低压燃气管道水力计算公式
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
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。
四、燃气管道的水力计算
0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2+0.3
80 120 90 120 90 120 200
80 120 120 -
160 240 90 120 90 240 200
• 计算节点流量
节点 号 1
相关管段
1-2，1-6
节点流量
0.45×160+0.45×240=180
• 燃气管道总压力降和压力降分配 • • 高压燃气管道局部阻力按沿程压力损失 的5%计算；低压燃气管道局部阻力按沿程 压力损失的10%计算；
• （为了确保燃气管道能安全正常运行而规定的燃气压力 降，用于管网计算平差的校核。）
• 室外低压燃气管道允许压力降计算公式 • △P=0.75Pe
• • • •
• 图中已注明节点 号，环号、管段 长度和每环的煤 气负荷，给出了 需要由管段1~2、 2~3、1~6供应的 环外邻近区域的 负荷以及由节点3、 6引出支线的负荷。 管网中的计算压 力降P=550Pa。 • 1、求各管段的 途泄流量； • 2、拟定气流方 向；
• 计算各环单位长度途泄流量
各环单位长度途泄流量计算环号环内总负荷 （m³ ） /h 环号 环内总负荷 环内管段总 单位长度途泄流 （m³ /h） 长(m) 量[ m³ (h· / m)]
推算管段计算流量
196
322.5 65.5 50 80
115.5
308
504 180
536
153.5
302.5
103.5
• 初步拟定管径
P 550 0.38 Pa / m l 1300 1.1
允许的总压力降550Pa，计算点1到点4（不 利点）的距离为1300米。 根据允许的单位长度的压降和管段的计算长 度，从水力计算图标查管径。
低压燃气管道水力计算公式
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 Re≤2100λ＝64/Re Re＝dv/γΔP/L＝1.13×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）2、临界状态 Re＝2100~3500λ＝0.03＋（Re －2100）/（65 Re－1×105）ΔP/L＝1.88×106［1＋（11.8 Q0－7×104dγ）/（23.0Q－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ（T/T）3、紊流状态 Re≥35001）钢管λ＝0.11［（Δ/d）＋（68/ Re）］0.25ΔP/L＝6.89×106［（Δ/d）＋192.26（dγ/ Q0）］0.25（Q2/d5）ρ（T/T）2）铸铁管λ＝0.102［（1/d）＋4960（dγ/ Q）］0.284ΔP/L＝6.39×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284（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 Q——燃气流量（Nm3/h）d——管道内径（mm）ρ——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和101.325kPa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） Re——雷诺数T——燃气绝对温度（K） T——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——1.658kg/Nm3（20℃和浓度20%时）纯轻烃燃气运动粘度——1.92×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）燃气运动粘度——11.1×10－6m2/s（0℃和101.325kPa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。
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)；。
燃气管网水力计算
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
水力计算的任务
➢ 设计计算：根据计算流量（Q）和允许压力损失 （△P）计算管径（D），进而决定管网投资与金属 消耗量等
➢校核计算：对已有管道进行流量（Q）和压力损失 （△P）的验算，已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
➢意义：关系到输配系统经济性和可靠性，是城镇 燃气规划与设计中的一项重要工作
• 转输流量：流经燃气管段，并转送给后续管段的流量 Q2称为转输流量
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
（一）燃气分配管网的供气方式
➢ 管段沿途不输出燃气，这种管段的燃气流量是不变的 Q1 ＝ 0, Q2 ≠0
➢ 由管段始端进入的燃气在途中全部供给各个用户 Q1 ≠ 0, Q2 ＝ 0
Z 压缩因子， 当燃气压力小于1.2MPa
（表压）时，取Z =1；
d 管道直径，mm
L 燃气管道的计算长度，km
燃气管道摩擦阻力系数
燃气密度，kg/m3
T 设计中所采用的燃气温度，K
T0 标准状态气体绝对温度，273.15K
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第一节 燃气管网设计计算
8）由管段的压力降推算管网节点的压力：
节点压力需满足要求，管道压力降过小而不经济时，需调整管
径，重复6）、7）两步计算
燃气供应
第6章 燃气管网水力计算
第二节 室内燃气管道的设计计算
一、室内燃气管道及燃具的布置
(一)燃气用户引入管 (二)室内燃气管道 (三)燃气计量表的布置 (四)燃具的布置
燃气供应
Q1 - 途泄流量，m3 /h Q2 - 转输流量，m3 /h
燃气管网水力计算
• 燃气管网水力计算引言 • 管内燃气流动基本方程式 • 室内燃气管道计算 • 燃气分配管道计算流量的确定 • 环状管网的计算 • 计算机在管网平差计算中的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
3.1 燃气管网水力计算引言
3.2 管内燃气流动基本方程式
• 燃气管道水力计算基本公式 • 燃气管网的沿程磨擦阻力系数 • 燃气管道水力计算图表 • 附加压头和局部阻力
燃气管道水力计算基本公式
❖ 水力计算基本公式的推导
❖ 水力计算基本公式
1.低压燃气管道
P 6.26107 Q2 T
L
d 5 T0
2.高压和中压燃气管道
P12 P22 L
1.27 1010
Q2 d5
T Z
T0
燃气管网的沿程磨擦阻力系数
• 流动状态不同，管道材质不同，磨擦阻力系 数计算公式不一样。详P378~379.
管网水力计算的目的
环状管网的计算方程
环状管网的计算步骤
• 环状管网的计算步骤概述 • 环状管网的具体计算步骤 • 燃气管网设计的主要步骤 • 管段流量的设定方法
环状管网的计算步骤概述
环状管网水力计算步骤
1.参照管网平面布置图绘制管网水力计算用草图； 2.编环号、节点号、标注管段长度，确定集中负荷 用户的位置； 3.已知用户用气量和已定管网布置图的基础上，计 算整个供气范围内集中负荷的用气量和单位长度 的途泄流量； 4.定零点，选择零点时应使从供气点到用户的燃气 流经的距离为最短。且自供气点流经各管段至零 点的水力半径基本相等；
途泄流量、转输流量和计算流量
节点流量和计算流量
燃气分配管道途泄流量的确定
（1）在供气范围内按不同居民人口密度划
城市燃气课件 第六章燃气管网水力计算
图：燃气97 6－4、5
计算图表的绘制条件：
1、燃气密度按 0＝1Kg/Nm 3 计算，使用时不同的燃
气密度要进行修正。
低压管道：
p l
(
p l
)
0
1
高中压管道：
①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。 ②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。
P g a g H 100.6Pa
P2 17m
－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。
城市燃气管网计算时，管网的局部损失一般以沿程损失的 5~10%估计.
----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
P
2
2
0
T0
＝
L2 d
2
2
0
T 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
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压力降时，管 道计算长度L应为
一、低压燃气管道水力计算公式
层流区(Re<2100)：
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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≤2100
λ＝64/R e R e＝dv/γ
ΔP/L＝1.13×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）
2、临界状态R e＝2100~3500
λ＝0.03＋（R e－2100）/（65 R e－1×105）
ΔP/L＝1.88×106［1＋（11.8 Q0－7×104dγ）/（23.0Q0－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）
3、紊流状态R e≥3500
1）钢管λ＝0.11［（Δ/d）＋（68/ R e）］0.25
ΔP/L＝6.89×106［（Δ/d）＋192.26（dγ/ Q0）］0.25（Q02/d5）ρ0（T/T0）2）铸铁管λ＝0.102［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284
ΔP/L＝6.39×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284（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101.325kPa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——273K
v——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——1.658kg/Nm3（20℃和浓度20%时）
纯轻烃燃气运动粘度——1.92×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）
燃气运动粘度——11.1×10－6m2/s（0℃和101.325kPa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。
2、查表数据根据袁国汀主编的《建筑燃气设计手册》——中国建筑工业出版社1999年版P194 表5-2经修正后得出。
四、单管输送的实测情况
安徽省界首燃气站的工况条件是：通径100mm的钢管200m、流量110m3/h、气温10℃。
用2m的U型计实测压力降为320Pa。
按层流状态计算公式，计算压降为0.2455Pa/m，全程压降为49.1Pa。
按查表数据，低压天然气管道的压力降查表为6.72Pa/m，全程压降为1344Pa。
在安徽界首现场的实测数据与层流状态的计算数据和查表所得数据都不相符。
据临界状态数据差距更大。
由此可见，管道里流动的气体不是单一的层流状态，而是在层流与过渡之间的某一状态。
由手册查得，甲烷的运动粘度为14.5×10－6m2/s，燃气的运动粘度为11.1×10－6m2/s，在压力降计算公式里运动粘度与压力降成正比，因此燃气的压力降比低压天然气低25%。
这是燃气压力降较小的原因之一。
如将燃气与人工煤气作比较，人工煤气中的氢气占40%左右，纯氢气的运动粘度为93×10－6m2/s，人工煤气的运动粘度为45.6×10－6m2/s，由此可见，人工煤气管道输送的压力降是燃气的4倍多。
五、城市燃气管网的压力分配——1级压力级制的设计方案
1、城市燃气站的出口压力：10KPa；
2、城市燃气站至城市主管网连接点最大流量时的压力降（压力损失）设定为0.5KPa；
3、城市主管网最远点、最大流量时的压力降（压力损失）设定为4KPa；
4、城市主管网至庭院管连接点最大流量时的压力降（压力损失）为1KPa；
5、庭院管、户外管、楼栋管的压力降（压力损失）为1KPa.
——要求进户时的最低压力为3.5KPa。
以上为一级压力级制的设计方案，即采取进户调压、将燃气计量表与调压阀联为一体的设计方案。
用户燃具的额定压力为2KPa，当进户压力为10KPa时，调压阀出口压力为2.2KPa；当进户压力为3.5KPa时，调压阀出口压力为1.8KPa。
调压阀与燃气计量表的最小流量设计为3Nm3/h。
这样的进户流量及压力设计方案能满足居民家用燃灶、家用燃气热水器的燃用。
六、20000户规模城市燃气管网的案例模拟设计
某城市面积3×3平方公里，人口8万人，按2万户供气规模进行模拟设计。
（管道输送压力降按查表所得数据的25%进行计算，这与界首的实测数据相近）
1、城市燃气站出口压力为10KPa；
2、城市燃气站至城市燃气管网连接点的铺管长度为800m，铺管通径为400mm，最大流量时的压力降为0.72KPa；
3、城市主管网最远点的单管铺管长度为4km，铺管通径为300mm，按环流管网双管供气计算，最大流量时的压力降为3.16KPa；
4、城市主管网至小区的铺管长度为400m，铺管通径为200mm，最大流量时的压力降为0.834KPa；
5、庭院管、户外管、楼栋管的压力降总计为1KPa：
——进户时的最低压力为4.286KPa。
可满足1级压力级制设计方案最低压力3.5KPa的要求。
——以上为全程全流量计算的压降结果，城市管网实际输配过程流量在沿途各节点已逐步分流。
由于计算公式里压降是与流量成正比的，因此实际输配过程的压降远小于这个计算结果。