燃气管道局部阻力的当量长度法计算

燃气管道局部阻力的当量长度法计算2009-7-28摘要：为提高燃气管网水力计算中局部阻力计算的准确度，采用当量长度法，对常用燃气分配管段进行计算，得到管段局部阻力占沿程阻力的比例。给出了不同情况下管段附件局部阻力占沿程阻力的比例的取值建议表。关键词：当量长度；局部阻力系数；局部阻力CalculationofLocalResistanceofGasPipelinebyEquivalentLengthMethodLIXing-quan，JUXiu-feng，TIANGuan-sanAbstract：Inordertoimprovethecalculationaccuracyoflocalresistanceinhydrauliccalculationofgasnetwork，theequivalentlengthmethodisusedtocalculatetheusualgasdistributionpipelinesections.Theproportionoflocalresistancetotheresistancealongthepipelinesectionisobtained.Therecommendedtableforproportionoflocalresistancetotheresistancealongthepipelinesectionisgiven.Keywords：equivalentlength；localresistancecoefficient；localresistance在进行城市燃气管网的水力计算时，管网的阻力计算是较为重要的部分[1～3]。管网的局部阻力一般不逐项计算，而是按燃气管道摩擦阻力的5%～10%进行估算[4]。估算时5%～10%跨度较大，往往由设计者根据经验自行取值，从而使得结果不准确，产生较大误差。因此有必要对燃气管网的局部阻力进行较为准确的计算。采用当量长度法对管道附件进行逐项计算，得出附件产生的局部阻力占沿程阻力的比例，缩小了局部阻力的取值范围，减少了水力计算时的误差[5]。本文采用当量长度法对管道附件引起的局部阻力进行计算，输送介质为天然气，管材为钢管，阀门为闸阀。1当量长度计算公式[4、6]用当量长度来计算局部阻力损失，各种管道附件折算成相同管径管段的当量长度可按下式确定：式中△p——局部阻力，Pa∑ζ——计算管段中局部阻力系数之和v——管段中燃气流速，m/sρ——燃气的密度，kg/m3λ——管道的沿程阻力系数le——当量长度，md——管道内径，mm管段的计算长度可由下式求得：式中L——管段的计算长度，ml——管段的实际长度，m2附件局部阻力系数燃气管道附件包括三通、弯头、变径管、阀门等，其中三通、闸阀及弯头较为常见。①三通燃气分配管段以分流三通为主[7、8]，分流三通简图见图1。在进行水力计算时，局部阻力考虑三通的直流损失，即燃气经过三通时直管的阻力[9]，其直流阻力系数ζ见表1[7]。表1三通直流阻力系数ζ[7]qV,1/qV,30.900.800.700.600.500.400.300.200.10ζ0.000.000.100.450.603.503.503.504.90由此可见，引起三通直流损失的主要因素是流出三通直管与流入三通的燃气流量之比，比值越小则局部阻力系数越大。当前后流量变化不大或支管流量较小时，局部阻力系数为0，即不产生局部阻力。②闸阀[4]不同直径的闸阀局部阻力系数ζ见表2。表2闸阀局部阻力系数ζd/mm50～100175～200≥300ζ0.500.250.153燃气分配管段局部阻力分析燃气分配管网的各管段根据连接用户的情况，可分为以下3种。①只有转输流量管段沿途不输出燃气，用户连接在管段的末端，这种管段的燃气计算流量就等于转输流量[4]。只有转输流量的管段见图2。此时管道附件较少，只有少量的阀门及弯头。设管道内径为300mm，流量为500m3/h，则阀门、弯头数量及管长不同时管道附件产生的局部阻力占沿程阻力的比例见图3。由图3可知，当管段沿途没有途泄流量，在管长保持不变时，局部阻力占沿程阻力的比例随着管段附件数量的增加而增加；管段附件数量不变时，局部阻力占沿程阻力的比例随着管段长度的增加而减少。②只有途泄流量分配管网的管段与大量居民用户、小型公共建筑用户相连。这种管段的主要特征是：由管段始端进入的燃气在途中全部供给各个用户，即只有途泄流量[4]，见图4。此时管道附件较多，以三通居多，且有少量阀门、弯头及变径管。通过当量长度法逐一计算管道附件的局部阻力，得到整条管段的局部阻力占沿程阻力的比例。a.情况1设管道内径为300mm，流量为500m3/h，在管段的起始端设1个阀门，距管段两端1/3处各布置1个弯头并位于距其最近的三通之前，管段中间设1个变径管并位于距其最近的三通之前，途泄分支管均匀分布，途泄流量按分支管数量平均分配。经计算分支管数量与管长不同时局部阻力占沿程阻力的比例见图5。b.情况2设管道内径为300mm，流量为500m3/h，在管段的起始端及末端各设1个阀门，距管段两端1/4处及中间各设1个弯头并位于距其最近的三通之前，管段中间设1个变径管并位于距其最近的三通之前，途泄流量按分支管数量平均分配。经计算，分支管数量与管长不同时局部阻力占沿程阻力的比例见图6。由于途泄流量的存在，三通前后的流量比值不同，则局部阻力系数也不同。单管途泄流量越小，三通后、前的流量比值越大，则三通阻力系数越小。由于情况1、2的途泄流量按分支管数量平均分配，分支管数量少时单管途泄流量大，三通后、前的流量比值小，阻力系数大，但由于三通数量少，因此局部阻力占沿程阻力的比例较小。随着分支管数量的增加，三通后、前的流量比值变大，阻力系数变小。但此时管段中局部阻力系数之和大于兰通数量较少时的局部阻力系数之和，因此局部阻力变大，局部阻力占沿程阻力的比例增加。随着管段中阀门、弯头及变径管等附件数量的增加，局部阻力也增加。情况1中，局部阻力占沿程阻力的比例为4.5%～8.7%。情况2中，阀门及弯头数量增加，局部阻力增加，局部阻力占沿程阻力的比例较情况1大，为6.1%～11.3%。经计算，当管道内径为300mm，流量为500m3/h，管段中有1个变径管时，不同附件数量在不同管长下所产生的局部阻力占沿程阻力的比例建议按表3～5查取。表3管长为300m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为1～2个支管数量为3～5个支管数量≥6个126.5～7.07.5～8.08.0～9.038.5～9.09.0～10.010.0～11.0228.0～8.58.5～9.O9.0～10.0310.0～10.5～11.0～11.510.511.0表4管长为400m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为1～2个支管数量为3～5个支管数量≥6个125.0～5.55.5～6.06.0～6.536.5～7.07.0～7.57.5～8.0225.5～6.06.0～6.56.5～7.036.5～7.07.0～8.08.0～9.0表5管长为500m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为1～2个支管数量为3～5个支管数量≥6个124.0～4.54.5～5.05.0～5.534.5～5.05.5～6.O6.0～6.5224.0～5.05.0～5.55.5～6.035.5～6.06.0～6.56.5～7.0③既有转输流量又有途泄流量最常见的分配管段的供气情况是管段上既有转输流量，又有途泄流量[4]，见图7。通过当量长度法逐一计算管道附件的局部阻力，得到整条管段的局部阻力占沿程阻力的比例。a.情况3设管道内径为300mm，总流量为500m3/h，转输流量为200m3/h，在管段的起始端设1个阀门，距管段两端1/3处各布置1个弯头并位于距其最近的三通之前，管段中间设1个变径管并位于距其最近的三通之前，途泄流量为总流量与转输流量之差且按分支管数量平均分配。经计算，分支管数量与管长不同时局部阻力占沿程阻力的比例见图8。b.情况4设管道内径为300mm，总流量为500m3/h，转输流量为200m3/h，在管段的起始端及末端各设1个阀门，距管段两端1/4处及中间各设1个弯头并位于距其最近的三通之前，管段中间设1个变径管并位于距其最近的三通之前，途泄流量为总流量与转输流量之差且按分支管数量平均分配。经计算，分支管数量与管长不同时局部阻力占沿程阻力的比例见图9。途泄分支管数量较少时，由于转输流量一定，途泄支管处三通后、前的流量比值较小，阻力系数较大，因此局部阻力占沿程阻力的比例较大；途泄分支管数量增加，途泄支管处三通后、前的流量比值较大，阻力系数减小，因此局部阻力占沿程阻力的比例较小。分支管数量在5个以上时管段中∑ζ小于分支管数量为1～2个时的局部阻力系数之和，随着分支管数量的增加，局部阻力占沿程阻力的比例呈缓慢增加的趋势。经计算，当管道内径为300mm，流量为500m3/h，转输流量为200m3/h，管段中有1个变径管时，不同附件数量在不同管长下所产生的局部阻力占沿程阻力的比例建议按表6～8查取。表6管长为300m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为1～2个支管数量为3～4个支管数量≥5个127.5～8.05.5～6.05.0～5.539.0～9.57.5～8.07.0～7.5228.0～8.56.0～6.55.5～6.039.5～10.08.0～8.57.5～8.0表7管长为400m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为1～2个支管数量为3～4个支管数量≥5个125.5～6.04.0～4.53.5～4.037.0～7.55.5～6.05.0～5.5226.0～6.54.5～5.04.0～4.537.5～8.06.0～6.55.5～6.0表8管长为500m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为1～2个支管数量为3～4个支管数量≥5个124.0～4.53.0～3.53.0～3.535.5～6.04.0～4.54.0～4.5224.5～6.03.5～4.03.5～4.036.0～6.54.5～5.04.5～5.04结论①燃气管网的局部阻力按燃气管道沿程阻力的5%～10%进行计取，对于许多管道误差较大。通过对不同类型管道的局部阻力进行计算分析，得出不同类型的管道局部阻力取值范围，可缩小燃气管网局部阻力计算误差，使水力计算结果更加符合实际。②只有转输流量的管段，阀门数量为1～2个，弯头数量为2个，变径管数量为1个，管长在300m以上时，局部阻力可取沿程阻力的4%～5%；管长小于300m时，局部阻力可取沿程阻力的5%～7%。③只有途泄流量的管段，阀门数量为1～2个，弯头数量为2个，变径管数量为1个，管长在300m以上，分支管数量为1～2个时，局部阻力可取沿程阻力的4%～6%；分支管数量为3～5个时，局部阻力可取沿程阻力的4.5%～6.0%；分支管数量在6个以上时，局部阻力可取沿程阻力的5%～7%。管长小于300m，分支管数量为1～2个时，局部阻力可取沿程阻力的6.5%～8.5%；分支管数量为3～5个时，局部阻力可取沿程阻力的7.5%～9.O%；分支管数量在6个以上时，局部阻力可取沿程阻力的8%～10%。④既有途泄流量又有转输流量的管段，阀门数量为1～2个，弯头数量为2个，变径管数量为1个，管长在300m以上，分支管数量为1～2个时，局部阻力可取沿程阻力的4.0%～6.5%；分支管数量为3～4个时，局部阻力可取沿程阻力的3%～5%；分支管数量在5个以上时，局部阻力可取沿程阻力的3.0%～4.5%。管长小于300m，分支管数量为1～2个时，局部阻力可取沿程阻力的7.5%～8.5%；分支管数量为3～4个时，局部阻力可