城市燃气输配_燃气管网水力计算
低压燃气管道水力计算公式
低压燃气管道水力计算公式-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1燃气管道输送水力计算一、适用公式燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。
但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。
整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。
二、低压燃气管道水力计算公式：1、层流状态 R e≤2100λ＝64/R e R e＝dv/γΔP/L＝×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）2、临界状态 R e＝2100~3500λ＝＋（R e－2100）/（65 R e－1×105）ΔP/L＝×106［1＋（ Q0－7×104dγ）/（－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）3、紊流状态 R e≥35001）钢管λ＝［（Δ/d）＋（68/ R e）］ΔP/L＝×106［（Δ/d）＋（dγ/ Q0）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）2）铸铁管λ＝［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］ΔP/L＝×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa） L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数 Q0——燃气流量（Nm3/h）d——管道内径（mm）ρ0——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和时的燃气运动粘度（m2/s）Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm） R e——雷诺数T——燃气绝对温度（K） T0——273Kv——管内燃气流动的平均速度（m/s）（摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）二、燃气的输配工况条件起点压力——10KPa 最大流速——10m/s燃气密度——Nm3（20℃和浓度20%时）纯轻烃燃气运动粘度——×10－6m2/s（0℃和时）燃气运动粘度——×10－6m2/s（0℃和时）三、钢管阻力降的计算与查表结果注：1、——*因计算数据与实际数据误差过大，已无计算、列表的必要。
城市燃气输配管网系统的水力计算分析
城市燃气输配管网系统的水力计算分析摘要：本文主要介绍了城市燃气输配管网水力计算的意义和计算方法并以实例分析运用和验证了方法的使用。
关键词：燃气输配管网、水力计算。
1水力计算分析的意义管网的水力分析是城市管网科学管理的基础,其任务是在输入节点流量及管长、管材、管径的情况下了解管网各管段的实际流量分配,各节点的压力,以及气源的工作情况,即了解整个管网的实际运行工况,从而得到科学、精确的信息.这样既为改建!扩建管网设计提供准确的数据资料,避免工程的盲目性。
同时,也为城市管网的科学管理提供数据信息,以便有关部门对管网突发事件作出快速反应、能否正确地进行水力计算,直接影响到输配系统的经济性和可靠性。
2水力计算2.1燃气管网的水力计算基本公式2.1.1气体管段流量的基本方程天然气在管内流动时，沿着气体流动方向，压力下降，密度减少，流速不断增大，温度同时也在变化，决定燃气流动状态的参数有：压力p 、密度ρ、流速v 。
为求解这些参数有三个基本方程:连续性、运动方程和气体状态方程。
气体流动方程如下。
利用牛顿运动方程、质量连续性方程、气体状态方程,并假设： a 地下燃气管道的温度变化不大,可以假定燃气在管内等温流动。
b 地下燃气管道的标高变化较小,可以不计算管道纵轴方向的重力作用分力。
得可压缩气体的不稳定流动方程组运动方程 （2.1） 连续性方程 气体状态方程P zg RT ρ=τ---时间；x---离管道始端的距离； v---τ时刻x 处燃气的速度； P---τ时刻x 处燃气的压力；()()222P x x dρυρυλυρτ∂∂∂+++=∂∂∂()0xρυρτ∂∂+=∂∂d---x 处燃气管道的内径； z---压缩系数； g---重力加速度； R---气体常数； T---燃气的绝对温度； ρ---燃气密度。
从理论上讲,上式可用来计算燃气在管道中任何距离,任何时刻的运动参数,实际上这一组非线性偏微分方程很难求解,但可从工程观点出发在忽略某些对计算结果影响不大的项,如略去运动方程中对流项和惯性项,并因有(2.2)及(2.3)式中C 为声速。
燃气管道的流量计算和水力计算公式
燃气管道的流量计算和水力计算公式燃气管道的流量计算和水力计算公式第一节燃气需用工况城市各类用户的用气情况是不均匀的，是随月、日、时而变化的。
这是城市燃气供应的一个特点。
用气不均匀性可以分为三种，即月不均匀性(或季节不均匀性)、日不均匀性和时不均匀性。
城市燃气需用工况与各类用户的需用工况及这些用户在总用气量中所占的比重有关。
各类用户的用气不均匀性取决于很多因素，如气候条件、居民生活水平及生活习惯机关的作息制度和工业企业的工作班次，建筑物和车间内装置用气设备的情况等，这些因素对不均匀性的影响，从理论上是推算不出来的，只有经过大量地积累资料，并加以科学的整理，才能取得需用工况的可靠数据。
1 、月用气工况影响居民生活及公共建筑用气月不均匀性的主要因素是气候条件。
气温降低则用气量增大，因为在冬季一些月份水温低，故用气量较多，又因为在冬季，人们习惯吃热食，制备食品需用的燃气量增多，需用的热水也较多。
反之，在夏季用气量将会降低。
公共建筑用气的月不均匀规律及影响因素，与各类用户的性质有关，但与居民生活用气的不均匀情况基本相似。
工业企业用气的月不均匀规律主要取决于生产工艺的性质。
连续生产的大工业企业以及工业炉用气比较均匀。
夏季由于室外气温及水温较高，这类用户的用气量也会适当降低。
建筑物供暖的用气工况与城市所在地区的气候有关。
计算时需要知道该地区月平均气温和供暖期的资料。
根据各类用户的年用气量及需用工况，可编制年用气图表。
依照此图表制订供气计划，并确定给缓冲用户供气的能力和所需的储气设施，还可预先制订在用气量低的季节维修燃气管道及设备的计划。
一年中各月的用气不均匀情况用月不均匀系数表示。
根据字面上的意义，它应该是各月的用气量与全年平均月用气量的比值，但这不确切，因为每个月的天数是在28～31天的范围内变化的。
因此月不均匀系数K1值应按下式确定全年平均日用气量该月平均日用气量1k （3-1） 12个月中平均日用气量最大的月，也即月不均匀系数值最大的月，称为计算月。
燃气管网水力计算公式
燃气管网水力计算公式
1）庭院燃气管道的计算公式：
Q=N Q K K n t ∑0
式中：
Q ——庭院燃气管道的计算流量（Nm 3/h ）；
K t ——不同类型用户的同时工作系数，当缺乏资料时，可取K t =1； K 0——相同燃具或者相同组合燃具数；
N ——相同燃具或相同组合燃具数；
Q n ——相同燃具或相同组合燃具的额定流量（Nm 3/h ）
2）中压管网水力计算公式：
Z T T d
Q 1027.1L P P 052102221ρλ⨯=- ⎥⎦⎤⎢⎣
⎡+-=λλRe 51.23.7d K 2lg 1 式中：
P 1，P 2 ——管道始、末端的燃气绝对压力(kP a )；
Z ——压缩因子，当燃气压力小于1.2MPa （表压）时，压缩因子取1.0； L ——管段计算长度(km)；
Q ——燃气流量(Nm 3／s)；
d ——管道内径(m)；
ρo ——燃气的密度（Kg/Nm 3）；
λ——摩擦阻力系数；
K ——管壁内表面的当量粗糙度（mm ）；
Re ——雷诺数（无量纲）；
3）低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按下式计算：
0527T T d
1026.6p ρλQ l ⨯=∆ 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；
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 ）；
T 0——273.15(K)；。
城市民用燃气管网的水力计算
城市民用燃气管网的水力计算我国天然气大发展时代己经到来，随着社会的发展和生产、生活文明程度的提高，要求天然气工业有较快的发展，以改善能源结构，保护大气环境。
随着我国城市能源结构的调整，天然气将成为主要的城市能源。
在城市燃气的发展过程中，民用燃气管网的水力参数计算是城市燃起管网设计、改造、扩建的基础，它直接决定着城市燃气发展的安全稳定性，所以燃气管网的水力分析计算在城市燃气的发展中起着不可替代的重要作用。
它能解决名用管网设计中存在的问题，使工作科学化，理论化。
同时它能推动燃气事业不断向前发展。
一、城市民用燃气管网的水力计算1.气体管流的基本方程天然气在管内流动时，沿着气体流动方向，压力下降，密度减少，流速不断增大，温度同时也在变化，决定燃气流动状态的参数有：压力P、密度P、流速w。
为求解这些参数有三个基本方程[2]：连续性方程、运动方程和气体状态方程。
分别如下：连续性方程：由以上方程组成为非线性方程组，一般情况下没有解，但可忽略某些数值很小的项，并用线性化的方法求得近似解，可作如下假设：1.1由于地下燃气管道的温度变化不大，可以假定燃气在管道内等温流动，即T=常数。
1.2地下燃气管道的标高变化较小，可以不计管道纵轴方向的重力作用分力。
1.3假设气体在管道内作稳定流动，即气体的质量流量在管道的任一截面上为常数，不随时间和距离的变化而改变。
1.4从工程观点出发忽略某些对计算结果影响不大的项，可略去运动方程中对流项和惯性项。
根据以上假设，可得圆断面管道绝热稳定流动的基本方程式：对于低压管道：其中：Pm-管道始端和终端压力的算术平均值。
Pm=（P1+P2）/2≈P0 （1-6）所以低压管道的基本计算公式表达为下列形式[2]二、低压输配气管道的压力降的计算低压天然气管道有Z= Z0 =1所以单位长度的沿程压力降宜按下式计算：三、天然气分配管道计算流量的确定燃气分配管道的各管段根据连接用户的情况分为三种[3]：1.管段沿途不输出燃气，用户连接在管段的末端，这种管段的燃气流量是个常数，其计算流量就等于转输流量。
燃气工程-第6章燃气管网水力计算
环状管网的计算步骤
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查附图即可 选择管径。
(一)燃气分配管网供气方式
(3)最常见的分配管段供气情况。
(二)燃气分配管段途泄流量的确定
▪ 在城镇燃气管网计算中可以认为，途泄流 量是沿管段均匀输出的。管段单位长度途 泄流量为：
管段途泄流量计算
计算管段途泄流量
▪ 1-2管段
▪ 1-6管段
(三)燃气分配管段计算流量确定
▪ 管段上既有途泄流量又有转输流量的变负 荷管段，其计算流量可按下式求得：
Q 2 -30 .5 5 1 8 05 0 1 4 9
Q 1 -4 0 .5 5 3 9 5 2 8 4 5 0 2
Q 4-30 .559050100
(4)求计算流量
▪ 对于Ⅱ环：
Q 1 -6 0 .5 5 2 9 4 4 9 8 6 6 0
Q 6-50.55216083
Q 4-50.55144079
(1)环状管网的计算特点 (2)环状管网的计算步骤
(1)环状管网的计算特点
(2)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 源或调用站位置等。
2)计算各管段的途泄流量。
环状管网的计算步骤
3)按气流沿着最短路径从供气点流向零点(零 点是指各环中燃气沿顺时针流动与逆时针 流动的交汇点，此点为各环压力的最低点) 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。
城市燃气输配课件：燃气管网水力工况分析
800 1200 600 1350
1000 1500 750 1650
2000 3000 1500 3150
允许总压降
750 900 1650
2800 4200 2100 4350 2250
（3）低压燃气管道允许总压力降的分配
允许总压力降在低压干管、庭院、室内管之间的分配，应根据 经济技术比较以及长期的运行经验确定。一般来讲，街区低压 干管的压力降取0.5Pn左右，庭院管道取0.15Pn左右，剩下的 就是室内管道的允许压力降。
Qm Q
K1 K max
1
(3) 根据各月的xm值计算压力降
Pp P(xm )1.75
(4) 确定各月调压器的出口压力（该月最大小时用气量时燃 具前的压力为额定压力）
P1 Pn Pp
例 题：
已知一年中各月的月不均匀系数，Pn=1000Pa
月份 K1
月份
K1
1 1.26
7
0.67
2 1.26
第七章 燃气管网的水力工况
第一节 燃气管网计算压力降确定
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、庭院管道计算压力降的确定
一、低压管网计算压力降的确定
几点说明： 用户处的压力指燃具前的压力，是指在工作状态下，燃气到 达燃具前所具有的剩余压力。
用户与管网的连接方式：
用户直接与低压管网相连；燃具前的工作压力随着管 网内压力、流量而波动；
1
K1 1.26
⑶各月最大小时流量时的实际压力降
Pp
x1.75 m
P
750x1m.75
月 份
K1
xm
x1.75 m
ΔPp
月 份
K1
第六章 燃气管网水力计算
零点：指各环中燃气沿顺时针流动与逆时针流动的交汇 点,此点为各环压力的最低点。
❖ （4）推算每一管段的初步计算流量
❖ （5）选择管径
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。
第六章
26
❖ （6）算各管段实际压力降及各环压力闭合差
解：（1）在平面图上编号、标注
第六章
30
100Nm3/h
3
300 4
400
5
600
600
FⅠ=15
FⅡ=20
300 2
400 6
1
450
FⅢ=24
8
7
第六章
31
450
❖ （2）计算各环单位长度途泄流量q
各环用气量（气化率100%）、周长、q。
第六章
32
❖ （3）定各环零点、流向
零点：每环只有一个零点， 使供气点到各用户的路线最 短——3、5、8。
(6)检查计算结果：若总压力降≤允许值，合格；否则
应适当变动管径，直到总压力降≤允许值为止。
第六章
24
6.3.2 环状管网的水力计算
1. 计算特点
（1）供气量任意： 环网任一节点均可由相邻两管段或多管段供气； 供给量任意分配——节点处流量代数和为零即可；
（2）管径变则流量重新分配： 引起管网流量的重新分配 并改变各节点的压力值；
P12
P22 L
1.271010 Q02
d5
0
T T0
Z
Re wd
w
Q0
d2
P12
P22 L
f (Q0 , d, 0 ,T ,T0 , Z, K, v)
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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。
图表法
P12
LP2201
3.1(kP)a2/m
P 12 LP 22 00
3.10
.7
.7 2
.(1 k7 P )2/am
1502 P22 2.17 200
四、附加压头
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。
支管数 n
支管数 n
x
x
1
5
∞
1
5
∞
0 0.5
0.5 0.5 1 0.674 0.59 0.562
对于燃气分配管道，分支管数一般不少于5～10个，x值在 0.3～1.0之间。此时系数α在0.5～0.6之间，水力计算公式 中幂指数等于1.75～2.0时，α值的变化并不大；实际计算 中均可采用平均值α=0.55。
3.计算步骤
对如图所示 的小区，计 算步骤如下 ：
B C
A
F DE
管段途泄流量的计算过程
B C
A
（a）在供气范围内，按不同的居
F DE
民人口密度或道路和建筑物的布局划分街区A、B～F。
（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配气管 道1-2、2-3……
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。
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。
计算流量先用转输流量与途泄流量的组合来表示
QQ1Q2
式中：Q------计算流量，Nm3/h； Q1-----途泄流量，Nm3/h； Q2-----转输流量，Nm3/h； α-----流量折算系数，它与途泄流量与转输流量之
ν—0摄氏度、1.01325×105Pa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(Re<2100)：
LP1.131010Q d040TT0
计算公式： P gag H
a —空气密度，1.293kg/Nm3， g —燃气密度， kg/Nm3
H —管段终端与始端的标高差值，m
a g
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。
a g
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
据流量和压降查表得： d=80mm
例 题 2：
已知人工燃气密度0.7kg/Nm3，运动粘度25×10-6m2/s，有 φ219×7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
P 1 2 LP 2 21 .4 16 0 d1.9 2Q d2 0 0 .25 Q d0 5 2 0T T 0
T T0
△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；
0 ----燃气密度，kg/Nm3；
T ----燃气绝对温度，K，T0=273K。
2、当量长度法
P220T T0＝ L d2220T T0
L2
d
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
P 1 2 LP 2 21.3 16 0d 151Q d0 5 0.2 88Q d 4 0 5 2 0T T 0
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。
降为4Pa，求该管道管径。
解：公式法：假设为层流：将
＝ 64 和 Re vd
Re
代入：
p6 l
.26 1
0 7
L20 d5
T
T0
得：=78.16mm,取标准管径
据d计算R8e0=m1m76。8<2100,层流区。假设正确，计算有效。
图表法： (lp)00.＝ 514000.0a4/m (p()lp)01＝00..0540.0a8/m (p)
层流区(Re≤2100) 临界区(Re=2100~3500) 紊流三个区(Re>3500)
＝ 64 Re
＝ 0.03 Re2100
65Re105
钢管、塑料管 铸铁管
＝0.11
680.25
d Re
＝0.102d1515Q d80 0.284
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；
2、以计算流量求压力降
把 QQ1Q2带入压降计算公式：
P2 K(Q1 Q2 )1.75 L
1.75
KQN1.75
L
Q1
QN
QN Q1 QN
KQN1.75L(x 1 x )1.75
由 P1 P2 得：
1.7510.8x80.11 2n1x(1x)
n
x
•水力计算公式中幂指数为1.75时所得α值
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 6－4、5
计算图表的绘制条件：
1、燃气密度按 0＝1Kg计/N算m3，使用时不同的燃气密度
要进行修正。
低压管道： lp(lp)01
高中压管道：
p12p2 2 l
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
铸铁管：
L P6.3 9 160 d 151Q d5 0 08 .28Q d4 0 5 2
T 0T 0
二、高中压燃气管道水力计算公式
钢管、塑料管：
P 1 2 LP 2 21.4 16 0 d1.9 2Q d2 0 0.25 Q d0 5 2 0T T 0
铸铁管：
Q 12 1
(q A
q B ) L12
Q 23 1
(q A
qC )L23
Q 48 1
(q D
q E )L48
Q 16 1
q A L16
(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。
整理得：
n 1 [ 1 (y 1 )x ] 1 .7 5 (n 1 ) 1 0 .8 x 8 0 .12 n 1 1 x 2
i 1
n
n
压降计算公式： P 1KN 1 .7 Q L 5 1 0 .8x8 0 .12 1 n n 1x2
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。
(p12 l p2 2)01
2、运动粘度：
人工燃气： ＝2510－6m2/s 天然气： ＝1510－6m2/s
3、取钢管的当量绝对粗糙度： ＝0.00017m
例 题 1：
已知：人工燃气的密度 ，0＝0.5Kg运/N动m3粘度：
＝ 2 51－ 06m2/s 15℃时燃气流经l=100m长
的低压燃气钢管，当流量Q0＝10Nm3/h时，管段压力
故燃气分配管道的计算流量公式为：
Q0.5Q 51Q 2
(三)燃气分配管道途泄流量的确定
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： ⑴供气区域内居民用户和小型公共建筑用户是均匀分布的； ⑵途泄流量只取决于居民的人口密度。
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
燃气分配管网的各管段根据连接用户的情况，可分为三种： 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
燃气分配管段的负荷变化示意图
知引入管起点压力P1=1000Pa，P沿程局部80Pa，求P2。
P2 17m P gag H 1.6 0P 0a
－0.6m
P1
五、局部阻力损失计算
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。