃具的流量为额定流量Qn 时的工况。
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 具前的压力将不会增加。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。
夏季燃具前的压力为： P P Pp 28611650x1.75 b 1
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。
P Pb Pp Pb Px1.75 1
取β＝1，Pb=Pn, △P=0.75Pn ，则
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。 调压原理： 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。
第六章 燃气管网的水力 工况
本章分析了燃气用户压力的波动及其影响因素，燃气管网 计算压力降的确定方法，低压燃气管网在不同情况下的水 力 工况。
学习提示： （1）概念：计算工况 （2）掌握计算压力降的确 定 （3）掌握低压管网的水力 工况 （4）理解管网水力可靠性
6.1 管网计算压力降的确定
低压管网和次高压、中压管网压力降的影 响因素不同，因而其计算压力降的确定 方法不同。
调压过程
导压管连接孔板后，调压器将以孔板后的静压
Pg为定值。燃气流量增加，在孔板处得气流动 压也增加，气流流过孔板后，过流断面逐渐扩 大，动压逐渐减少，静压逐渐增大，管网起点 的燃气压力P1就会增加，反之亦然。即管网起 点压力随燃气用量的变化而变化 孔板的孔径越小，管网起点压力变化的幅度越 大，因而可通过选择不同的孔板孔径d0，得到 不同的管网的起点压力P1 。
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。当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。