燃气输配_彭世尼_第六章燃气管网的水力计算

尼古拉茨半经验公式：
1 d [2 lg(3.7 )]2
K1 K 2
0.121 d 0.226
d Re 597 ( ) 9 / 8
对于新钢管：
W 2.4 10 6 V
6
对于新铸铁管： W 2.7 10 V
K1
0.0143 d 0.284
第二节 城市燃气管道水力计算公式和计算图表
（一） 环状管网水力计算特点 管段数P，节点数m和环数n的关系：p=m+n-1 流量分配方案不是唯一的。这是因为环状管网任一管 段的燃气可由多条管道供气，管道流量是可以再分配 的。再分配燃气流量时，必须保证每一节点的燃气连 续流动，即流向节点的流量必须等于流离节点的流量。 环状管网管段直径改变，会导致管道压力和流量的改 变，因此环状管网水力计算中各管段的未知数有直径、 压力降和流量三个。
dv 0.284 ) Q0
2 P12 P22 1 dv 0.84 Q0 T 1.3 109 ( 5158 ) 0 L d Q0 T0 d5
三、燃气管道摩擦阻力损失计算图表
五、燃气管道局部阻力损失和附加压头 （一）局部阻力损失 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。
第四节 管网水力计算
一、枝状管网水力计算 （一）枝状管网水力计算特点 (1)管段数P和节点数m的关系：p=m-1。 (2)流量分配方案是唯一的，任一管段的流量都为该管段 后所有节点流量之和 。 (3)枝状管网管段直径改变，只导致管道终点压力改变， 并不影响管段流量变化。枝状管网水力计算中各管段 的未知数只有直径和压力降两个。
用于低压燃气，上式简化为：
P P2 (P P2 )(P P2 ) P 2Pm 1 1 1
2 2
对于低压燃气：Pm P0
2 2 P0 T Z Q0 1.62 Q0 T Z P P2 5 0 L 0.81 5 0 L 1 2 d Pm T0 Z 0 d T0 Z 0
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
一、不稳定流动方程式 决定燃气流动状态的参数为：压力P、密度ρ和流速W，均沿管长 随时间变化，它们是距离x和时间τ的函数，即:
P P ( x, ) ( x, ) W W ( x, )
(一) 运动方程： (二) 连续性方程：
二、途泻流量的计算
途泄流量只包括大量的居民用户和小型公共建筑用户。
用气负荷较大的公共建筑或工业用户应作为集中负荷 来进行什算。 以图6-9所示为例，各管段的途泻流量计算步骤如下： （一）将供气范围划分为若干小区 根据该区域内道路、建筑物布局及居民人口密度等 划分为A、B、C、D、E、F小区，并布置配气管道1-2、 2-3……。 （二）分别计算各小区的燃气用量 分别计算各小区居民用气量、小型公共建筑及小型工 业用气量，其中居民用气量可用居民人口数乘以每人 每小时的燃气计算流量e（m3／(人.h)）求得。 (三）计算各管段单位长度途泄流量 计算中可以认为，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 q Q L
f ( Re , ) d
（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： 1

21g ( 2.51 ) 3.7d Re
阿里特苏里公式： 0.11( 68 ) 0.25
d Re
谢维列夫公式：
(
2.适用于一定流态区的专用公式：
A B m ) d Re
（三） 紊流状态(Re>3500)
钢管
0.11(
d
68 0.25 ) Re
2 P dv 0.25 Q0 T 6 6.9 10 ( 192.2 ) 0 l d Q0 T0 d5
铸铁管
0.12( 5158
1 d dv 0.284 ) Q0
2 P dv 0.284 Q0 T 6 1 6.4 10 ( 5158 ) 0 l d Q0 T0 d5
第三节 燃气分配管网计算流量
一、燃气分配管段计算流 量的确定 燃气分配管网各管 段根据连接用户的情况， 分为三种： 只有转输流量的管段 只有途泄流量的管段 有转输途泄流量的管段
计算流量公式：
Q=αQ1+Q2=0.55Q1+Q2
由上式可见，燃气分配
管道可看作在终端有一 集中负菏，流量为Q，则 其压力降等于实际上既 有转输流量，又有逾泄 流量的该管段的压力降。 因此，途泄流量常可看 作相当于两个集中流量 值，即在管段始端为 0.45Q1，而在终端为 0.55Q1。
一、低压燃气管道摩擦阻力损失计算公式 Re （一）层流状态(Re<2100) 64
Q0 P T 1.131010 4 v 0 l d T0
（二）临界状态(Re=2100-3500)
0.03
Re 2100 65 Re 10 5
2 11.8Q0 7 104 dv Q0 P T 6 1.9 10 (1 ) 5 0 l T0 23Q0 105 dv d
1.
当α取0.55时，管道始端i、终端 i j j的节点流量分别为： qi 0.45Q1
q j 0.55Q1
2.
i j
图6-10各节点流量为：
q1 0.55Q1
6 1 1 2 2 3 5 4
0.45Q1
1 2 5 2 4 3 4 3
q2 0.55Q1 q3 0.55Q1 q5 0.55Q1
1
图6-9中A、B、C各小区
管道单位长度途泻为：
qA QA L1 2 L2 3 L3 4 L4 5 L56 L16 QB L1 2 L2 11 QC L211 L23 L37
qB
qC
（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；
对于新钢管： K1 K 2 过渡区
对于新钢管： K1 K 2
对于新铸铁管： K 阻力平方区 谢维列夫公式：
1
0.23 V (1.9 10 6 ) 0.226 W d 0.226
W 2.4 10 6 V
W 2.7 10 6 V
0.75 V (0.55 10 6 ) 0.284 W d 0.284
（二）枝状管网水力计算计算步骤 (1)对管网进行节点和管段编号 (2)确定气流方向，求管网各管段的计算流量 (3)根据确定的允许压力降，计算单位长度的允许压力降 (4)预选管径 (5)根据所选管径求摩擦阻力损失和局部阻力损失，计算 总压降 (6)检查计算结果，比较总压降是否超出允许范围
二、环状管网水力计算
L L1 L2 L1 l2

（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
差值时，在燃气管道中将产生附加压头，其值由下式 确定： P g ( a g )H
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。
3.
0.55Q1
0.45Q1
2 3
0.55Q1 0.45Q1
q4 0.55Q1 q6 0.45Q1
0.45Q1 0.45Q1
6 5 6 5
5 2 6 1
0.45Q1
5 4
管段上所接的大型用户为集中流 量，也可转化为节点流量。根据 集中流量离该管段两端节点的距 离，近似地按按比例分配于两端 节点上。
二、高、中压燃气管道摩擦阻力损失计算公式 （一）钢管、塑料管
0.11(
d 68 0.25 ) Re
（二）铸铁管
2 P12 P22 dv 0.25 Q0 T 9 1.4 10 ( 192.2 ) 0 L d Q0 T0 d5
0.12( 5158
1 d
1 6
二、节点流量
在用电子计算机进行燃气环状管网水力计算时，
常把途泄流量转化成节点流量来表示。这样， 假设沿管线不再有流量流出，即管段中的流量 不再沿管线变化，只在管段的起点和终点有流 量流出，它产生的管段压力降与实际压力降相 等。 由式Q=αQ1＋Q2 可知，与管道途泄流量Q1相当 的计算流量Q=αQ1 ，可由管道终端节点流量为 αQ1和始端节点流量为（l-α）Q1来代替。
二、燃气管道内燃气稳定流方程式
P 0 0 W 0
dP W 2 dx d 2 W 常数 P ZRT
得到： 高、中压燃气管道的基本计算公式
2 Q0 T Z P P 1.62 5 0 P0 L d T0 Z 0 2 1 2 2
1 m
1 m
(用于新铸铁管 )
（1）水力光滑区
尼古拉茨公式：
0.0032
1
0.0221 Re 0.237
105 Re 3 106
d 4000 Re 22.2( )8 / 7

21g (Re ) 0.8
谢维列夫公式：
0.25 Re 0.226 对于新铸铁管： K1 0.77 Re 0.284
（二）环状管网水力计算步骤
(1)绘制管网平面示意图，对节点、管段、环网编号，并 标明管道长度，集中负荷，气源或调压站位置等。 (2)计算管网各管段的途泄流量。 (3)按气流沿最短路径从供气点流向零点的原则，拟定环 网各管段中的燃气流向。 (4)从零点开始，逐一推算各管段的转输流量。 (5)求管网各管段的计算流量。 (6)根据管网允许压力降和供气点至零点的管道计算长度 (局部阻力损失通常取沿程阻力损失的5%-10%)，求得 单位长度允许压力降，并预选管径。 (7)初步计算管网各管段总压力降及每环的压力降闭合差。 (8)管网平差计算，求每环的校正流量，使所有封闭环网 压力降的代数和等于0或接近于0，达到工程容许的误 差范围。
( W ) ( W 2 ) P W2 g sin x x d 2
Baidu Nhomakorabea
( W ) 0 x
(三) 气体状态方程： P ZRT
(四) 方程组
P W 2 x d 2 ( W ) P C2 x P ZRT
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。 图6-9中各管段的途泻流量如下：
Q1 Q1 Q1 Q1
1 2
(q A q B ) L1 2 (q A qC ) L23 (q D q E ) L48 q A L16
2 3
4 8
采用习惯采用单位，并考虑城市燃气管道压力一般在
1.6MPa以下，Z≈Z0=1，则高、中燃气管道和低压燃气 管道计算公式为：
2 Q0 P 2 P22 T 10 1 1.2710 5 0 L d T0 2 Q P T 6.26107 0 0 l d5 T0
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： 64 ；（ Re 2100 ) Re
3 （二）临界区： 0.0025 Re； (2100 Re 3500 )
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 实际工程中通常根据此式，对不同种类的燃气制成图 表，见图6-6，可查出不同管径不同流量时的当量长度。 管段的计算长度L可由下式求得