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1、第七章燃气管网的水力工况 第一节管网计算压力降的确定第二节低压管网的水力工况第三节高 中压环网的水力可靠性第四节低压环网的水力可靠性 1 第一节管网计算压力降的确定 一 低压管网计算压力降的确定二 高 中压管网计算压力降的确定三 工业企业燃气管道计算压力降的确定 2 一 低压管网计算压力降的确定 低压管网分两种情况 a 与用户直接连接b 通过调压器与用户连接此处介绍的计算压力降是指第一种情况下管网的压力降 3 一 低压管网计算压力降的确定 一 用户处的压力波动及其影响因素用户直接与低压管网连接 随着管网中流量变化 燃具前的压力也随之变化 为满足燃具燃烧的稳定性和良好的运行工况 应控制燃具前压力
2、的波动范围 燃具能够正常工作的最大允许压力和最小允许压力可用燃具的额定压力乘一个系数表示 4 一 低压管网计算压力降的确定 燃气管网设计时采用的计算工况 管道系统的流量是最大流量 小时计算流量 管网系统的压力降最大 称为计算压力降 用户处的压力最小 运行中的最不利工况 管网负荷最小 管网的压力降最小 燃具前压力最大 对于管网起点压力为定值的情况 5 6 一 低压管网计算压力降的确定 由图中可见 从调压器出口A到各用户的压力降是不同的 这就使用户处出现不同的压力 由A点到用户C2 C4的压力降为计算压力降 而到用户C1 C3的实际压力降小于计算压力降 因此 不同用户的压降利用程度不同 则燃具前压
3、力波动的范围也不同 7 一 低压管网计算压力降的确定 实际应用中 管网负荷随着时间而不断变化 当调压器出口压力为定值时 随着负荷的降低 管道中流量减少 压力降减小 用户处的压力增大 在最不利工况下 管网负荷为零 所有用户处的压力都等于调压器出口压力P1 因此 用户处压力的最大波动范围等于计算压力降 8 一 低压管网计算压力降的确定 若根据系统负荷的变化而改变起点压力 可大大提高用户处压力的稳定性 即随着管网负荷的降低而使起点压力随之降低 则燃具前的压力不会增加 用户处压力波动范围影响因素 1 计算压力降的大小 压降利用程度 2 管网系统负荷的变化情况 3 调压器出口压力的调节方法 9 一 低压
4、管网计算压力降的确定 二 低压管网计算压力降的确定由以上分析知 与用户直接相连的低压管道的计算压力降等于燃具的最大允许波动范围 即取决于 k1 k2 和Pn 增大Pn可以增大管网计算压力降 降低金属用量 节约管网投资 但是 Pn越大 对设备的制作和安装质量要求越高 管网的运行费用越大 若Pn取得过小 将增加管网的投资 k1 k2 代表了燃具前压力的波动 其值越大 计算压力降越大 但燃具的正常工作要求其压力波动不超过一定的范围 10 一 低压管网计算压力降的确定 研究表明 民用燃具的正常工作波动范围为 即k1 1 5 k2 0 5 考虑到高峰时一部分燃具不宜在过低的负荷下工作 因此k2取0 75
5、 k1取1 5 总计算压力降确定为 因为即使在最不利情况下 调压站至用户间仍然有约150Pa的压力损失 因此 规范中规定总计算压力降在以上基础上还可加大150Pa 11 一 低压管网计算压力降的确定 12 一 低压管网计算压力降的确定 低压燃气管道总计算压力降的分配 应根据技术经济分析比较后确定 13 我国几个城市低压管道计算压力降 14 一 低压管网计算压力降的确定 三 计算工况下管网水力工况分析计算工况下 管网负荷为最大小时计算流量 管网的压力降为计算压力降 燃具负荷为额定负荷 即燃具前最小压力为额定压力Pn 但选取计算压力降时取k2 0 75 即在管网为最大负荷时 燃具却在小于额定压力下
6、工作 管网的计算流量和燃具的总流量不一致 此种情况下 管网的工况如何 15 一 低压管网计算压力降的确定 由理论上分析 这种情况下 在高峰负荷时 管网的流量达不到计算流量 用气高峰不能保证 设用气高峰时管网的实际流量与计算流量之比为x 即 管道压力降与燃具前压力之和等于起点压力 16 一 低压管网计算压力降的确定 当k2 0 75时 x 0 92 而根据燃具流量水力公式管网总流量应为说明当管网按0 75Pn的计算压力降进行设计 尽管管网的输送能力小于计算流量 但用户处的压力高于最低允许压力0 75Pn 而达到0 85Pn 这是由于随着管网的流量小于计算流量 管道的压力降小于计算压降 在起点压力
7、为定值的情况下 使得燃具前的压力提高 17 一 低压管网计算压力降的确定 实际上 高峰用气时的管网负荷还会进一步地接近计算流量 因为 1 用气高峰时 燃具处为最低压力 燃具在负荷不足的情况下工作 势必延长燃具的使用时间 使得同时工作的燃具数增加 2 有一部分用户并没有充分利用计算压力降 这些用户燃具前的压力在用气高峰时 可能接近于额定压力 燃具可能在额定负荷下工作 因此 计算压力降选择0 75Pn是完全合理的 18 二 高中压管网计算压力降的确定 一 高中压管网通过调压器与用户或低压管网相连 其压力波动不影响低压用户的燃气压力 高中压管网的起点压力主要受上游供气压力的影响 其末端压力应保证中低
8、压或高中压调压器能正常工作并通过用户在高峰时的用气量 高中压管网的计算压力降等于起点压力与末端最小允许压力之差 19 二 高中压管网计算压力降的确定 二 高中压管网与中压引射式燃烧器相连时 需保证其在额定压力下工作 并考虑专用调压器的压力降及用户管道的压力损失 这样确定高中压管网末端的最小压力 通常取0 05 1 0MPa 由上游提供的压力和下游最小压力求得其计算压力降 三 为了保证供气的可靠性 在确定环网的计算压力降时应留有适当的压力储备 20 三 工业企业管道计算压降的确定 一 设有总调压装置的一级系统 管道直接与各车间的燃烧器相连 车间燃烧器的最低压力控制在Pn 管网的压力降取决于管网负
9、荷的稳定性和燃具前压力的允许波动范围 假定管网起点的压力足够高 管网负荷越稳定 可取的计算压力降越高 但若管网负荷不稳定 计算压力降太大 会导致燃具前压力超过其允许范围 21 三 工业企业管道计算压降的确定 因为 一旦压力降确定 管网起点的压力也随之确定 若管网负荷减小 管道压力降减小 燃具前压力升高 而燃具前的压力波动有其允许的范围 因此 计算压力降的确定应综合考虑以上两个因素 设燃具允许最大压力为 对应的流量为 有 设管网负荷波动系数为 即 22 三 工业企业管道计算压降的确定 管道最大负荷时 管道压力降为计算压力降 管道为最小负荷时 管道压力降为最小 起点压力为定值 所以 有下式成立 2
10、3 24 三 工业企业管道计算压降的确定 二 管道通过调压器与燃烧器相连与高中压燃气管道计算压力降的确定情况相同 25 第二节低压管网的水力工况 主要讨论用户燃具与低压管网直接相连时 在任意工况下 用户燃具前的压力变化情况 一 管网系统起点压力为定值时的工况1 计算工况时 管网中的负荷最大 管网压力降最大 燃具前压力最低 2 任意工况时 随着管网负荷的降低 管网压力降减少 用户燃具前压力升高 设任意工况时 流量变化系数为x 则管道起点压力 燃具前压力和管道计算压降的关系为 26 一 管网起点压力为定值时的工况 因为P1 1 5Pn P 0 75Pn 由图中可见 当x 0 794时 燃具前压力为
11、额定压力 当x 0 0 794时 燃具前压力大于额定压力 27 一 管网起点压力为定值时的工况 28 二 按月调节调压器出口压力时的水力工况 为了缩短燃具超负荷工作的时间 可采取按月调节调压器出口压力的措施 在用气量较低的月份降低出口压力 调压器出口压力的调整值应满足该月最大小时用气量时燃具前压力为额定压力 各月最大小时用气量公式 29 二 按月调节调压器出口压力时的水力工况 一年中不同月份调压器出口压力P1可按以下步骤确定 1 求各月最大小时流量与管道小时计算流量之比xm 通常各月的最大日不均匀系数与最大小时不均匀系数变化很小 计算中认为相等 则2 根据各月的xm值计算当月最大压力降 3 确
12、定各月调压器的出口压力 30 二 按月调节调压器出口压力时的水力工况 例题 已知一年中各月的月不均匀系数如下表 燃具的额定压力Pn 1000Pa 求1 各月调压器出口压力 2 作图比较冬 夏季燃具前压力的波动范围 31 例题 求计算压力降 求各月的最大小时流量与计算月的最大小时流量之比 求各月最大小时流量时的实际压力降 32 例题 确定调压器最大出口压力 求各月调压器的出口压力 按上式计算的P1值大于P1max时 取P1max比较冬 夏季用户燃具前的压力变化范围 冬季燃具前压力Pb 1500 750 x1 75夏季燃具前压力Pb 1255 750 x1 75 33 34 三 随管网负荷变化调节
13、调压器出口压力时的水力工况 管网起点压力根据在任意工况下燃具前的压力等于或接近于额定压力而确定的 由上式 管网起点压力的最佳调节曲线和用户燃具前的压力曲线见下图 35 36 三 随管网负荷变化调节调压器出口压力时的水力工况 由图可见 当00 794时 调压器出口压力保持1 5Pn 燃具前压力为下式表达的曲线 37 第三节高 中压环网的水力可靠性 当管网中个别管段发生事故时 若整个系统通过能力的减少是在许可范围以内 则认为该系统是可靠的 城市高中压管网系统 为了保证供气的可靠性 通常设计成环网 但环网中的管径选择情况不同 环路的可靠性不同 以下分两种情况讨论 1 等管径环路的水力可靠性2 等比压
14、降环路的水力可靠性 38 一 等管径环路的水力可靠性 为了分析方便 假设各管段的直径均为d 长度均为l 各管段的计算流量和节点流量如下图所示 39 一 等管径环路的水力可靠性 1 计算工况下 半环的压力损失 此压力损失即为环网的压力损失 40 一 等管径环路的水力可靠性 2 事故工况下 假设在最不利点即靠近供气点处出现事故 各管段的流量如图所示 假定所有用户的用气量都均匀下降 其流量以计算工况下的节点流量乘以x表示 即Q xQ 事故工况下环网的总压力损失为 41 一 等管径环路的水力可靠性 3 水力可靠性分析如果计算工况和事故工况的起点压力和终点压力相同 则也就是说 事故工况时 用户能够得到的
15、燃气量将减少到计算流量的34 5 这不能保证系统的供气可靠性 42 一 等管径环路的水力可靠性 通常认为管网燃气的供气量不低于计算流量的70 时系统是可靠的 即所有用户的供气保证系数为0 7 为了保证供气的可靠性 管网系统应有一定的压力储备 以便在事故发生时 增加允许压力降 从而增加流量 也就是说计算工况下管网的压力降小于计算压力降 计算压力降的利用程度为 即计算压力降利用系数为25 压降利用系数的大小与管网布置 供气保证系数等因素有关 43 二 用单位长度压降为常数计算管网时 环网的水力可靠性 假定环中各管段长度相等 因此各管段压降相等 由于各管段管径不同 其阻抗也不同 44 二 用单位长度
16、压降为常数计算管网时 环网的水力可靠性 1 计算工况下各管段压降及总压力降 45 二 用单位长度压降为常数计算管网时 环网的水力可靠性 2 事故工况下 各管段压降及总压力降 46 二 用单位长度压降为常数计算管网时 环网的水力可靠性 3 水力可靠性分析如果计算工况和事故工况的起点压力和终点压力相同 则说明事故工况时 用户能够得到的燃气量将减少到计算流量的22 5 为保证70 的供气保证系数 需要压力储备 压降利用系数为 47 三 两种方法金属用量的分析 两种方法的比较在其水力可靠性相同的基础上进行 即在事故工况下 环路的过流能力和总压力降相同 过流能力相同 则x相同 总压力降相同 则管径与管段阻抗的关系如下 48 三 两种方法金属用量的分析 由上述阻抗之间的关系式 有管道金属用量的近似表达式等管径环路的金属用量等比压降环路的金属用量可见 第二种方法的金属用量多9 25 49 四 结论 在相同水力可靠性的情况下 等管径环路比等比压降环路的金属用量要少 在事故工况分析过程中 假定用户的用气量是均匀降低的 这在以下情况下完全成立 1 事故工况不与全年的用气高峰期重合 季节性的用气量减少比由于
