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1、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,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
2、气管道基本公式 。,对于低压燃气管道，可以做进一步的简化：,Pm=(P1 +P2)/2P0； 所以低压管道的基本计算公式表达为下列形式 ：,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：,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
3、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(Re2100) 临界区(Re=21003500) 紊流三个区(Re3500) 钢管、塑料管 铸铁管,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； 0摄氏度、1.01325105Pa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(Re3500) 钢管、塑料管： 铸铁管：,二、高中压燃气管道水力计算公式,钢管、塑料管：
4、 铸铁管：,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97 64、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。,低压管道：,高中压管道：,2、运动粘度： 人工燃气： 天然气：,3、取钢管的当量绝对粗糙度：,例 题 1：,已知：人工燃气的密度 ， 运动粘度：,15时燃气流经l=100m长,
5、的低压燃气钢管，当流量Q010Nm3/h时，管段压力降为4Pa，求该管道管径。,图表法：,据d计算Re=17682100,层流区。假设正确，计算有效。,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2510-6m2/s，有2197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：,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,计
6、算公式：,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，m,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。,P1,P2,0.6m,17m,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510%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
7、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。,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,2、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
8、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
9、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； -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,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
10、，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：,流进管段的总流量：,QN=Q2+Q1,每一条分支管段的流量：,在AB上取任一小段y，该管段上的流量用Qy表示，则,令：,x是途泄流量Q1与总流量QN的比值，0 x1,则：,所以：,整个管段的压力降为：,整理得：,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,把 带入压降计算公式：,由,得：,水力计算公式中幂指数为1.75时所得值,对于燃气分配管道，分支管数一般不少于510个，x值在0.31.0之间。此时系数在0.50.6之间，水力计算公式中幂指数等于1.752.0
11、时，值的变化并不大；实际计算中均可采用平均值=0.55。 故燃气分配管道的计算流量公式为：,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： 供气区域内居民用户和小型公共建筑用户是均匀分布的； 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,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、BF。 （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
12、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。,（d）求管段的途泄流量,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。 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。,(四) 转输流量的确定,a、确定各管段途泄流量； b、从管段末段向上反推。,例1 枝状管网转输流量的计算,枝状管网如下图所示，已知各管段途泄流量，试确定各管段转输流量及计算流量。,1,2,3,4,5,例题2 环状管网转输流量的计算,已知途泄流量，求转输流量 计算流量,2,3,4,5,1,60,80,130
13、,110,100,(五) 节点流量,1.在燃气管网计算时，特别是用电子计算机进行燃气环状管网水力计算时，常把途泄流量转化为节点流量来表示。 2.假设沿管线不再有燃气流出，即管段中的流量不再沿管长而变化，它产生的管段压力降与实际压力降相等。,与管道途泄流量Q1相当的计算流量Q=Q1，可由管道终端节点流量为Q1；始端节点流量为（1-）Q1来代替。,3.节点流量计算公式,当取0.55时，管道始端i、终端j的节点流量分别为：,从i节点到j节点管道的途泄流量，Nm3/h; qi、qji、j节点的节点流量，Nm3/h。 对于连接多根管道的节点，其节点流量等于燃气流入节点的所有管段的途泄流量的0.55倍，与
14、燃气流出节点的所有管道的途泄流量的0.45倍之和，再加上节点上另有的集中流量。,对于管段中接有公共建筑用户等用气量较大的用户，其流量可按离该管段两端节点的距离，近似地按反比例分配于两端节点上。用气量特大的用户，其接出点本身往往可作为一个节点进行计算。,管网各节点流量的综合应与管网区域的总计流量相等,第四节 枝状管网水力计算,枝状管网水力计算特点 枝状管网水力计算步骤 枝状管网水力计算举例,一、枝状管网水力计算特点,管段数等于节点数减1 气源至各节点一个固定流向 送至某一管线的燃气只能由一条管线供气，流量分配方案唯一 任一管段流量等于该管段以后所有节点流量之和（顺气流方向），管段流量唯一 改变某
15、一管段管径，不影响管段流量分配，只导致管道终点压力的改变 各管段未知数：直径与压力降两个。,二、枝状管网水力计算步骤,对管网的节点和管道编号。 根据管线图和用气情况，确定管网各管段的计算流量。 选定枝状管网的干管，根据给定的允许压力降确定管线单位长度上的允许压力降。 根据管段的计算流量及单位长度允许压力降预选管径。 根据所选定的标准管径，反算管段实际沿程压力降和局部压力降，并计算总的压力降。 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。,三、枝状管网计算举例1,1,2,3,8,4,6,7,5,1-1000,6-
16、400,4-400,7-700,2-700,5-600,3-800,管段号管长m,节点流量Nm3/h,2000,3000,2000,2000,如图所示中压管道，1为源点，4、6、7、8为用气点（中-低压调压器），已知气源点的供气压力可达200kPa，保证调压器正常运行的调压器进口压力为120kPa。,燃气密度为1kg/Nm3，运动粘度为2510-6m2/s。各管段长度及调压器的流量如图所示，若使用钢管，求各管段的管径。,确定气流方向，并根据图示各调压器的输气量（中压管网的节点流量），计算各管段的计算流量：,3-800,3000,2000,5000,2000,2000,4000,9000,3-800,3000,2000,5000,2000,2000,4000,9000,选管道1-2-3-4为本枝状管网的干管，总长度=2500m，
