城市燃气 燃气管网水力工况
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。
燃气管网的水力可靠性分析
燃气管网的水力可靠性分析随着城市规模的不断扩大、人民生活水平的不断提高和卫生设施的不断完善，城市用气量在不断地上升，即使在一天的不同时间，节点流量的变化系数也较大，如白天高峰时的用气量就比晚上低谷时用气量大得多。
为此，本文建立了一种基于水力计算的管网可靠性评价方法。
优良的水力性能是保证燃气管网具有高度可靠性的前提[1]，考虑管网实际运行水力条件的变化，根据不同时段用气量不同，建立能较为真实地反映管网实际供气服务质量的城市燃气管网广义可靠性模型——系统服务性能指标法。
1.燃气管网水力可靠性评价基本方法在进行燃气管网系统水力可靠性定量评价时，首先应针对不同评价体系选定相关的状态变量，然后定义标准服务性能曲线用以标定元素级性能指标对状态变量的变化规律，最后选择归纳函数拓展元素级性能评价得到整个管网的性能指标值[2,3]。
1.1状态变量所谓状态变量一般是指管网中节点或管段等元素的量值。
本文中的燃气管网水力可靠性评价的第一步是确定状态变量，即针对不同的评价体系选定相关的状态变量。
对于水力评价体系，则应选择节点压力作为状态变量之一。
通常已知燃气管网的拓扑结构，在选定状态变量后需要通过燃气管网模拟计算及其他相关模型计算来决定状态变量的数值。
无论通过何种途径获得状态变量的数值，都不影响它参与燃气管网的性能评价，但变量数值的精度将直接影响燃气管网性能评价的准确性。
1.2 服务性能曲线燃气管网水力可靠性评价方法的第二步是在不同的评价体系中，针对相应的状态变量定义标准服务性能曲线。
服务性能曲线通常反映了燃气管网元素级的性能指标对状态变量的变化规律，根据所定义的性能曲线可求得相应于各管网元素的性能指标值，即首先对管网元素进行性能评价。
由于燃气管网系统的可靠性与其服务水平密切相关，因此在定义曲线时建立一个性能指标比尺。
随着状态变量值的改变则指标在“无服务”和“最优服务”状态之间变化。
1.3归纳函数对燃气管网系统中的基本元素(如节点或管段)进行水力可靠性评价后，就可得到相对于各个元素的指标值，然后再通过某种归纳函数建立各同类元素指标值之间的相关性，从而得到相对于整个燃气管网系统的总指标值[4]。
第7章 燃气管网的水力工况
(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
燃气管网的水力可靠性分析
燃气管网的水力可靠性分析随着城市规模的不断扩大、人民生活水平的不断提高和卫生设施的不断完善，城市用气量在不断地上升，即使在一天的不同时间，节点流量的变化系数也较大，如白天高峰时的用气量就比晚上低谷时用气量大得多。
为此，本文建立了一种基于水力计算的管网可靠性评价方法。
优良的水力性能是保证燃气管网具有高度可靠性的前提[1]，考虑管网实际运行水力条件的变化，根据不同时段用气量不同，建立能较为真实地反映管网实际供气服务质量的城市燃气管网广义可靠性模型——系统服务性能指标法。
1.燃气管网水力可靠性评价基本方法在进行燃气管网系统水力可靠性定量评价时，首先应针对不同评价体系选定相关的状态变量，然后定义标准服务性能曲线用以标定元素级性能指标对状态变量的变化规律，最后选择归纳函数拓展元素级性能评价得到整个管网的性能指标值[2,3]。
1.1状态变量所谓状态变量一般是指管网中节点或管段等元素的量值。
本文中的燃气管网水力可靠性评价的第一步是确定状态变量，即针对不同的评价体系选定相关的状态变量。
对于水力评价体系，则应选择节点压力作为状态变量之一。
通常已知燃气管网的拓扑结构，在选定状态变量后需要通过燃气管网模拟计算及其他相关模型计算来决定状态变量的数值。
无论通过何种途径获得状态变量的数值，都不影响它参与燃气管网的性能评价，但变量数值的精度将直接影响燃气管网性能评价的准确性。
1.2 服务性能曲线燃气管网水力可靠性评价方法的第二步是在不同的评价体系中，针对相应的状态变量定义标准服务性能曲线。
服务性能曲线通常反映了燃气管网元素级的性能指标对状态变量的变化规律，根据所定义的性能曲线可求得相应于各管网元素的性能指标值，即首先对管网元素进行性能评价。
由于燃气管网系统的可靠性与其服务水平密切相关，因此在定义曲线时建立一个性能指标比尺。
随着状态变量值的改变则指标在“无服务”和“最优服务”状态之间变化。
1.3归纳函数对燃气管网系统中的基本元素(如节点或管段)进行水力可靠性评价后，就可得到相对于各个元素的指标值，然后再通过某种归纳函数建立各同类元素指标值之间的相关性，从而得到相对于整个燃气管网系统的总指标值[4]。
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
我国城市天然气管网规划的现状与特点
我国城市天然气管网规划的现状与特点天然气作为一种重要的矿石能源，在城市居民的日常生活中发挥着非常大的作用，城市天然气管网作为天然气能源的主要输送方式，也越来越受到人们的关注与重视。
城市天然气管网规划通常情况下会涉及到诸多方面，同时其本身也具有一定的复杂性，不仅要对现有天然气管网的供求关系进行实时分析，还要对天然气管网结构进行最优化选择，在不影响质量的前提下实现天然气管网铺设成本的最小化。
标签：城市天然气管网；管网规划；现状一、天然气特点多气源城市，常常会遇到以下两种情况：一是某一地区原来使用的燃气要由性质不同的另一种燃气所代替；二是在主气源产生紧急事故，或在用气高峰时由于主气源不足，需要在供气系统中混入性质不同的其它燃气。
当城镇燃气具有多种天然气气源时，如果它们的组成不同，其沃泊指数和燃烧势就会不同。
此外，即使它们发热量类似，但沃泊指数和燃烧势也可能差别较大，不一定属于同一互换性范围，故必须将其进行分类，并依此定出与之适应的互换性范围，以保证天然气的使用效果。
二、市政规划中天然气管网规划原则在市政天然气管网规划过程当中，需要严格遵循以下几个基本原则：（1）对于站场和管线布置，应当切实符合当地以及整个区域的城市规划要求、燃气管网规划的要求；（2）对于站场与管线的布置，需要具有适宜的地形条件、良好的工程地质条件等；（3）站场需要结合区域长输管线的具体位置予以确定；（4）对于站场、燃气管线与站外建（构）筑物的防火间距，需要与现行的国家标准及相关规定相符。
三、城市天然气管网规划现状就现阶段来说，根据管网用途的不同，可以将城市天然气管网分为工业化天然气输送管道、城市天然气输送管道、長距离天然气输送管道三种类型；根据铺设方法的不同，可以将城市天然气管网分为高空燃气管道、地下燃气管道两种类型。
根据输气压力进行划分，城市天然气管道主要可以分为四种类型：第一种是高压燃气管道，这种管道的压力范围在1.6兆帕至4兆帕之间；第二种是次高压燃气管道，这种管道的压力范围在0.4兆帕至1.6兆帕之间；第三种是中压力燃气管道，这种管道的压力范围在0.01兆帕至0.4兆帕之间；第四种是低压燃气管道，这种管道的压力范围在0.01兆帕以下。
城市燃气输配课件：燃气管网的水力工况---两课时
1、用户处的压力波动及其影响因素
直接连接用户的低压燃气管网的压力曲线
0
0
图中A为管网的起点，B为干管的终点； E、F、G、B为用户C1、C2、C3、C4与干管的连接点。 P1为起点压力即调压器的出口压力。
0
0
计算压力降：在最大负荷下，管网起点（调压器出口）到最远
端用户燃具前的压力降，P P P P1 - P2 。
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有两种：
通过用户调压器与管网相连；在调压器出口输出恒定 压力，管网内压力波动不影响用户； 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； 本章所讨论的问题指的都是第二种连接方式。
a2—用户燃具的当量阻力系数； Q—用户的计算流量。
如取k2＜1，即允许在最大负荷时燃具在小于额定压力下工作； 而管网则是按最大流量设计的 ； 燃具的流量与管网的流量是不相匹配。 所以管网的流量就不可能达到计算流量Q 。
设用气高峰时管网和用户的实际流量与计算流量的比值为x， 即Qp＝xQ 在用气高峰时，管道压力降ΔPp和燃具前压力Pb之和等于管道起 点压力P1，
P Pmax Pmin k1Pn k 2Pn k1 k 2 Pn
①取决于燃具的额定压力Pn ②与k1、k2或者说与二者的差值有关
（2）管网计算压力降的确定
对于民用灶具，k1、k2的取值应能使燃具正常燃烧，还要保 证一定的热负荷。实验确定：最小压力系数k2取0.75，最大压 力系数k1取1.5。
P k1 k2 Pn 0.75Pn
燃气表的压力损失以150Pa计，
Pd 0.75Pn 150
式中：ΔPd—从调压站到最远燃具的总的允许阻力损失（Pa）； 0.75Pn—管网的计算压力降， 150—燃气表的压力损失。
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低压管网在不同调压器出口压力运行方案下，管网压力随 负荷变化的规律不同。
管网系统起点压力为定值时的工况 按月(或季节)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时的工况
运行方式：系统起点压力(即调压器出口压力)为定值 时，随负荷降低，管道中的实际压力降减少，用户燃 具前的压力升高。
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。
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；
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。
P Pmax Pmin k1Pn k 2Pn k1 k 2 Pn
P Pmax Pmin k1Pn k 2Pn k1 k 2 Pn
①取决于燃具的额定压力Pn ②与k1、k2或者说与二者的差值有关，
（2）管网计算压力降的确定
对于民用灶具，k1、k2的取值应能使燃具正常燃烧，还要保 证一定的热负荷。实验确定：最小压力系数k2取0.75，最大压 力系数k1取1.5。
2．低谷核算时
低谷核算时，仍取决于管网源点的供气压力和管网终端调压 器或高中压用户的压力要求，此外，因低谷部分燃气将输往 储气设备储存，计算压力降需同时满足储气的压力要求。
第二节 低压管网的水力工况
研究内容 条件： 用户支管和低压管网直接连接 任意工况 研究 用户燃具前的压力变化情况
P k1 k2 Pn 0.75Pn
燃气表的压力损失以150Pa计，
Pd 0.75Pn 150
式中：ΔPd—从调压站到最远燃具的总的允许阻力损失（Pa）； 0.75Pn—管网的计算压力降， 150—燃气表的压力损失。
举例说明：对于天然气，燃具的额定压力 Pn=2000Pa 燃具前最大压力：Pmax=k1Pn=1.5×Pn=3000Pa 燃具前最小压力：Pmin=k2Pn=0.75×Pn=1500Pa 管网计算压力降：0.75Pn=1500
k1Pn k2 Pn
式中： Pmax、Pmin—燃具的最大和最小 允许压力；
K1、k2—最大压力系数和最小压力系数；
Pn—燃具的额定压力。
1、用户处的压力波动及其影响因素
直接连接用户的低压燃气管网的压力曲线。
0
0
图中A为管网的起点，B为干管的终点； E、F、G、B为用户C1、C2、C3、C4与干管的连接点。 P1为起点压力即调压器的出口压力。
▪为保证燃具的正常工作，必须保证燃具前压力波动在一 个允许的范围内。
对于燃具：燃具的额定压力Pn，只有在此压力下工作时，才 能达到最优的燃烧性能。为保证燃具的正常、高效工作，要 求燃气压力应位于额定压力附近，燃具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系数来表示：
Pm Pm
ax in
1．高峰计算时
起点压力就是管网方案设计时所定的设计压力或者管网源 点的供气压力。
末端最小压力的确定可以从三个方面来考虑：
①应保证所连接的区域调压器能通过用户在高峰时的用气量；
②应考虑中压引射式燃烧器的额定压力，管网的最小压力应 能保证中压引射式燃烧器所需的引射压力。
③高中压管网的起点最大压力与末端最小压力之差就是高中 压管网的最大计算压力降。对于环状管网，在设计时还应考 虑当个别管段发生故障时，应保证一定量的供气能力。故在 确定实际计算压力降时根据可靠性计算留有适当的压力储备， 因此实际计算压力降一般小于最大计算压力降。
系统起点压力为定值，计算工况下管网起点压力、各 用户燃具前的压力和管道压力降的关系式为：
P1 Pb P
系统起点压力为定值,任意用气工况时：
P1 Pb Pp
令 x Qp Q
Pp P
Qp Q
1.75
x 1.75
所以 Pp Px1.75
低压管网允许总压力降： Pd 0.75Pn 150 =1500+150=1650 调压站出口最大压力： P1 Pd Pmቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn 1650 1500 3150Pa
低压燃气管道允许总压降
压力，Pa
人工煤气
天然气
液化 石油气
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
以天然气为例： 允许总压降： Pd 1650Pa 街区： 1050Pa 多层建筑： 庭院 250Pa;
室内 350Pa
二 高、中压管网计算压力降的确定
与低压管网不同，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。
计算压力降根据高中压管网的具体条件和运行工况要求而 定，按高峰和低谷分别考虑：
0
0
计算压力降：在最大负荷下，管网起点（调压器出口）到最远
端用户燃具前的压力降，P P P P1 - P2 。
压降利用系数
用 户的实际压力降/管网计算压力降
用户燃具前的最大波动范围就等于管网的计算压力降。
综上，用户处压力及其波动范围的影响因素主要有 以下几点：
①计算压力降的大小 ②压降利用系数，压降利用系数不同，燃具前的压力不同 ③管网负荷（流量）的变化情况 ④调压器出口压力调节方法。
2、管网计算压力降的确定
⑴影响管网计算压降的因素 燃具允许的压力波动范围限制了计算压力降的数值。为了尽 可能地提高管网的计算压力降（P1-P2）： Q最小=0，灶具前出现最大压力，取燃具的最大允许压力， 决定了管网起点最高压力。 Q最大，灶具前出现最低压力，取燃具的最小允许压力，决定 了用户前最低压力。