04-城市燃气-燃气管网的水力计算ppt课件

1、第四章第四章 燃气管网的水力计算燃气管网的水力计算第二节第二节 城市燃气管道水力计算公式和计算图表城市燃气管道水力计算公式和计算图表一、摩擦阻力系数一、摩擦阻力系数) )D Df f( (R Re e, , 对于不同的流态层流区、临界区和紊流区有不同对于不同的流态层流区、临界区和紊流区有不同的计算公式。的计算公式。水力摩阻系数水力摩阻系数与气体在管道中流态和管内壁粗糙度有关。与气体在管道中流态和管内壁粗糙度有关。D D管内壁相对粗糙度管内壁相对粗糙度P Pa a0 0处处燃燃气气的的绝绝对对压压力力, ,x xP P1 1P Pa aL L处处的的燃燃气气绝绝对对压压力力, ,x xP P2

2、2P Pa a标标准准大大气气压压, ,P P0 0数数燃燃气气管管道道的的摩摩擦擦阻阻力力系系/ /s sN Nm m燃燃气气管管道道的的计计算算流流量量, ,Q Q3 30 0m m燃燃气气管管道道的的内内径径, ,D D3 30 0k kg g/ /N Nm m燃燃气气的的标标态态密密度度, ,K K燃燃气气的的绝绝对对温温度度, ,T T标标准准状状态态下下的的压压缩缩因因子子Z Z0 0K K, ,标标准准状状态态下下的的绝绝对对温温度度T T0 0压压缩缩因因子子Z Zm m燃燃气气管管道道的的计计算算长长度度, ,L L等温流动时，高压和低压燃气管道计算的基本公式等温流动时，高压

3、和低压燃气管道计算的基本公式: :对上式积分对上式积分常数，常数，L范围内L范围内、T和Z为、T和Z为x x和0和0P PP P假设在P假设在P2 21 1L LZ ZZ ZT TT TD DQ Q1 1. .6 62 2P PP P0 00 00 05 52 22 22 22 21 10 00P 参数参数说明说明对于低压燃气管道：对于低压燃气管道：m m2 21 12 21 12 22 22 21 12 2P PP P) )P P) )( (P PP P( (P PP PP PL LP PP PD DQ Q1 1. .6 62 22 2P PP PP PP Pm m0 00 05 52 20

4、 0m m2 22 22 21 12算术算术平均平均值值L LD DQ Q0 05 52 20 081.0低压燃气低压燃气管道中近管道中近似取为似取为1 1L LP PD DQ Q1 1. .6 62 2P PP P0 00 05 52 22 22 22 21 10 0 0.9535000101325101325500000PP A.低压输气管道可能处于层流或紊流光滑区； B.中压和高压输气管道的流态主要处于混合摩擦区和阻力平方区；二、二、城镇燃气设计规范城镇燃气设计规范推荐的燃气管道计算常用到推荐的燃气管道计算常用到的摩阻系数和摩阻计算公式的摩阻系数和摩阻计算公式（一低压燃气管道（一低压燃气

5、管道1 1、层流状态、层流状态Re2100Re2100）R Re e6 64 40 00 04 40 01 10 0T TT TD DQ Q1 10 01 1. .1 13 3L LP P2 2、临界状态、临界状态2100Re35002100Re3500Re3500）0 0. .2 25 5) )R Re e6 68 8D D0 0. .1 11 1( (0 00 05 52 20 00 0. .2 25 50 06 6T TT TD DQ Q) )Q QD D1 19 92 2. .2 2D D( (1 10 06 6. .9 9L LP P（1 1钢管和塑料管钢管和塑料管0 0. .2 2

6、8 84 40 0) )Q QD DD D1 10 0. .1 10 02 22 23 36 6( (51580 00 05 52 20 00 0. .2 28 84 40 06 6T TT TD DQ Q) )Q QD D5 5D D1 1( (1 10 06 6. .4 4L LP P158（2 2铸铁管铸铁管以上各式参数说明压力单位）以上各式参数说明压力单位）（二高压和中压燃气管道（二高压和中压燃气管道0 0. .2 25 5) )R Re e6 68 8D D0 0. .1 11 1( (0 00 05 52 20 00 0. .2 25 50 09 92 22 22 21 1T TT

7、 TD DQ Q) )Q QD D1 19 92 2. .2 2D D( (1 10 01 1. .4 4L LP PP P（1 1钢管和塑料管钢管和塑料管0 0. .2 28 84 40 0) )Q QD DD D1 10 0. .1 10 02 22 23 36 6( (51580 00 05 52 20 00 0. .2 28 84 40 09 92 22 22 21 1T TT TD DQ Q) )Q QD D5 51 15 58 8D D1 1( (1 10 01 1. .3 3L LP PP P（2 2铸铁管铸铁管m mm m度度, ,管管道道内内表表面面的的绝绝对对粗粗糙糙/ /

8、s sm m燃燃气气运运动动粘粘度度, ,2 2k kP Pa a对对压压力力, ,燃燃气气管管道道起起点点燃燃气气的的绝绝P P1 1/ /h hN Nm m燃燃气气管管道道的的计计算算流流量量, ,Q Q3 30 0m mm m燃燃气气管管道道的的内内径径, ,D Dk km m燃燃气气管管道道的的计计算算长长度度, ,L Lk kP Pa a对对压压力力, ,燃燃气气管管道道终终点点燃燃气气的的绝绝P P2 2（1 1和和2 2中部分参数说明如下，未说明的同低压中部分参数说明如下，未说明的同低压燃气管道计算公式所注。燃气管道计算公式所注。四、燃气管道摩擦阻力损失计算图表四、燃气管道摩擦阻

9、力损失计算图表1、实际应用中，依照上述推荐公式计算出相关参数，绘制成燃气、实际应用中，依照上述推荐公式计算出相关参数，绘制成燃气管道水力计算图表；管道水力计算图表；2 2、课本提供了钢管在高、中压和低压条件下输送天然气和人工燃、课本提供了钢管在高、中压和低压条件下输送天然气和人工燃气共气共4 4张水力计算图表；张水力计算图表；;3 30 01 1k kg g/ /N Nm m绘绘制制图图表表时时，3 3、/ /s s; ;m m1 10 01 1标标况况下下天天然然气气粘粘度度绘绘制制图图表表时时, ,4 42 26 6 5、/ /s s; ;m m1 10 02 2标标况况下下人人工工燃燃气

10、气粘粘度度绘绘制制图图表表时时, ,5 52 26 65、( (P Pa a/ /m m) ); ;P P/ /L L纵纵坐坐标标为为对对于于低低压压管管道道, ,6 6、/ /m m ; ; ( (k kP Pa a) ) L LP PP P纵纵坐坐标标为为, ,7 7、对对于于高高、中中压压管管道道2 22 22 22 21 1。校校正正尺尺来来修修改改度度燃燃气气，可可以以通通过过图图中中密密g g/ /N Nm m9 9、对对于于密密度度不不是是1 1k k3 3;0002.m m0 0对对粗粗糙糙度度绘绘制制图图表表时时，取取钢钢管管绝绝8 8、五、附加压头和局部阻力五、附加压头和局

11、部阻力1 1、附加压头、附加压头由于燃气与空气的密度不同，会产生附加压力。由于燃气与空气的密度不同，会产生附加压力。 a a2 21 1g g( ( ) )( (H HH H ) )重重力力加加速速度度；g g；m m空空气气的的密密度度，k kg g/ /N N3 3a a；m m燃燃气气的的密密度度，k kg g/ /N N3 3H1H2122212121 2ww22PPPa a2 21 1g g( () )( (H HH H ) ) 计算公式： 局部阻力由实验方法确定 根据不同流通断面的几何参数，通过相关的计算图表计算局部阻力.2W2p 2 2、局部阻力、局部阻力 局部阻力系数一般用实验

12、方法确定，实验时先测出管道中管件、部件或设备等前后的全压差(即局部阻力），除以与特征速度相应的动压，求得局部阻力系数值。 实际工程中，管件、部件或设备处的局部阻力系数只取决于管件部件或设备流动通道的几何参数。 即使是相同名称的管件、部件，不同的流体管网，其几何参数的差异也会对局部阻力系数的值造成影响，因此也很难用统一的图表计算各种管网的局部阻力。g g2 22 2W WP P也可以使用当量长度来计算局部阻力的压力损失，将各种管也可以使用当量长度来计算局部阻力的压力损失，将各种管件折成某一直径件折成某一直径(d)某一长度某一长度L2的一段管道，按照如下公式的一段管道，按照如下公式计算：计算：gg

13、WdLWP2222222ldL可以通过查表来求得。可以通过查表来求得。2 2L L 计计 算算 步步 骤骤 ：参数说明参数说明 管段的计算长度L 可由下式求得 管道的压力损失分为：沿程压力损失局部压力损失第三节第三节 燃气分配管网计算流量燃气分配管网计算流量公里流量一、燃气管网各管段的输气情况一、燃气管网各管段的输气情况LQNQ 1 =0Q2转输流量转输流量Q2Q2LQNQ1Q2=0途泄流量途泄流量Q1Q1LQNQ1Q2转输流量转输流量途泄流量途泄流量二、途泄流量的计算二、途泄流量的计算1 1、假设在供气区域内用户是均匀分布的；、假设在供气区域内用户是均匀分布的；2 2、将供气区域划分为若干小

14、区；、将供气区域划分为若干小区；3 3、求出各小区的燃气用量；、求出各小区的燃气用量；4 4、计算各管段比流量单位长度途泄流量）；、计算各管段比流量单位长度途泄流量）；1 1 6 66 6 4 44 42 2 2 2 1 1A AA AL LL LL LL LQ Qq q5 5、管段的途泄流量；、管段的途泄流量；2 2- -1 1B BA A2 2- -1 11 1L L) )q q( (q qQ Qm500m1200m600m550231/1)/(195.0mNhNmq人人气化率23/2)/(190.02mNhNmq人人abcde的的途途泄泄流流量量、求求管管段段ecdccbba作业三、管段

15、计算流量的确定三、管段计算流量的确定 11),(,niiiilQPLQP21QQQ 21QQPQPP 为进行变负荷管段的水力计算，可以找出一个假想不变的流量 Q ，使它产生的管段压力降与实际压力降相等。这个不变流量 Q 称为变负荷管段的计算流量推导过程推导过程1121 nLlllllni假假设设：nQqqqqqni121 lqiQKlKQPiNiii75.175.11 段段的的压压力力降降第第 1175.11 nLnQiQKN阐明：11175.1175.1nLnQQiKQNN忽略 75. 175. 1111 nxinLKQNNQQx1式中 75. 175. 1111 nxinLKQN75.17

16、5.11 nLKQN !2)(75.075.1)(75.112025.00075.0075.1075.1 nLKQNNQQx1式中 2275. 1)1(66. 0)1(75. 111nxinxinLKQN 11niiPP 112275. 1) 1(66. 0) 1(75. 111niNnxinxinLKQ0=1令222222)11(66.0)11(75.11)12(66.0)12(75.11)11(66.0)11(75.11 nxnnxnnxnxnxnx 2222)21(66.0)21(75.11 nxnnnxn 2222)21(66. 0)21(75. 11 nxnnnxn6)12)(1(2

17、12)1(21222 nnnnnnn 26)12)(1(66.02)1(75.11 nxnnnnnnxn 26)12(66.0275.111xnnxn 2)12(11.088.011xnnxn 2)12(11.088.01xnnxLKQN75. 1 112275. 1) 1(66. 0) 1(75. 111niNnxinxinLKQP75.1KLQP 75.1175.11 NNNNQQQQQKLQ 75. 175. 11xxKLQN 2)12(11. 088. 01xnnxLKQN75. 1 xxxnnx)1()12(11.088.0175.12 75.121QQKL 5100.50.5380

18、.5341.00.6060.592xn2155.0QQQ xxxnnx)1()12(11.088.0175.12 对于燃气分配管道，一管段上的分支管数一般不小于 5- 10 个，x值在 0 . 3 - 1 . 0 的范围内，从上述两表中所得数值可以看出，此时系数 在 0 . 5- 0 . 6 之间，水力计算公式中幂指数等于 1 . 75 -2 . 0 时， 值的变化并不大，实际计算中均可采用平均值 a = 0 . 55 。故燃气分配管道的计算流量公式为练习中中的的值值。Q QQ QQ Q 推推导导l lK Kq q2 20 0；P P0 0. .5 5，n n1 1：x x2 21 12 2四

19、、节点流量四、节点流量21QQ 1255. 0QQ 145. 0Q LQQKQKPPP75.12175.112155.0045.0 LQQKP75.121255.0 21QQ 2Q1Q155. 0Q1255. 0QQ 2Q产生的管段压力降与实际压力降相等123456Q2q3q4q1q5q6q231 Q121 Q541 Q651 Q431 Q611 Q251 Q6 61 1i ii iq qQ Q0 0Q Q1 1x x2 2x x0 02 21 11 1Q Qx xx xx x0 02 21 12 2Q Qx xx xx x 11qq 66qq结论结论1、节点流量是、节点流量是 从节点流出管网

20、的流量从节点流出管网的流量2、节点流量、管段计算流量、转输流量、途泄流量的区别、节点流量、管段计算流量、转输流量、途泄流量的区别 3、管网中所有节点的节点流量之和等于管网入口的总、管网中所有节点的节点流量之和等于管网入口的总 流量流量4、管网中各节点的节点流量应该包括相应的、管网中各节点的节点流量应该包括相应的 集中流量集中流量S=100100m2S=100100m2S=200100m2单位途泄流量为单位途泄流量为1Nm3/(hm)1、求出、求出Q；Q/ /h h1 10 00 0N Nm mQ Q3 30 0m40一、枝状配气管网的水力计算一、枝状配气管网的水力计算123459678第四节第

21、四节 燃气管网水力计算燃气管网水力计算其其后后各各节节点点流流量量之之和和；、任任一一管管段段的的流流量量等等于于节节点点数数管管段段数数2 2；1 1、1- 流流量量分分配配；时时不不影影响响管管段段的的、变变更更某某一一管管段段的的直直径径 3枝状管网水力计算步骤枝状管网水力计算步骤计计算算流流量量；途途泄泄流流量量、转转输输流流量量和和1 1、计计算算降降；确确定定各各管管段段的的计计算算压压力力、根根据据允允许许压压力力降降初初步步2；3 3、得得出出各各管管段段的的管管径径；，如如果果不不满满足足总总压压降降要要求求适适当当调调整整各各管管段段的的管管径径6 6、计计算算总总压压降降

22、；计计算算各各管管段段的的压压力力降降，5 5、直直到到满满足足总总压压降降要要求求。7 7、各各管管段段的的管管径径；4 4、 取取 ;6 低低压压天天然然气气管管网网 1300010002000PaPaPa起点压力，干线允许压降；燃具前压力为 ;/5 .023hmNmq 干干管管单单位位涂涂泄泄流流量量 ;/4 .033hmNmq 支支管管单单位位涂涂泄泄流流量量 ;/300535hNmQ 节节点点集集中中负负荷荷 不不计计局局部部阻阻力力。7 ；，028.0/78.043 NmKg。图图管管网网中中各各管管段段的的管管径径试试根根据据以以下下条条件件确确定定下下: :例例题题123451

23、076895Q管段管段1-22-33-44-55-64-73-82-92-10管长管长320350280400300350500400450途泄流量途泄流量转输流量转输流量计算流量计算流量160175140200150140200160180164511307904500000017333.12268675605.82771108899和和计计算算流流量量；、途途泄泄流流量量、转转输输流流量量1。；管管长长单单位位流流量量单单位位mhNm:/:3123451076895Q各各管管段段的的计计算算压压力力降降；、根根据据允允许许压压力力降降确确定定2 65544332211 LLLLLLm165

24、0300400280350320 mPaLP/606. 0165010002 管段管段1-22-33-44-55-6管段压力降管段压力降Pa193.94212.2169.70242.42181.82 PaP94.193606. 0320321 PaP06.280694.193300042 节点节点2345压力压力Pa2806.062593.942424.242181.82 PaP24.424200024.2424574 管段管段4-73-82-92-10管段压力降管段压力降Pa424.24593.94806.06806.06、得得出出各各管管段段的的管管径径。3522581. 081. 0LQ

25、PDLQDP 管段管段4-73-82-92-10管径管径 mm91.510695.73 102.76管段管段1-22-33-44-5管径管径 mm365.37318.15277232.58管段管段5-6管径管径 mm108实际取管径实际取管径管段管段4-73-82-92-10计算管径计算管径mm91.510695.73102.76管段管段1-22-33-44-5计算管径计算管径 mm365.37318.15277 232.58管段管段计算管径计算管径 mm实际管径实际管径mm5-6108100实际管径实际管径 mm8010080100实际管径实际管径 mm3778325827372197重新计

26、算管段压降重新计算管段压降LQDPji2581.0 Pa1410 jiPPPPPP 允 许允 许增 大 管 径管段管段1-22-33-44-55-6管段压力降管段压力降Pa206246237456268管段管段4-73-82-92-10管段压力降管段压力降Pa8327951240580求解下图各管段转输流量和计算流量求解下图各管段转输流量和计算流量12345107689管段管段1-22-33-44-55-64-73-82-92-10涂泄涂泄流量流量200200100200200200100100100室内燃气管道计算室内燃气管道计算例题例题 以一幢五层楼的一个单元为计算对象，进行室内以一幢五层

27、楼的一个单元为计算对象，进行室内燃气管道的水力计算。计算条件如下：燃气管道的水力计算。计算条件如下： 假设每家用户装双眼灶一台，额定用气量为假设每家用户装双眼灶一台，额定用气量为1.4Nm3/h；使用人工煤气，燃气密度为；使用人工煤气，燃气密度为0.46kg/Nm3，运动粘度为运动粘度为24.7610-6m2/s。1 1画出管道系统图，在管径和流量变化处分段进行编号。画出管道系统图，在管径和流量变化处分段进行编号。2确定计算流量。确定计算流量。i ii ij jN NL LK KQ Q3 3根据计算流量，初步确定管段管径。根据计算流量，初步确定管段管径。4 4计算各管段的局部阻力系数，求出当量

28、长度，得计算各管段的局部阻力系数，求出当量长度，得出管段的计算长度。出管段的计算长度。以管段以管段1212为例进行计算举例为例进行计算举例A A、局部阻力系数、局部阻力系数查表找出查表找出直角弯头直角弯头5 5个，个， =2.2=2.2；旋塞；旋塞1 1个，个， =4=4。1 15 51 14 45 52 2. .2 2B、计算、计算ReQ Qd d2 2d d4 4d dv vR Re e9090。直直角弯头角弯头管径管径 mm1520253240 50 2.22.121.81.61.14 41 10 01 15 5. .7 75 51 10 02 24 4. .7 76 63 36 60

29、00 01 1. .4 41 10 01 15 5. .7 75 56 62 26 63 31 12 27 70 01 10 04 4. .8 82 23 31 10 06 6. .1 12 25 59 96 6C C、计算摩阻系数、计算摩阻系数0 0. .0 05 50 04 46 64 4/ /R Re eD D、计算当量长度、计算当量长度l2l2d dl l2 24 4. .7 7m m0 0. .0 05 50 04 41 10 01 15 5. .7 75 51 15 53 3E E、管段计算长度、管段计算长度l12l12l12=2.5+4.7=7.2(m)l12=2.5+4.7=7

30、.2(m)5 5计算单位管长摩擦阻力计算单位管长摩擦阻力0 04 41 10 0m mT TT Td dL L1 10 01 1. .1 13 3R R( (P Pa a/ /m m) )2 27 73 31 15 52 27 73 30 0. .4 46 61 10 02 24 4. .7 76 61 15 5. .7 75 51 1. .4 41 10 01 1. .1 13 36 64 41 10 009. 36 6管段摩擦阻力管段摩擦阻力2 2 1 1m ml lR RP P2 22 2. .2 2( (P Pa a) )7 7. .2 23 3. .0 09 97 7管段附加压头管段

31、附加压头) )H H) )( (H Hg g( (h h1 12 2a a8 8. .7 7( (P Pa a) )1 1. .2 2) )( (0 00 0. .4 46 6) )( (1 1. .2 29 9. .8 88 8管段实际压力损失管段实际压力损失3 30 0. .9 9( (P Pa a) )8 8. .7 7) )( (2 22 2. .2 2h h- -P P重复以上步骤，可以求出其他管段的实际压力损失重复以上步骤，可以求出其他管段的实际压力损失最后可以得到：最后可以得到：1 10 0的的总总压压降降9 98 87 76 65 54 43 32 2管管道道1 11 12 2. .7 7( (P Pa a) )P P1 1