燃气管网的水力计算培训课件燃气管网水力计算的任务是根据燃气的计算流量和允许的压力降来确定管径；在有些情况下，已知管径和压力降，求管道的通过能力。总之，通过水力计算，来确定管道的投资和金属耗量，及保证管网工作的可靠性。第一节水力计算的基本公式一、摩擦阻力1.基本公式在通常情况下的一小段时间内，燃气管道中的燃气流动可视为稳定流。将摩擦阻力公式、连续性方程和气体状态方程组成方程组：（4-1）为了对摩擦阻力公式进行积分，由连续性方程得：由气体状态方程得：代入摩擦阻力公式，在管径不变的管段中，整理得：（4-2）假设燃气在管道中是等温流动，则和T均为常数，考虑管道压力变化不太大，Z也可视为常数。通过积分，得高、中压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：4-3）式中 P1燃气管道始端的绝对压力（Pa）； P2燃气管道末端的绝对压力（Pa）； P0标准大气压，P0=101325Pa； 燃气管道的摩擦阻力系数；Q0燃气管道的计算流量（Nm3/s） d管道内径（m）； 0标准状态下的燃气密度（kg/Nm3）； T0标准状态下的绝对温度（273.15K）； T燃气的绝对温度（K）； Z0标准状态下的气体压缩因子； Z气体压缩因子； L燃气管道的计算长度（m）对低压燃气管道，式中 为管道1、2断面压力的算术平均值，对低压管道，代入式（4-3），得低压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：（4-4）若采用工程中常用单位，则高、中压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：（4-5）式中 Z气体压缩因子，当燃气压力小于1.2MPa（表压）时，Z取1。P、Q0、d、L的单位分别是KPa、Nm3/h、mm、km。低压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：（4-6）式中 P、l的单位分别是Pa、m。根据燃气在管道中不同的流动状态，分别采用下列经验及半经验公式。低压燃气管道：（1）层流状态（）（4-7）（2）临界状态（）（4-8）（3）紊流状态（）（4-9）由于是隐函数，工程中常采用适合于一定管材的专用公式：1）钢管（4-10）2）铸铁管（4-11）3）塑料管公式同式（4-10）。式中 Re雷诺数，Re=wd/； w燃气流速（m/s）； 标准状态下的燃气运动粘度（m2/s）； K管壁内表面的当量绝对粗糙度（mm），钢管一般取0.10.2mm，塑料管一般取0.01mm次高压和中压燃气管道：1）钢管（4-12）2）铸铁管（4-13）3）塑料管公式同式（4-12）。高压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失，宜按现行的国家标准输气管道工程设计规范GB50251有关规定计算。2.燃气管道水力计算图在实际的水力计算中，直接用水力计算公式进行计算是一项极为繁重的工作，为简化计算，根据上述水力计算公式绘制成水力计算图，如图4-14-4所示。其编制条件是：燃气温度为0，密度0=1kg/Nm3；运动粘度：天然气=1510-6m2/s，人工煤气=2510-6m2/s；钢管的当量粗糙度K=0.17mm。由于计算图是在燃气特定的参数下绘制的，当实际参数与计算图上的参数不同时，要进行修正。例如密度和温度的修正：由于单位长度摩擦阻力损失和燃气的密度、温度成正比，因此低压管道：（4-14）高、中压管道：（4-15）例4-1已知天然气密度0=0.73kg/Nm3，运动粘度=1510-6m2/s，当流量Q0=1000m3/h、温度t=15时，100m长的低压燃气管道压力降为85Pa，求该管道的管径。取钢管绝对粗糙度K=0.17mm。解法1公式法由于流量较大，流动假定在紊流状态：代入数据：解上式得d=259mm，取标准管径d=260mm校核：因Re3500，管内燃气的流动为紊流状态，计算有效。解法2图表法密度和温度的修正：Pa/m查图4-2，由流量Q0=1000m3/h、在 Pa/m附近，查得管径d=2737，即d=260mm。二、局部阻力在进行燃气管网的水力计算时，干管和配气管网由于局部阻力占总阻力的比例不大，一般按摩擦总阻力的5%10%进行估算；但对庭院管道和室内管道，由于部件较多，局部阻力占总阻力的比例较大，要逐个进行详细计算，工厂内、站区内的燃气管道也要计算局部阻力。局部阻力损失公式：（4-16）式中 管道局部阻力系数，通常由实验测得，有表或图可查。局部阻力损失常有两种计算方法：1.查局部阻力损失计算表实际工程中，产生局部阻力处的流动常处于紊流的粗糙区，它只与管件、部件或设备的形状、尺寸等几何参数及材料（粗糙度）有关，故一般由实验方法确定而制成表格，如表4-1。局部阻力系数值 表4-1局部阻力名称局部阻力名称不同直径（mm）的值152025324050管径相差一级的骤缩变径管三通直流三通分流四通直流四通分流90光滑弯头0.351.01.52.03.00.390直角弯头旋塞截止阀2.24112.1272.0261.8261.6261.125闸板阀d=50100d=175200d3000.50.250.15注：对应于较小管径的管段；对应于燃气流量较小的管段。如果将式（4-16）改写成：（4-17）其中式中0=0.71kg/Nm2，Q0、d的单位分别是m3/h、mm。可见值与管径、燃气密度有关。对应各种管径的值如表4-2所示。局部阻力的值 表4-2管径（mm）1520258240500.8790.2780.1140.04240.01740.00712管径（mm）751001502002503001.4110-34.4510-48.7910-52.7810-51.1410-55.4910-6利用值和流量Q0可求出局部阻力。如果燃气密度00.71kg/Nm2、TT0，则表中值要进行修正。2.当量长度法由得（4-18）式中 L2局部阻力的当量长度（m）； l2相对于=1时的局部阻力当量长度（m），l2=d/。l2与管道内径d和不同流态的有关，表4-3给出了相对于=1时各种直径管子的当量长度。=1时各种直径管子的当量长度 表4-3管径（mm）15202532385075100150200250当量长度l2（m）0.40.60.81.01.52.54.05.08.012.016.0这样，局部阻力就等于当量长度的摩擦阻力。计算含有局部阻力的总阻力时，管段的计算长度L为：（4-19）式中 L1管段的实际长度（m）利用燃气管道水力计算图，查出当量长度摩擦阻力损失，再乘以管段的计算长度L，就可求出管段的总阻力（包括摩擦阻力和局部阻力）。三、附加压头由于燃气管道内的燃气与室外空气的密度不同，因此当管道的高程有变化时，管道中将产生附加压头P，公式为：（4-20）式中 a当地空气的密度（kg/m3）； 燃气的密度（kg/m3）； g重力加速度（m/s2）； H1管道初端的标高（m）； H2管道末端的标高（m）附加压头有正有负，正值相当于动力，例如天然气、人工煤气（密度小于空气）的向上输运；负值相当于阻力，例如液化石油气（密度大于空气）的向上输运。管道总阻力等于摩擦阻力损失和局部阻力损失减去附加压头。因此在计算室内燃气管道时，附加压头相对较大，不可忽视，特别是高层建筑。第二节枝状管网的水力计算管网基本上可分为枝状管网和环状管网。城市燃气干管一般都设计成环状管网，而自干管接出的配气管及室内燃气管道一般都是枝状管网。本节讲述枝状管网的水力计算。一、室外枝状管网室外枝状管网的水力计算，一般按以下步骤进行：先对管道的节点依次进行编号；根据布置好的管线图和用气情况，确定各管段的计算流量。计算流量按同时工作系数法进行计算，表4-4是居民生活用燃具的同时工作系数k。居民生活用燃具的同时工作系数k 表4-4同类型燃具数目N燃气双眼灶燃气双眼灶和快速热水器同类型燃具数目N燃气双眼灶燃气双眼灶和快速热水器11.001.00400.390.1821.000.56500.380.17830.850.44600.370.17640.750.38700.360.17450.680.35800.350.17260.640.31900.3450.17170.600.291000.340.1780.580.272000.310.1690.560.263000.300.15100.540.254000.290.14150.480.225000.280.138200.450.217000.260.134250.430.2010000.250.13300.400.1920000.240.12然后选取枝状管网的干管（最不利管线），根据给定的允许压力降及由高程差而产生的附加压头来确定管道的单位长度允许压力降；根据管段的计算流量及单位长度允许压力降来选择标准管径；根据所选的标准管径，求出各管段实际阻力损失（摩擦阻力损失和局部阻力损失），进而求得干管总的阻力损失。在计算支管之前，先检查干管的计算结果，若总阻力损失趋近允许压力降，则认为计算合格；否则要适当变动某些管径，再进行计算，直到符合要求为止。最后对支管进行水力计算。例4-2如图4-5所示，天然气密度0=0.73kg/Nm3，每户的用具为一个燃气双眼灶和一个快速热水器，额定流量分别是0.7m3/h和1.7m3/h，此管道允许压力降为350Pa，求各管段的管径。