6第六章 燃气管网水力计算

第六章燃气管网水力计算燃气管道水力计算的任务根据计算流量和规定压力损失来计算管径，进而决定管道投资与金属消耗；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。燃气水力计算公式不稳定流动方程连续性方程ρw=const气体状态方程P=ZρRT22wddxdp等温稳定流动决定燃气流动状况的参数为：压力p、密度ρ和流速w高压、次高压和中压燃气管道单位长度摩擦阻力损失的表达式p1—燃气管道始端的绝对压力，kPa；p2—燃气管道末端的绝对压力，kPa；Q—燃气管道的计算流量，m3/s；d—管道内径，mm；λ—燃气管道摩擦阻力系数，反映管内燃气流动摩擦阻力的无因次系数，其数值与燃气在管道内的流动状况、燃气性质、管道材质（管道内壁粗糙度）及连接方法、安装质量等因素有关；ρ—燃气密度，kg/m3；T—设计中所采用的燃气温度，K；T0—标准状态绝对温度，273.15K；Z—压缩因子；当燃气压力小于1.2MPa（表压）时，取Z=1；L—燃气管道的计算长度，km。ZTTdQLpp0521022211027.1低压燃气管道单位长度摩擦阻力损失的表达式为：式中－燃气管道摩擦阻力损失（Pa）；l－燃气管道的计算长度（m）；燃气管道摩擦阻力系数可按下式计算：式中lg－常用对数；K－管壁内表面的当量绝对粗糙度（mm）；Re－雷诺数（无量纲Re=dw/νν为运动粘度）。05271026.6TTdQlp]Re51.27.3lg[21dK＝－p燃气管道摩擦阻力计算公式及图表（附录2）低压燃气管道从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失式中Δpd－从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失，含室内燃气管道允许的阻力损失（Pa）；Pn－低压燃具的额定压力（Pa）。附加压头Δp—附加压头，Pa；g—重力加速度，m/s2；ρa—空气密度，kg/m3；ρg—燃气密度，kg/m3；Δh—管道终端与始端的标高差，m。hgpga15075.0ndPP局部阻力—局部阻力的压力损失，Pa；—计算管段中局部阻力系数总和；w—燃气在管道中的流速，m/s；—燃气密度，kg/m3；T—燃气绝对温度，K；T0—273K。0022TTwpp0管道的当量长度＝1时的当量长度管段的计算长度式中L1—管段实际长度，m121LLLL2ldl22Ld当量长度计算图燃气分配管段计算流量的确定式中q—单位长度途泄流量，m3/（m·h）；Q1—途泄流量，m3/h；Q2—转输流量，m3/h；L—管段长度，m。LQq1管段途泄流量的计算过程（1）根据供气范围内的道路与建筑物布局划分为几个小区：（2）分别计算各小区的居民用户用气量及小型商业用户和小型工业用户的用气量，并按照用气量的分布情况，布置配气管道。（3）求各小区管段的单位长度途泄流量，如图中A、B、C…区管道的单位长度途泄流量为式中QA、QB、QC—为A、B、C各区的小时计算流量，m3/h；L—管段长度，m。1654321LQqAA1121LQqBB73211LQqCC计算管段的途泄流量燃气分配管段计算流量确定Q=0.55Q1+Q2式中Q—计算流量，m3/hQ1—途泄流量，m3/h；Q2—转输流量，m3/h；21211LqqQAB节点流量节点1节点2211161145.055.0QQq321251211245.055.055.0QQQq654321qqqqqqQcal节点流量等于流入节点所有管段途泄流量的0.55Q1、流出节点所有管段途泄流量的0.45Q1以及与该节点的集中流量三者之和枝状管网的水力计算（1）对管网的节点和管段编号（2）根据管线图和用气情况，确定管网各管段的计算流量。（3）根据给定的允许压力降及由于高程差而造成的附加压头，确定管线单位长度的允许压力降。（4）根据管段的计算流量及单位长度允许压力降选择管径。（5）根据所选定的标准管径，求沿程压力降和局部压力降，计算总的压力降。（6）检查计算结果。若总的压力降未超过允许值，并趋近允许值，则认为计算合格，否则应适当变动管径，直到总压力降小于并尽量趋近允许值为止。计算举例1环状管网的计算步骤1）绘制管网平面示意图，管网布置应使管道负荷较为均匀。然后对节点、环网、管段进行编号，标明管道长度、燃气负荷、气源或调压站位置等。2）计算各管段的途泄流量。3）按气流沿着最短路径从供气点流向零点（不同流向燃气的汇合点）的原则，拟定环状管网燃气流动方向。但在同一环内，必须有两个相反的流向。4）根据拟定的气流方向，以为条件，从零点开始，设定流量的分配，逐一推算每一根管道的初步计算流量。5）根据管网允许压力降和供气点至零点的管道计算长度（局部阻力通常取沿程损失的5%—10%），求得单位长度允许压力降，根据流量和单位长度允许压力降即可选择管径。6）由选定的管径，计算各管道的实际压力降以及每环的闭合差，通常初步计算结果管网各环的压力降是不闭合的，这就必须进行环网的水力平差计算。7）在人工计算中，平差计算是逐次进行流量校正，使环网闭合差渐趋工程允许的误差范围的过程。0iQ校正流量QQQQ—校正流量的第一个近似值，它未考虑邻环校正流量对计算环的影响—为使校正流量精确些，而加于第一项上的附加项，它考虑了邻环校正流量对计算环的影响Q（a）低压管网QPPQ75.1QPQPQQnsnnn式中—计算环的压力闭合差；—计算环的各管段的压力降与流量之比；—邻环校正流量的第一项近似值；—与邻环共用的管段的值。PQPnnQnsQP（b）高、中压管网QPPQ222QPQPQQnsnn22式中—管段的压力平方差2P（c）校正流量计算顺序首先计算各环的，进而才能求出考虑邻环影响的，令，以此校正每环各根管道的计算流量。若校正后闭合差仍未达到精度要求，则需再一次计算校正流量及，再作流量校正，使之逐次逼近并达到允许的精度要求为止。QQQQQQQ,Q（d）压力闭合差的精度要求高中压管网低压管网%%1005.022PP%%1005.0PP式中或—环网内各管段的压力降或压力平方差，顺时针方向为正，逆时针方向为负；或—环网内各管段的压力降或压力平方差的绝对值；—工程计算的精度要求（允许误差），一般人工计算P2PP2P%108）由管段的压力降推算管网各节点的压力。对于高、次高、中压管网，由已知消费点（调压器进口）压力要求推算至各源点。对于低压管网，由源点（调压器出口）压力推算至各消费点。一旦节点压力未满足要求，或者管道压力降过小而不够经济时，还需调整管径，重新进行前述6、7两步计算。9）绘制水力计算图，图中标明管段的长度、管径、计算流量、压力降和节点的流量、压力等。例6-1试计算图6-6所示的低压管网，图上注有环网各边长度（m）及环内建筑用地面积F（公顷）。人口密度为每公顷600人，每人每小时的用气量为0.06m3，有一个工厂集中用户，用气量为100m3/h。气源是焦炉煤气，＝0.46kg/m3,=25×10-6m2/s。管网中的计算压力降取∆P=400Pa。室内燃气管道的设计计算燃气引入管不得敷设在卧室、浴室、易燃或易爆品的仓库、有腐蚀性介质的房间、发电间、配电间、变电室、不使用燃气的空调机房、通风机房、计算机房、电缆沟、暖气沟、烟道和进风道、垃圾道等地方。燃气用户引入管（1）地下引入（图6-7）（2）地上引入对于高层建筑的室内燃气管道系统还应考虑三个特殊的问题（1）补偿高层建筑的沉降。（2）克服高程差引起的附加压头的影响：增加阻力；高低层系统分设；用户调压器；专用灶具。（3）补偿温差产生的变形。燃气计量表的布置（1）燃气表宜设置在通风良好的非燃结构上，并满足便于施工、维修、调试和安全使用的要求。（2）居民住宅内燃气表宜明设，高锁表时，表底距地面不小于1.4m，表侧面与灶净距不小于30cm，表背面距墙面不小于1cm；采用低锁表时，表底距地面不小于5cm。（3）工业和商业用户用气的计量装置宜集中布置在单独房间内，当设有调压站时可与调压器同室布置。家庭炊事燃具的布置（1）燃气灶应安装在通风良好的厨房内，严禁设置在卧室内，利用套间或走廊作厨房时应设门与卧室隔开。（2）燃气灶靠墙设置，与墙的净距不宜小于10mm，与对面墙之间应有不小于1m的通道，灶边与侧墙净距不小于15cm。（3）燃气灶的上方不应有明装电线或电器设备。燃气灶与燃气灶，与燃气热水器的水平投影净距应不小于30cm。家用热水器的布置（1）燃气热水器应具有强制排风，自动熄火保护及防倒风装置。（2）热水器应安装在通风良好的房间或过道内，不得安装在卧室、浴室、厕所和室外。（3）热水器与对面墙壁之间应有不小于1m的通道，侧面离墙的距离应大于10cm。（4）设置热水器的房间的净高度应大于2.4m。（5）热水器与燃气表、灶及电器设备水平净距不应小于30cm，其上部不应有电力明线、电器设备和易燃物。室内燃气管道设计计算（1）布置燃气管道及燃具，作管道平面及系统图并确定最不利工作点。（2）将各管段按顺序编号，由引入口编至最不利工作点，凡是管径变化或流量变化处均应编号。（3）求出各管段的额定流量，根据各管段供气的用具数得同时工作系数值，可求得各管段的计算流量。（4）由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量预定各管段的管径。（5）算出各管段的局部阻力系数，求出其当量长度，可得管段的计算长度。（6）计算各管段的单位长度压降值后，乘以管段计算长度，即得该管段的阻力损失。（7）计算各管段的附加压头。（8）求各管段的实际压力损失。（9）求室内燃气管道的总压力降（由引入口至最不利工作点）。（10）以总压力降与允许的计算压力降相比较，如不合适，则可改变个别管段的管径。例6-2计算机在管网水力计算中的应用