第7章 燃气管网的水力工况
城市燃气输配燃气管网水力计算
P＝P( x, )
＝ ( x, )
＝ ( x, )
解决问题的思路：
为了求得P、ρ及W必须借助于三个方程：
运动方程
连续性方程
状态方程
两点说明：
管道内燃气的流动为一维流动；
管道内燃气的流动为等温流动。
（一）、运动方程
物体动量的改变等于作用于该流体上所有力的冲量之和
dI N i d
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
P
Q0 T 1.13 10 0 4 L d T0
10
层流区(Re<2100)： 临界区(Re=2100~3500) 紊流区(Re>3500)
4 2 11 . 8 Q 7 10 d Q P T 0 0 1.88 106 1 23.0Q 1 105 d d 5 0 T L 0 0
2 L 3； Q 16 T Z d 管道内径， m ； ρ -----燃气的密度， kg/Nm 0 0 PdP 5 0 P0 dx 2 P 0 1 T Z 2 d 0 0 P 标准大气压，P =101325 Pa； T 燃气绝对温度，K； P2
0
1
T0燃气标准状态绝对温度，T0=273K；Z压缩系数，K； Z0标准状态下的压缩系数； L 管道长度，m；
i
I
Ni d
—微小体积燃气动量的向量 —作用力冲量的向量
1、动量的变化
动量随时间的变化：
指气体微元Fdx，由于在dτ时间内过程的不稳定所发生的改 变量，可表示为：
[( Fdx )W ] ( W ) d Fdxd
06 城市燃气-燃气管网的水力工况
Xm
Xm1.75 实际压力降 调压器出口压力
1193 1193 1247 1392 1500 1500
八 月份 燃具 前压 力 :
.75 Pb P1－Pp 1193 750x1 m
二月份燃具前压力 :
0 x8 0.46
1.75 m
Pb P1－Pp 1500 750x
调压站的最大出口压力 燃具前最小压力 允许压力降 =1. 5 Pn +150
我国几个城市低压管道压力降(Pa)
项目 城市 压力 压降 北京 上海 沈阳 天津 （人工煤气） （人工煤气） （人工煤气） （天然气） 800 1100~1200 600 550 150 200 100 900 1500 600 900 500 200 80 800 1800~2000 600 1300 1000 100 80 2000 3150 1500 1650 1100 300 100
Pbmin P1 Pp Pn
1.75 P1 Pn Qm
2、各月最大小时用气量
Qm
Qy 365 24
K1 K 2 K 3
Qm 该 月 最 大 小 时 用 气 量 Nm ， 3 /h Qy 年 用 气 量 ， Nm 3 / a K1 该 月 不 均 匀 系 数 K2 该 月 最 大 日 不 均 匀 系 数 K3 该 月 最 大 日 最 大 小 时 均 不匀系数
燃具的额定压 力 调压占出口压 力 燃具前最低压 力 低压管道总压 力降 干管 支管 户内管
煤气表
100
120
120
150
二、 高、中压管道计算压力降的确定
• 特点
高、中压管网只有通过调压器才能与低压管网 或用户相连。因此，高、中压管网中的压力波 动，实际上并不影响低压用户的燃气压力。
燃气管网水力工况实验指导书
燃气管网水利工况实验指导书一、实验测试目的城市燃气管道构成城市输配管网系统的环网或枝网，输配管网的布置，是根据工业和民用用户的用气量和城区地理特性，全面规划设计而成的管网系统。
对管网进行测试、分析和处置，是减少火灾、爆炸、中毒、输气损失，提高供气的可靠性的关键环节。
二、实验测试原理低压管网中，干管压力降与支管压力降的分配是一个技术经济问题，它与燃气供应地区干管和支管的数量、长度、燃气用具数量及建筑物特点等因素有关，图1是城市低压管网与用户直接连接,在计算工况下的压力曲线。
图中A 为管网起点,1p 为起点压力，即调压器的出口压力，B 为干管的终点，2p 为用户燃具前压力。
E 、F 、G 、B 、为用户1234C C C C 、、、与干管的连接点，A B '''-为干管A-B 的压力线，p '∆为干管A-B 的压力降，p ''∆为用户支管（包括室内管）的压力降。
压力图上的1234E C C C C ''''''''----、F 、G 、B 为支管压力线，1234pc pc pc pc 、、、分别为1234C C C C 、、、用户处的压力。
由图可见，从调压器出口A 到各用户管道的压力降是不同的，这就使用户处出现不同的压力，由A 点到用户2C 和用户4C 的压力降均为计算压力降p ∆，即计算压力降全被利用，而用户1C 和3C 的实际压力降均小于计算压力降p ∆，燃具前压力大于()21232p pc p pc p ＞、＞。
因此，直接连在管网上的用户设备前的燃气压力降随计算压力降利用程度不同而异。
因为管网负荷是随着时间而不断变化的，当调压器出口压力为定值时，随着负荷的降低、管道中流量减小，压力降也就随之减小，因而用户处的压力将增大。
当负荷为零时，所有用户处的压力都落在44A C C A ''''''---范围内。
城市燃气课件 第七章燃气管网水力工况
燃气管网计算压力降确定 低压管网的水力工况 管网的水力可靠性
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
一、低压管网计算压力降的确定
三点说明： 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。
由 P1 Pb Pp
P1 Pb x1.75P
管网压力的基本方程式： P1 Pb x1.75P
可绘制任何用户处的压力曲线 取P1=1.5Pn，取ΔP=0.75Pn ，则：
P1 Pb x1.75P
上式反映了在一定的β值情况下，任何用户燃具前 的压力比和流量比x （用气高峰时管网和用户的实 际流量与计算流量的比值）的函数关系。
城市燃气管网的水力可靠性
当管网中的某一管段发生故障时，整个管网通过能 力的减少是在许可的范围之内，则认为系统是可靠 的。
燃气管网系统的两种设计理念
等管径设计
等压降设计
一、高、中压管网的水力可靠性
事故工况下，系统的输量减少较大，不能保证正常供 应。
解决办法 增加系统的压力储备，允许事故状态下压力降增大， 从而增加流量，使燃气量不低于计算流量的70%， 使所有用户的供气保证系数为x=0.7。供气保证系数 越高，计算工况下的压降利用系数越小，所需的压 力储备越大。 一般采用等管径设计。
二、低压管网的水力可靠性
低压管网的水力可靠性较好， 不必留压力储备。
事故状态下不同位置用户燃气 流量变化： 不同用户的燃气量减少程 度有显著差别 离环网供应点（调压站） 越近，燃气量减少的量越 少 反之，越远则减少量的越 多。
Pb 1.5 0.75x1.75
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。
城市燃气输配燃气管网水力计算(1)
城市燃气输配燃气管网水力计算(1)一、城市燃气输配燃气管网的水力计算概述城市燃气输配燃气管网的水力计算是指计算城市燃气管网中燃气流经管线时的燃气压力、流速等参数的过程。
燃气的输送过程中需要维持一定的压力和流量，以保证用户的正常用气需求。
城市燃气管网的水力计算是燃气输配领域的重要技术之一，对规划设计、施工和运营维护都有着重要意义。
在计算过程中，需要考虑多个因素和参数，如管道长度、管径、燃气密度和温度、燃气流量和压力等，综合分析并进行水力优化，才能保证燃气管网的稳定、高效运行。
二、城市燃气输配燃气管网的水力计算方法1.基本原理城市燃气管网的水力计算基于燃气流动的流体动力学基本原理，主要包括能量守恒方程、连续性方程和状态方程等。
其中，能量守恒方程主要用于计算管道中燃气压力的变化；连续性方程用于计算燃气的流量；状态方程用于计算燃气的密度和温度等参数。
2.计算方法城市燃气管网的水力计算可以采用多种方法和软件进行，如相似理论方法、管道特性法和CFD数值模拟等。
其中，相似理论方法和管道特性法是比较常用的计算方法。
相似理论方法是通过建立模型来模拟实际的管网系统，在实验条件下进行流场等参数的测量和分析，得出管网水力特性，以此来推导出实际管道的水力性能。
管道特性法是通过分析管道的特性方程和各个管道之间的相互关系，计算出燃气流经管道时的燃气流量、压力等参数。
3.优化方法城市燃气管网的水力计算还需要进行优化，以求得最优的燃气输送方案。
优化方法主要包括管道线路规划、管道直径选取、阀门设置等方面的优化。
在管道线路规划方面，需要考虑管道的布局和长度，以缩短输送距离和减少压力损失。
在管道直径选取方面，需要综合考虑输送流量、压力损失和管道的制造和安装成本等因素，以确定最适合的管径。
在阀门设置方面，需要根据不同用户的用气需求和管道的分布情况，合理设置阀门，调节管道压力和流量，在确保正常用气的前提下尽可能减小能耗和损失。
三、城市燃气输配燃气管网的水力计算应用城市燃气输配燃气管网的水力计算是燃气输配领域的关键技术之一，广泛应用于城市燃气管网的规划设计、施工和运营维护中。
管网水力工况实验报告
管网水力工况实验报告1. 实验目的本实验旨在通过实际操作和数据采集，研究管网水力工况下水流的压力、流速和流量等参数的变化规律，分析管网中的流动特性，为管网的设计和运行提供参考依据。
2. 实验器材和试验条件2.1 实验器材- 液压台架：包括水泵、水槽和管道连接等。
- 测量仪器：包括压力计、流量计等。
2.2 试验条件- 水泵的流量调节：在实验过程中，通过调节水泵的流量来模拟不同的管网流动条件。
- 流速的调节：可以通过改变水泵转速或调节流量控制阀来控制管网中的水流速度。
3. 实验步骤与数据记录3.1 实验步骤1. 连接液压台架，确保管道、水泵和流量计的连接正确无误。
2. 打开水泵，调节流量，使其满足要求，记录相应的流量值。
3. 在管道不同位置安装压力计，分别测量不同位置处的压力。
4. 打开流量计，记录流量计的读数。
5. 测量不同位置处的流速，记录数据。
6. 关闭水泵，结束实验。
3.2 数据记录下表为实验过程中记录的部分数据：流量（L/min）压力（kPa）流速（m/s）-30 105 0.540 110 0.650 115 0.74. 实验结果与分析4.1 压力与流量关系分析根据实验数据可以发现，在流量增加的情况下，管网中的压力也随之增加。
这是由于流速增大导致管道内水流动能力增强，进而产生更大的水压力。
压力与流量之间呈正相关关系。
4.2 流速与流量关系分析通过实验观察可以发现，随着流量的增加，流速也会相应增加。
这是因为增大的流量在管道中通过的断面积相对较大，因此单位时间内通过的水流量也会增加，从而导致流速增大。
4.3 压力与流速关系分析观察实验数据可以发现，管道中的压力与流速之间没有明显的相关性。
这是因为管道中的压力主要受到水泵的输出压力、管道长度和管道直径等因素的影响，与流速关系较小。
5. 结论通过本次实验的操作和数据采集，我们得出以下结论：1. 管网中的压力与流量呈正相关关系，流量增大则压力也会增加。
第七章 燃气管网的水力工况1
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
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
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。
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。 Pb = k P
α 2 −1 ∆P = P n 1− β 2
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。
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。
一、管网起点压力为定值时的工况
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(二) 管网计算压力降的确定
低压燃气管网的总压力降（含室内和庭院）
P max k1 P n P min k 2 P n
k1 , k 2 — 最大、最小压力系数； Pn — 燃具的额定压力。
ΔP Pmax - Pm i n (k1 - k 2 )Pn
计算压力降影响因素
ΔP Pmax - Pm i n (k1 - k 2 )Pn
1.75
k1Pn x 2 2Q2 x1.751Q1.75 k1Pn x 2 Pn x1.75 (k 1 k 2 )Pn x 2 x1.75 (k 1 k 2 ) k1 0
10
2015/11/11
令k1 1.5，图形
问题：
k 2 Pb x 和Qp ，但是k 2 0时Qp 0
燃气种类及 灶具额定压力 800 1000
允许总压 降Pa 750 900
人工 煤气
400 500
天然气，2000
1650
1050
300
300
200
400
我国几个城市低压管道压力降(Pa)
城市 压力 压降 北京 (人工煤气) 800 1100~1200 600 550 150 200 100 100 上海 (人工煤气) 900 1500 600 900 500 200 80 120 沈阳 (人工煤气) 800 1800~2000 600 1300 1000 100 80 120 天津 (天然气) 2000 3150 1500 1650 1100 300 100 150
2、任意工况下各用户燃具前的压力和管道压力降的 关系式：
P1 Pb Pp Pb Q p
1.75
15
2015/11/11
参数说明
P ; 1 管网起点压力
Pb 用户燃具前压力;
压降利用系数;
P 管网计算压力降; Q 管网计算流量;
14
2015/11/11
第二节
低压管网的水力工况
一、管网系统起点压力为定值
二、按月（或季节）调节调压器出口压力时的 水力工况
三、随管道负荷变化调节调压器出口压力时的 水力工况
一、管网系统起点压力为定值
（一）管网压力的基本方程式： 1、计算工况下各用户燃具前的压力和管道压力降的 关系式：
P1 Pb P Pb Q1.75
1500
800 1400 1300 800 800 1200
800
800
全压降
1100
1000
保证燃具前的压力 越靠近调压器，支管压力降越大
全压降设计优缺点
优点 充分利用允许压力降，减小了管径，提高了经济性 燃具前压力接近额定压力，运行工况良好 缺点 施工和设计麻烦
管网系统发生事故，干管压力发生变化，可能导致
k 2 Pb x Qp Pp Pb x
用气高峰时 P b k2 P n 而不是 P b k2 P n
？
k1Pn x 2 Pn x1.75 (k 1 k 2 )Pn x 0.92, k 1 1.5, k 2 0.75
1.5P n 0.85Pn 0.65Pn
17
2015/11/11
2、各月最大小时用气量 Qy max max Qm Km Kd Kh 365 24
Q m 该月最大小时用气量，m 3 / h; Q y 年用气量，m 3 / a; K m 该月不均匀系数; K max 该月最大日不均匀系数; d K max 该月最大日最大小时不均匀系数. h
燃具前压力 Pb Pn
燃具的流量:
2 Pb 2Qb Qb Q；
管网流量 Qp 燃具的流量 Qb Q
K2<1时，实际管网流量和用户用气量与计算流量的关系
假设Qp xQ
P1 Pb Pp
.75 k1Pn 2Q 2 1Q 1 b p
k1Pn 2 xQ 2 1 xQ
Km max Km来自182015/11/11
5、各月最大压力降( 1)
1.75 Pp Qm xm Q 1.75
1.75 1.75 xm Q1.75 xm P
6、各月调压器的出口压力
.75 P1 Pn Pp Pn x1 P m
如果P 1 1.5P n , 取P 1 1.5P n
燃具的额定压力Pn
增大Pn，可增大管网计算压力降，节约管网投资 Pn越大对设备的制作和安装质量要求就越高 选取Pn时要兼顾技术要求和经济性
5
2015/11/11
计算压力降影响因素
ΔP Pmax - Pm i n (k1 - k 2 )Pn
燃具压力波动范围
• 压力超过燃具额定值
燃具热效率降低，引起过多燃气损失 燃具在超负荷下工作也会产生不完全燃烧，致 使燃烧产物中出现过多的一氧化碳等有害气体
• 燃具低于额定压力工作
热强度降低，使加热过程延长，或达不到工艺 要求的燃烧温度
• 燃具前的压力不允许有很大的波动
燃具的压力波动范围
实验和研究工作表明 一般民用燃具的正常工作可以允许其压力在±50% 范围内波动 k1=1.5，k2 =0.5
P aQ 2
压力波动±50%，流量变化范围约为(0.7~1.2)Q 考虑到高峰期一部分燃具不宜在过低的负荷下工作 k2取0.75，k1取1.5
3、管道计算流量Q
Q
Qy 365 24
max max K max Kh mK d
月最大小时流量与年小时用气量之比
Q 4、 m Q
Qy max max Km Kd Kh Q xm m 365 24 Qy Q max max max Km Kd Kh 365 24
max max Km Kd Kh max max max Km Kd Kh
x 2 x1.75 (k 1 k 2 ) k1 0
11
2015/11/11
结论：
如果设计时采用 k 2 0.75，那么在供气高峰期有 以下结果:
x 0.92 Pb 0.85Pn Pp 0.65Pn
以上是理论分析结果， 实际中x可能会接近 1 1、用户增多 2、压降利用系数小于 1
Pp 管网实际压力降; Qp 管网实际流量.
3、计算工况下管道压力降和任意工况下管道压力降的关系式：
Pp
Q p1.75 x1.75 1.75 P Q
Pp x1.75P
P1 Pb Pp Pb x1.75P
（二）对管网压力基本方程式的分析：
Q — 管网 的计算流量。
2、燃具前的额定压力 Pn
Pn 2Q 2
2 用户燃具 的当量阻力系数 ;
Q 用户 的计算流量。
3、管网设计使用的计算工 况
Pn、Qn和Q
9
2015/11/11
4、管网的 水力工况分析
P 1 k1P n P2 k 2 Pn
设计管网时采用k 2 1
燃具前最大压力 1.5 燃具前额定压力
燃具前最小压力 0.75 燃具前额定压力
调压站的最大出口压力 燃具前最大压力 150
允许压力降 燃具前额定压力 0.75 150
7
2015/11/11
低压燃气管道允许总压降分配
单层建筑 街区 庭院 200 200 室内 150 200 多层建筑 庭院 室内 100 100 250 300
6
2015/11/11
(二) 管网计算压力降的确定
低压燃气管网的总压力降（含室内和庭院）
ΔP Pmax - Pm i n (k1 - k 2 )Pn （1.5 0.75）Pn 0.75Pn
实际中： ΔP 0.75Pn 150
低压燃气管道允许总压降
燃气种类 压力（Pa） 燃具额定压力Pn 燃具前最大压力Pmax 燃具前最小压力Pmin 调压站出口最大压力 允许总压降 人工煤气 800 1200 600 1350 750 1000 1500 750 1650 900 天然气 2000 3000 1500 3150 1650 液化石油气 2800 4200 2100 4350 2250
（1）直接连接 （2）间接连接（用户调压器）
2、控制燃具前压力在合适的范围 P max k1 P n P min k 2 P n
Pn — 燃具的额定压力。
Pmin , Pmax
k1 , k 2 — 最大、最小压力系数；
3、计算工况下管网的压力曲线分析 用户处的压力及其波动范围影响因素: (1) 计算压力降的大小和压降利用程度 (2) 系统负荷的变化情况 (3) 调压器出口压力调节方法
令P1 1.5Pn , P 0.75Pn , 代入基本方程式
1.75 1.5P 0.75Pn n P b x
Pb 1.5 0.75 x1.75 Pn
16
2015/11/11
P / Pn
P1
Pb
Pn
Pn
0.5
Pn
Pn
0.667
1
Pb 1.5 0.75 x1.75 Pn
2015/11/11
第7章 燃气管网的水力工况
第7章 燃气管网的水力工况
7.1 管网计算压力降的确定 7.2 低压管网的水力工况 7.3 高、中压环网的水力可靠性 7.4 低压环网的水力可靠性
1
2015/11/11
7.1
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
项目
燃具的额定压力 调压站出口压力 燃具前最低压力 低压管道总压力 降 干管 支管 户内管 煤气表