庭院燃气管道水力计算
庭院燃气管道水力计算
1）低压燃气管道的基本计算公式（单位长度的摩擦阻力损失）
低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按下式计算：
L
?P ＝6.26×107
λ52d Q ρ0T T （公式2）
式中 △P——燃气管道摩擦阻力损失（Pa ）；
λ——燃气管道摩擦阻力系数；计算方法如下公式3-公式6计算。 L——燃气管道的计算长度（m ）； Q——燃气管道的计算流量（m 3/h ）； d——管道内径（mm ）； ρ——燃气的密度（kg/m 3）；
T——设计中所采用的燃气温度（K ），本设计中取燃气温度为15℃； T 0——273.15（K ）；
不同流态下，摩擦阻力系数λ值不同，计算公式如下：
层流状态（Re<2100）：Re
64
=
λ （公式3） 临界状态（Re=2100~3500）：5
10-65Re 2100
Re 03.0-+=λ （公式4） 紊流状态（Re>3500）： 钢管 25
.0Re 68d 11.0?
?
? ??+?=λ （公式5）
铸铁管284
.0Q d 5158d 1102236.0???
? ??+=v λ （公式6）
式中 λ——燃气管道摩擦阻力系数；
Re ——雷诺数，v
dw
=
Re ，d 为管道内径（m ），w 为管道断面的平均流速（m/s ），
d——管道内径（mm ）；
Q——燃气管道的计算流量（m 3/h ）；
v ——燃气的运动粘度（m 2/s ）；
△——管壁内表面的当量绝对粗糙度，对钢管：输送天然气和气态液化
石油气时取0.1；输送人工煤气时取0.15。
对于庭院燃气管道，燃气在管道中的运动状态绝大多数在紊流过渡区，因此
一般取25
.0Re 68d 11.0?
?
? ??+?=λ，相应的单位长度的摩擦阻力损失计算公式为：
L ?P
＝6.9×10625
.0Q d 2.192d ???
? ??+?v 5
2d
Q ρ0T T
（公式7） 2）低压燃气管网压降及压降分配
（1）城镇低压燃气管道从调压柜到最远端燃具的管道允许阻力损失
城市燃气管网与用户的连接有两种方法：一、通过用户调压器与燃具连接，这样管网中压力的波动不影响用户处的压力，燃器具就能在相对恒定压力下工作；二、用户直接与低压管网相接，这样，随着管网中流量的变化和压力的波动，燃具前的压力也随之变化。为了满足燃具燃烧的稳定性和良好的运行工况，应控制燃具前的压力波动范围。在计算工况下，管网的计算压力降就等于燃具压力的最大波动范围： n P K K P P P )(21min max -=-=?
一般民用燃具的正常工作可允许其压力在±50%范围内波动，但考虑到高峰期一部分燃具不宜在过低的负荷下工作，因此，取最小压力系数K 2=0.75，最大压力系数K 1=1.50。这样，低压燃气管网（包括庭院和室内管）总的计算压力降可确定为：n P P 75.0=?（不包括煤气表）
按最不利情况即当用气量最小时，靠近调压柜的最近用户处有可能达到压力的最大值，但由调压柜到此用户之间最小仍有约150Pa 的阻力（包括煤气表阻力和干支管阻力），故低压燃气管道（含室内和庭院管）总的计算压力降最少还可以加大150Pa 。则燃气低压管道从调压柜到最远燃具的管道允许阻力损失，可按下式计算：15075.0+=?n P P
式中 P ?——从调压柜到最远燃具的管道允许阻力损失（Pa ）； n P ——低压燃具的额定压力（Pa ）。
注：P ?含室内燃气管道允许阻力损失。
根据上式，推算出低压燃气管道允许总压降如下表3所示。
低压燃气管道允许总压降 表3
压力（Pa ）
天然气
燃具额定压力n P 2000 燃具前最大压力m ax P 2000×1.5=3000 燃具前最小压力min P 2000×0.75=1500 区域调压柜出口最大压力
3000+150=3150 允许总压降
3150-1500=1650
低压燃气管道允许总压力降的分配按《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）（281页）的推荐值，如下表4：
低压燃气管道允许总压力降的分配 表4
天燃气灶具额定压力
总压力降P
街区
单层建筑
多层建筑
庭院
室内 庭院 室内 2000
1650
1050
300
300
200
400
如果调压箱出口压力调到3000Pa ，则庭院的最大压力降为3000-1500-400=1100Pa ；庭院的额定压力降为3000-2000-400=600Pa 。即：庭院压力降范围ΔP=600Pa~1100Pa 。
室内管道压力损失300-400Pa ，假定调压柜出口3000（2800）Pa ，灶具额定压力2000Pa 。庭院总压力损失3000（2800）-2000-300（400）=700（400）Pa 。
因此，总压力损失在400-700之间是合理的，大于700，管径偏小，小于400，管径偏大。以总压降与允许的计算压力降比较，如不合适需要改变个别管段的管径。
? 公共建筑和工业企业专用调压站出口最大压力由燃烧器具工艺而定。 ? 当由小区内直接调压时，燃气管道允许的阻力损失应保证最不利点（包括最近端和最远端及特殊点）处的燃具在其最低和最高使用压力之间正常工作。
（2）节点流量的计算
在枝状管网中节点流量即从该节点流出的燃气流量，节点流量等于该节点后管段的计算流量，即：Q n =Q n~n+1。详细算法详见例题。 （3）节点压力的计算
节点压力即为沿燃气流动方向上该节点上一节点与该节点前管段压降之差。详细算法详见例题1。 例题1：
图1 庭院燃气管道水利计算图
下面以图1为例详细说明一下庭院燃气管道水力计算的做法，主要包括管段压力降的计算、节点流量的计算和节点压力的计算。
（4）管段压力降的计算 计算可按下述步骤进行：
A 、首先选取最不利管路（一般选最长的管路），将各管段按顺序编号，凡是管径变化或流量变化处均应编号。
B 、求出各管段的额定流量Q n ，由Q n 及各管段供气的用具同时工作系数值K 可求得各管段的计算流量值Q 。
庭院燃气管道燃气小时计算流量采用同时工作系数法，计算公式用公式1。 C 、根据各管段的计算流量Q 以及预选的管径d 确定单位长度的摩擦阻力损失。
低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按公式2—公式7计算。 D 、根据已知管段长度和步骤（3）所计算的单位长度的摩擦阻力损失可求得管 段压力降P ?=
L
?P
L 。
结合上述步骤，以管段1-2为例计算管段流量，管段1-2所带用户数为216户。
每户燃具的额定用气量为：燃气灶取 1.0Nm 3/h·台，家用燃气热水器取1.1 Nm 3/h·台，即
Q n =1.0+1.1=2.1 Nm 3/h·台。
由表1线性插值查得，216户用户燃气双眼灶和快速热水器同时工作系数为K=0.158，将Q n 、K 带入公式1得：
Q 1-2＝K t （∑KNQ n ）=1.0×0.158×216×2.1=71.67Nm 3/h
管段1-2是预选管径dn63 SDR11系列PE100材质的聚乙烯管，则管道内径为：
d=dn -2×
SDR dn =63-2×11
63
=51.5mm 本例题中取ρ=0.75kg/m 3；ν=14.02×10-6m 2/s ，将其带入公式7，则该管段单位长度的摩擦阻力损失为：
L 2-1?P ＝6.9×106（d K +192.2×21-Q dv ）0.255
2
d
Q ρ0T T =6.9×106
×（5.511.0+192.2×67.711002.145.516-??）0.25×5
25.5167.71×0.75×15.27315
.288
=19.31Pa/m
根据上面的计算
L
2
-1?P =19.31Pa/m ，已知管段1-2的长度L=2m ，则： 2-1P ?=
L
2
-1?P L=19.31×2=36.63Pa 对于管段2-3，所带用户数为44+58+42+12+20=176户，由表1线性插值查得176户同时工作系数为K=0.162，将Q n 、K 带入公式1，得：
Q 2-3＝K t （∑KNQ n ）=1.0×0.162×176×2.1=59.88Nm 3/h
管段2-3同管段1-2是预选管径dn63 SDR11系列PE100材质的聚乙烯管，管道内径d=51.5mm ，则：
L 3-2?P ＝6.9×106（d K
+192.2×32-Q dv ）0.2552
d
Q ρ0T T
=6.9×106
×（5.511.0+192.2×88.591002.145.516-??）0.25×5
25
.5188.59×0.75×15.27315
.288 =13.80Pa/m
已知管段2-3的长度L=6m ，则：
3-2P ?=
L
3
-2?P L=13.80×6=82.80Pa 将其列入表4中。
同理，可求得其他管段的压降，如表5所示：
庭院燃气管道水力计算表 表5
一般压力修正系数可取1.2，最后的修正压力损失为1.2×230.08=276.10Pa 。 （5）节点流量的计算
在枝状管网中节点流量即从该节点流出的燃气流量，节点流量等于该节点后管段的计算流量，即：
Q n =Q n~n+1
如图1所示，则各节点流量为：
Q 1= Q 1-2=1.0×0.158×216×2.1=71.67Nm 3/h Q 2= Q 2-3=1.0×0.162×176×2.1=59.88Nm 3/h
同理
Q 3= Q 3-4=46.29Nm 3/h Q 4= Q 4-5=26.88Nm 3/h Q 5= Q 5-6=12.63Nm 3/h
Q 6= 1.0×0.188×32×2.1=12.63Nm 3/h
（6）节点压力的计算
节点压力即为沿燃气流动方向上该节点上一节点与该节点前管段压降之差，调压箱位置的节点压力已知，在本例题中，调压箱出口压力为2800Pa，即节点1的节点压力为2800Pa，则节点2的节点压力为节点1的节点压力与管段1-2的管段压降之差，节点3的节点压力为节点2的节点压力与管段2-3的管段压降之差以此类推：
P1=3000Pa
P2=P1-△P1-2=2800-38.63=2761.37Pa
P3=P2-△P2-3=2761.37-82.80=2678.57Pa
P4=P3-△P3-4=2678.57-46.05=2632.52Pa
P5=P4-△P4-5=2632.52-50.09=2582.43Pa
P6=P5-△P5-6=2582.43-12.51=2569.92Pa