城市燃气输配_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。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燃气分配管道计算流量的确定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六章城市燃气管网的水力计算LZZTTPdQPP0000520222162.1稳定流动燃气管道的水力公式：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。21212122212PPPPPPPPPm对于低压燃气管道，可以做进一步的简化：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：LZZTTdQ81.0PP00052021若采用习惯的常用单位，并考虑城市燃气管道的压力一般在4.0Mpa以下，故可以取Z=Z0=1，则高、中压及低压燃气管道的计算公式，又可分别表示为：高、中压燃气管道：低压燃气管道：00520102221TTdQ1027.1LPP00520721TTdQ1026.6LPP三、燃气管道的摩擦阻力系数简称摩阻系数反映管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数其数值与燃气的流动状况、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是雷诺数和相对粗糙度的函数紊流区包括水力光滑区、过渡区和阻力平方区。该区的流动状态比较复杂，摩阻系数的计算公式很多，下面仅介绍城市燃气设计规范推荐的适用于紊流三个区的综合公式。层流区(Re≤2100)临界区(Re=2100~3500)紊流三个区(Re3500)钢管、塑料管铸铁管Re64＝510Re652100Re03.0＝25.0Re6811.0d＝284.0051581102.0Qdd＝管道内表面当量绝对粗糙度，对于钢管取0.2mm，塑料管取0.01mm；ν—0摄氏度、1.01325×105Pa时的燃气运动粘度，m2/s。第二节城市燃气管道水力计算公式和计算图表低压燃气管道阻力损失计算公式高中压燃气管道阻力损失计算公式燃气管道阻力损失计算图表计算示例附加压头局部阻力一、低压燃气管道水力计算公式层流区(Re2100)：临界区(Re=2100~3500)紊流区(Re3500)钢管、塑料管：铸铁管：004010TTdQ1013.1LP00520504061010.231078.1111088.1TTdQdQdQLP0052025.0062.1921089.6TTdQQddLP00520284.006515811039.6TTdQQddLP二、高中压燃气管道水力计算公式钢管、塑料管：铸铁管：0052025.00622212.192104.1TTdQQddLPP00520284.006222151581103.1TTdQQddLPP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。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976－4、5计算图表的绘制条件：1、燃气密度按计算，使用时不同的燃气密度要进行修正。301Kg/Nm＝低压管道：10)(lplp高中压管道：1222122210)(lpplpp2、运动粘度：人工燃气：天然气：/sm1015/sm10252626－－＝＝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，运动粘度：300.5Kg/Nm＝/sm102526－＝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。图表法：解：公式法：假设为层流：将05207TTdL106.26lpRe64＝vdRe和代入：得：d=78.16mm,取标准管径80mm。据d计算Re=17682100,层流区。假设正确，计算有效。/m)0.04(p1004)(a0.50＝lp/m)0.08(p0.50.04)(a10＝lp据流量和压降查表得：d=80mm已知人工燃气密度0.7kg/Nm3，运动粘度25×10-6m2/s，有φ219×7中压燃气钢管，长200m，起点压力150KPa，输送燃气流量2000Nm3/h，求0℃时该管段末端压力。公式法图表法例题2：0052025.00622212.192104.1TTdQQddLPPm/)kPa(1.3LPP2122210m/)kPa(2.170.71.3LPP20.7222102.17200P150222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。四、附加压头HgPga计算公式：agH—空气密度，1.293kg/Nm3，—燃气密度，kg/Nm3—管段终端与始端的标高差值，mgaga管道内流动气体上升时将产生一种升力，下降时将增加阻力。管道内流动气体下降时将产生一种升力，上升时将增加阻力。某多层住宅，燃气室内立管终端标高17m，引入管始端标高－0.6m，密度0.71kg/Nm3，计算附加压头；又已知引入管起点压力P1=1000Pa，80Pa，求P2。6Pa.100HgPga局部沿程PP1P2－0.6m17m五、局部阻力损失计算城市燃气管网计算时，管网的局部损失一般以沿程损失的5~10%估计.对于室内燃气管道和厂、站区域的燃气管道，由于管路附件较多，局部损失所占的比例较大应进行计算。计算方法有两种，一种是用公式计算，根据实验数据查取局部阻力系数，代入公式进行计算；另一种用当量长度法。当燃气流经三通管、弯管、变径异型管、阀门等管路附件时，由于几何边界的急剧改变，燃气在管道内气流方向和气流断面改变，燃气运动受到扰乱，必然产生额外的压力损失。式中：△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。0022TTP01、公式法：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002200222TTdLTTP＝dL22、当量长度法因此，管件的局部压力降等于其当量长度为L2的直线管段的沿程压力降，在计算管道及管道附件的总压力降时，管道计算长度L应为L=L1+L2式中：L1------管道实际长度，m；L2------管道上附件的当量长度，m。实际管道计算长度L乘以该管段单位长度摩擦阻力损失，就可得到该管段的压力损失。第三节燃气分配管道计算流量燃气分配管网供气方式燃气分配管道计算流量的确定燃气分配管道途泄流量的确定节点流量(一)燃气分配管网供气方式只有转输流量的管段只有途泄流量的管段有途泄流量和转输流量的管段燃气分配管网的各管段根据连接用户的情况，可分为三种：燃气分配管段的负荷变化示意图对于管段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。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、沿途支管数有关。计算流量先用转输流量与途泄流量的组合来表示21QQQ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：lKQP75.1流进管段的总流量：QN=Q2+Q1每一条分支管段的流量：nQq1在AB上取任一小段y，该管段上的流量用Qy表示，则q1yQQNylqyQKPNy75.1])1([NQQx1令：x是途泄流量Q1与总流量QN的比值，0≤x≤1NxQQ175.175.1])1(1[nxylKQPNynxQqN则：所以：111175.175.11])1(1[1nynyNynxynLKQPP整个管段的压力降为：275.11n1ixn1n211.0x88.01)1n(]nx)1y(1[整理得：275.1N1xn1n211.0x88.01LKQP压降计算公式：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21QQQ把带入压降计算公式：75.175.1N75.1N1NN175.1N75.1212)x1x(LKQQQQQQLKQL)QQ(KPxxxnnx)1(1211.088.0175.121PP由得：•水力计算公式中幂指数为1.75时所得α值支管数n支管数nx15∞x15∞00.50.50.510.6740.590.562对于燃气分配管道，分支管数一般不少于5～10个，x值在0.3～1.0之间。此时系数α在0.5～0.6之间，水力计算公式中幂指数等于1.75～2.0时，α值的变化并不大；实际计算中均可采用平均值α=0.55。故燃气分配管道的计算流量公式为：21QQ55.0Q1.途泄流量的范围：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用户应作为集中负荷来计算。2.两点假设：⑴供气区域内居民用户和小型公共建筑用户是均匀分布的；⑵途泄流量只取决于居民的人口密度。(三)燃气分配管道途泄流量的确定3.计算步骤ABCFED对如图所示的小区，计算步骤如下：管段途泄流量的计算过程（a）在供气范围内，按不同的居民人口密度或道路和建筑物的布局划分街区A、B～F。（b）分别计算各个街区居民用气量及小型公共建筑年用气量、小时计算流量，并按照用气量的分布情况布置配气管道1-2、2-3……（c）根据每个街区的燃气计算流量和燃气管道的长度，计算管道单位长度向该街区供应的途泄流量。LQq1ABCFED166554433221LLLLLLQqAA11221LLQqBB7332112LLLQqCCABCFED（d）求管段的途泄流量①管段的途泄流量等于单位长度途泄流量乘以该管段的长度。②若管段是两个小区的公共管道，需同时向两侧供气时，其途泄流量应为两侧的单位长度途泄流量之和乘以管长。61611848413232121211)()()(LqQLqqQLqqQLqqQAEDCABA(四)转输流量的确定a、确定各管段途泄流量；b、从