燃气输配-05第五章-燃气管网的水力计算

第五章燃气管网的水力计算第五章燃气管网的水力计算§5-4管网水力计算§5-2室内燃气管道水力计算§5-3燃气分配管道计算流量§5-1燃气管道的水力计算公式和图表§5-1燃气管道的水力计算公式和图表一、燃气管道的水力计算公式二、燃气管道水力计算图表一、燃气管道的水力计算公式（一）沿程阻力损失1.低压燃气管道05271026.6TTdQLP沿程阻力系数λ值主要取决于流体所处状态和管壁粗糙度。（1）层流状态：Re≤2100，沿程阻力系数λ仅与雷诺数有关，即Re64（2）临界状态：2100＜Re≤3500，此时由下面经验公式计算λ510Re652100Re03.0（3）紊流状态：Re＞3500钢管：25.0Re6811.0dK铸铁管：284.051581102236.0Qdd2.高压和中压燃气管道高压和中压燃气管道单位管长沿程阻力损失的计算公式如下：ZTTdQLPP0521022211027.13.长输管线当输气管道沿线的相对高Δh≤200m时，按下式计算：5.0522211051ZSTLdPPQv当输气管道沿线的相对高差Δh＞200m时，按下式计算：5.0115222121)1(1051niiiivLhhLaZSTLdhaPPQTZRgSaa2Re51.271.3lg01.21dK（二）局部阻力损失1）基本公式22uP2）当量长度法3）估算法L=L1+L2=L1+∑ζl2按燃气管道沿程阻力损失的5%~10%进行估算（三）附加压力附加压力是由于燃气的密度与空气的密度不同，在管段有高程差变化时产生的。在低压燃气管道阻力损失计算时，应考虑附加压力。燃气的附加压力可按下式计算：ΔH=10×（ρk－ρm）×h附加压力计算结果可正、可负，当附加压力为正值时，有助于燃气流动。而当附加压力为负值时，阻碍燃气流动。二、燃气管道水力计算图表148图52人工干燃气高、中压钢管水力计算图1026102246810321086464281046428105642810681024628102463810246481024658102466Q（m/h）3D820×8D920×8D1020×10D1120×10D1220×10D720×7D630×7D529×7D478×6D426×6D377×6D325×6D273×6D219×6D159×6D133×5D108×5D89×4D76×4D57×3.5D45×3.5D38×3D32×3P1-P2L(Pa/km)×10422232-6ρ0=1kg/mγ0=25×10m/s注意修正三、低压燃气管网压力降及压力降分配在计算低压燃气管网时，需要控制管道的阻力损失，低压燃气管网压力降分配应根据经济技术条件确定，详见第六章。§5-2室内燃气管道水力计算在进行室内燃气管道水力计算时，应首先根据建筑物的平面图和剖面图，选定和布置用户燃气用具，画出管道系统图。利用同时工作系数法计算确定各管段的计算流量。自引入管到各燃具之间的压降，其最大值为系统的压力降。室内燃气管道水力计算的方法和步骤1.管段按顺序编号，凡管径变化或流量变化处均应编号，并标上各计算管段的实际长度L1。2.求出各管段的额定流量，并按同时工作系数法，即式（2-9）计算各管段的计算流量。3.根据计算流量设定各管段的管径（用户支管最小管径为DN15）。4.查表5-1得各管段局部阻力系数ζ，查图5-1得ζ=1时的l2值，求出当量长度L2=∑ζl2，从而可得管道的计算长度L=L1+L2。5.根据燃气种类、密度和运动粘度选择水力计算图5-6确定管段单位长度的压降值。并根据需要进行修正。6.由式（5-18）计算各管段的附加压力。7.求各管段的实际压力损失，即ΔP－ΔH8.求室内燃气管道的总压力降，人工燃气计算压力降一般不超过80~100Pa（不包括燃气表的压力降）。低压室内燃气管道的压力降见表6-1、6-2。9.将室内燃气管道的总压力降与允许的压力降进行比较，如不合适，则可调整个别管段的管径。§5-3燃气分配管道计算流量一、燃气分配管道的分类二、变流量低压分配管段计算流量的确定一、燃气分配管道的分类途泄流量Q1由管段始端输入的流量为QN；沿程输出的流量转输流量Q2流经管段，由始端送至末端，始终恒定不变的流量按照所具有的途泄流量和转输流量不同，燃气分配管道可分为以下几类：1.只有转输流量的管段（沿程流量不变）2.只有途泄流量的管段（沿程流量变化）3.既有途泄流量又有转输流量的管段（沿程流量变化）图5-9燃气管道的计算流量QNQ1=0LQ2(a)QNL(b)Q1Q2=0QN(c)LQ2Q1图5—9燃气管道的计算流量（a）只有转输流量的管段；（b）只有途泄流量的管段；（c）有途泄流量和转输流量的管段二、变流量低压分配管段计算流量的确定1.途泄流量Q1的确定2.变负荷管段的计算流量的确定1.途泄流量Q1的确定几点假设：（1）途泄流量Q1沿管段均匀输出；（2）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；（3）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。途泄流量确定方法：（1）在供气范围内按不同居民人口密度划分成小区；（2）分别计算各小区用气量Q=N·e（3）计算各小区管段单位长度途泄流量（4）求各管段的途泄流量Q1=∑qLLQq图5-10各管段途泄流量计算图示1112734895610BACDEF图5—10管道途泄流量计算图以图5—10为例，依据式（5—21）、（5—22）计算：1-2管段的途泄流量为211654321112121211LLQLQLqqQABAB6-10管段的途泄流量为106106591061061LLQLqQFF2.变负荷管段的计算流量的确定计算流量可用下式表示Q=αQ1+Q2如何确定α呢？？α值的确定下图所示。某管段直径为d，长度为L，其上有n个分支管，将管段分成n+1段，假定相邻分支管的间距l相等。图5-11燃气分配管段的负荷变化示意图QNQ2123nn+1Q1=nqL=(n+1)lq1q2q3qn-1qn燃气管道的负荷y图5—11燃气分配管段的负荷变化各管段的实际压力降为lKQP75.1管段上第y段的燃气流量为Qy=QN－（y-1）qlqyQKPNy75.1)1(因而第y段的实际压力降为75.175.1)1(1nxylKQPNy或整个管段的实际压力降ΔP为1175.175.111)1(11nNnynxynLKQPP275.11211.088.01xnnxLKQPN75.175.175.11175.175.1211)(xxLKQQQQQQLKQLQQKPNNNNNxxxnnx75.12)1(1211.088.01又：故变流量分配管段计算流量的公式为：Q=0.55Q1+Q2燃气分配管道，一个管段上的分支管数一般不少于5~10个，x值在0.3~1.0范围内，此时α在0.5~0.6之间，一般取其平均值α=0.55。§5-4管网水力计算环状管网与枝状管网的主要区别环状管网水力计算的特点环状管网水力计算步骤举例1.环状管网由一些管道封闭成环，可同时由一条或几条管道给某管段输送燃气，而枝状管段只能由一条管道供气。2.燃气管道成环连接，是为了保证管网工作的可靠性，转输流量的分配也必须考虑到管网工作的最大可靠性。环状管网与枝状管网的主要区别3.枝状管道中变更某一管段的直径时，不影响其它管段的流量分配，只导致管道起点压力的改变；环状管网中变更某一管段的直径，就会引起所有其它管段流量的重新分配，并改变管网内各点的压力值。1.节点处流量的代数和为零∑Q=0m-1个方程2.环网的压力降之和为零∑ΔP=0n个方程3.由环网特点得到的方程数等于管段数pp+1=m+n或p=m+n-1p个方程4.补充方程∑ΔPi－ΔP=0q个方程环状管网水力计算的特点已得方程总数为2p+q个，未知量为3p，余下的未知量为p－q，此时环状管网的计算在数学上是不定解。为求得唯一解，应增加补充条件或给定其余的未知量。按经济性原则采用等压力降法选取管径作为补充条件求解。环状管网水力计算步骤1.参照管网平面布置图绘制管网水力计算用草图；2.编环号、节点号、标注管段长度，确定集中负荷用户的位置；3.已知用户用气量和已定管网布置图的基础上，计算整个供气范围内集中负荷的用气量和单位长度的途泄流量；4.定零点，选择零点时应使从供气点到用户的燃气流经的距离为最短。且自供气点流经各管段至零点的水力半径基本相等；5.确定各管段中的燃气流向，气流方向总是流离供气点，不应逆向；6.计算管网各管段的途泄流量、转输流量和计算流量；7.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。8.进行校正计算（即水力平差计算），使所有封闭环网压力降的代数和等于零或接近于零，直至达到工程允许的误差范围。校正流量：QPQPQQPPQQQnsnn75.1上式中和始终为正值，∑ΔP内各项的符号由计算确定，一般取顺时针时为正，逆时针时为负，ΔQ的符号与∑ΔP的符号相反。QPnsQP举例如图5—13所示低压燃气管网，图中注有环网各边长度。人口密度为600人/公顷，最大用气量为0.06m3/（人·h），有一个集中用户，用气量为120m3/h。A为调压站。管网输送人工燃气，燃气密度为0.45kg/m3，运动粘度为25×10-6m2/s，输送温度T=273K。管材为钢管，允许压力降为500Pa。试进行水力计算。图5-13环形管网计算简图1734A120m/h25689ⅠⅡⅢⅣ3400m500m400m500m500m450m500m450m图5—13环状燃气管网计算简图计算步骤：1.计算各环的单位长度途泄流量（1）按管网布置将供气区分成小区；（2）计算各环内的最大小时用气量（以面积、人口密度和每人每小时的最大用气量相乘）；（3）计算供气环周边的总长；（4）计算各环单位长度的途泄流量。2.各管段的计算流量（1）在管网的计算简图上将各管段依次编号，在距供气点（调压室）最远处，假定零点的位置（1、3、7和9），同时决定气流的方向；（2）计算各管段的途泄流量；（3）计算各管段的转输流量，计算由零点开始，与气流相反方向推算到供气点。当集中负荷由两侧管段供气时，转输流量以各分担一半左右为宜。（4）计算各管段的计算流量Q=0.55Q1+Q2。3.确定各管段的管径（1）预定沿程阻力的单位长度计算压力降，取局部阻力损失为沿程阻力损失的10%。（2）确定管径，由图5-3，根据初步流量分配及沿程阻力的单位长度计算压力降选择各管段管径。（3）计算各环的闭合差，即%1005.0PP4.校正计算（1）计算各环的ΔQ′（2）计算各环的ΔQ″（3）计算各环的校正流量ΔQ（4）确定各管段的校正流量ΔQn（5）确定校正后各管段的流量Q′，它等于各管段初步预定流量与各管段的校正流量之和，即Q′=Q+ΔQn（6）与初步计算相同的方法进行管网的校正水力计算.5.零点移动经校正计算，管网中的流量进行了从新分配，因此集中负荷的预分配量有所调整，并且原定的零点位置有了移动。