燃气工程-第6章__燃气管网水力计算.ppt

第六章第六章 燃气管网水力计算燃气管网水力计算第一节第一节 燃气管网设计计算燃气管网设计计算第二节第二节 室内燃气管道的设计计算室内燃气管道的设计计算第一节第一节 燃气管网设计计算燃气管网设计计算燃气管道水力计算的任务：燃气管道水力计算的任务：一是根据计算流量和规定的压力损失来计一是根据计算流量和规定的压力损失来计算管径，进而决定管道投资与金属消耗；算管径，进而决定管道投资与金属消耗；二是对已有管道进行流量和压力损失的验二是对已有管道进行流量和压力损失的验算，以充分发挥管道的输气能力，或决定算，以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。是否需要对原有管道进行改造。第一节第一节 燃气管网设计计算燃气管网设计计算一、燃气水力计算公式一、燃气水力计算公式二、燃气分配管段计算流量的确定二、燃气分配管段计算流量的确定三、管网计算三、管网计算一、燃气水力计算公式一、燃气水力计算公式(一一)燃气在圆管中稳定流动方程式燃气在圆管中稳定流动方程式(二二)附加压头与局部阻力损失附加压头与局部阻力损失(一一)燃气在圆管中稳定流动方程燃气在圆管中稳定流动方程式式决定燃气流动状况的参数为：压力决定燃气流动状况的参数为：压力P、密度、密度和流速和流速。为了求得为了求得P、和和必须有三个独立方程，必须有三个独立方程，对于稳定流动的燃气管道，可利用不稳定对于稳定流动的燃气管道，可利用不稳定流动方程、连续性方程及气体状态方程组流动方程、连续性方程及气体状态方程组成如下方程组：成如下方程组：由此为基准可推导出高压、次高压和中压由此为基准可推导出高压、次高压和中压燃气管道单位长度摩擦阻力损失的表达式燃气管道单位长度摩擦阻力损失的表达式:(一一)燃气在圆管中稳定流动方程燃气在圆管中稳定流动方程式式(一一)燃气在圆管中稳定流动方程燃气在圆管中稳定流动方程式式考虑到实际情况，我国目前工程上一般采用考虑到实际情况，我国目前工程上一般采用由上述公式制成的水力计算表，见附录由上述公式制成的水力计算表，见附录2。(二二)附加压头与局部阻力损失附加压头与局部阻力损失(1)附加压头：由于燃气的密度与空气的密附加压头：由于燃气的密度与空气的密度不同，当燃气管道始末端存在高程差时，度不同，当燃气管道始末端存在高程差时，管道中特产生附加压头管道中特产生附加压头(或附加阻力或附加阻力)、附、附加压头值由下式确定：加压头值由下式确定：(二二)附加压头与局部阻力损失附加压头与局部阻力损失(2)局部阻力：局部阻力：可用下式求得：可用下式求得：(二二)附加压头与局部阻力损失附加压头与局部阻力损失在进行燃气分配管网的水力计算时，一般在进行燃气分配管网的水力计算时，一般不详细计算局部阻力，而按增加燃气管段不详细计算局部阻力，而按增加燃气管段长度的长度的5%-10%作为计算长度进行计算。作为计算长度进行计算。对于街坊内庭院管道和室内管道的局部阻对于街坊内庭院管道和室内管道的局部阻力应逐一进行计算，厂区内燃气管道在水力应逐一进行计算，厂区内燃气管道在水力计算时也要计算局部阻力。也可以将局力计算时也要计算局部阻力。也可以将局部阻力折算成相同管径管段的当量长度部阻力折算成相同管径管段的当量长度L2计算。计算。(二二)附加压头与局部阻力损失附加压头与局部阻力损失(二二)附加压头与局部阻力损失附加压头与局部阻力损失二、燃气分配管段计算流量的确定二、燃气分配管段计算流量的确定(一一)燃气分配管网供气方式燃气分配管网供气方式(二二)燃气分配管段途泄流量的确定燃气分配管段途泄流量的确定(三三)燃气分配管段计算流量确定燃气分配管段计算流量确定(四四)节点流量节点流量(一一)燃气分配管网供气方式燃气分配管网供气方式燃气分配管网的各管段根据连接用户的情燃气分配管网的各管段根据连接用户的情况，可分为三种：况，可分为三种：(1)管段沿途不输出燃气，这种管段的燃气流管段沿途不输出燃气，这种管段的燃气流量是不变的。量是不变的。Q2称为转输流量。称为转输流量。(一一)燃气分配管网供气方式燃气分配管网供气方式(2)分配管网的管段与大量居民用户、小型商分配管网的管段与大量居民用户、小型商业用户相连。由管段始端进入的燃气在途业用户相连。由管段始端进入的燃气在途中全部供给各个用户。中全部供给各个用户。Q1称为途泄流量。称为途泄流量。(一一)燃气分配管网供气方式燃气分配管网供气方式(3)最常见的分配管段供气情况。最常见的分配管段供气情况。(二二)燃气分配管段途泄流量的确燃气分配管段途泄流量的确定定在城镇燃气管网计算中可以认为，途泄流在城镇燃气管网计算中可以认为，途泄流量是沿管段均匀输出的。管段单位长度途量是沿管段均匀输出的。管段单位长度途泄流量为：泄流量为：管段途泄流量计算管段途泄流量计算计算管段途泄流量计算管段途泄流量1-2管段管段1-6管段管段(三三)燃气分配管段计算流量确定燃气分配管段计算流量确定管段上既有途泄流量又有转输流量的变负管段上既有途泄流量又有转输流量的变负荷管段，其计算流量可按下式求得：荷管段，其计算流量可按下式求得：(四四)节点流量节点流量 在燃气管网计算时，特别是在用计算机进在燃气管网计算时，特别是在用计算机进行燃气环网水力计算时，常把途泄流量改行燃气环网水力计算时，常把途泄流量改用节点流量来表示。用节点流量来表示。从式从式6-13可知，途泄流量可知，途泄流量Q1可分为两个部可分为两个部分：一部分分：一部分0.55Q1是从管段终端流出，另是从管段终端流出，另一部分一部分0.45Q1是在始端流出。是在始端流出。由于环状管网的各管段相互连接，故各节由于环状管网的各管段相互连接，故各节点流量等于流入节点所有管段途泄流量的点流量等于流入节点所有管段途泄流量的0.55Q1、流出节点所有管段途泄流量的、流出节点所有管段途泄流量的0.45Q1，以及与该节点的集中流量三者之，以及与该节点的集中流量三者之和。和。(四四)节点流量节点流量(四四)节点流量节点流量三、管网计算三、管网计算(一一)枝状管网的水力计算枝状管网的水力计算(二二)环状管网的水力计算环状管网的水力计算(1)环状管网的计算特点环状管网的计算特点(2)环状管网的计算步骤环状管网的计算步骤(一一)枝状管网的水力计算枝状管网的水力计算(1)对管网的节点和管段编号。对管网的节点和管段编号。(2)根据管线图和用气情况，确定管网各管段根据管线图和用气情况，确定管网各管段的计算流量。的计算流量。(3)根据给定的允许压力降及由于高程差而造根据给定的允许压力降及由于高程差而造成的附加压头，确定管线单位长度的允许成的附加压头，确定管线单位长度的允许压力降。压力降。(一一)枝状管网的水力计算枝状管网的水力计算(4)根据管段的计算流量及单位长度允许压力根据管段的计算流量及单位长度允许压力降选择管径。降选择管径。(5)根据所选定的标准管径，求沿程压力降和根据所选定的标准管径，求沿程压力降和局部压力降，计算总的压力降。局部压力降，计算总的压力降。(6)检查计算结果。若总的压力降未超过允许检查计算结果。若总的压力降未超过允许值，并趋近允许值，则认为计算合格否则值，并趋近允许值，则认为计算合格否则应适当变动管径，直到总压力降小于并尽应适当变动管径，直到总压力降小于并尽量趋近允许值为止。量趋近允许值为止。(1)环状管网的计算特点环状管网的计算特点(2)环状管网的计算步骤环状管网的计算步骤(二二)环状管网的水力计算环状管网的水力计算(1)环状管网的计算特点环状管网的计算特点(2)环状管网的计算步骤环状管网的计算步骤1)绘制管网平面示意图，管网布置应使管道绘制管网平面示意图，管网布置应使管道负荷较为均匀。然后对节点、环网、管段负荷较为均匀。然后对节点、环网、管段进行编号，标明管道长度、燃气负荷、气进行编号，标明管道长度、燃气负荷、气源或调用站位置等。源或调用站位置等。2)计算各管段的途泄流量。计算各管段的途泄流量。环状管网的计算步骤环状管网的计算步骤3)按气流沿着最短路径从供气点流向零点按气流沿着最短路径从供气点流向零点(零零点是指各环中燃气沿顺时针流动与逆时针点是指各环中燃气沿顺时针流动与逆时针流动的交汇点，此点为各环压力的最低点流动的交汇点，此点为各环压力的最低点)的原则，拟定环状管网燃气流动方向。但的原则，拟定环状管网燃气流动方向。但在同一环内，在同一环内，必须有两个相反的流向必须有两个相反的流向。4)根据拟定的气流方向，以根据拟定的气流方向，以Qi=0为条件，为条件，从零点开始，设定流量的分配，逐一推算从零点开始，设定流量的分配，逐一推算每一根管道的初步计算流量。每一根管道的初步计算流量。环状管网的计算步骤环状管网的计算步骤5)根据管网允许压力降和供气点至零点的管根据管网允许压力降和供气点至零点的管道计算长度道计算长度(局部阻力通常取沿程损失的局部阻力通常取沿程损失的5%-10%)，求得单位长度允许压力降，根，求得单位长度允许压力降，根据流量和单位长度允许压力降查附图即可据流量和单位长度允许压力降查附图即可选择管径。选择管径。环状管网的计算步骤环状管网的计算步骤6)由选定的管径，计算各管道的实际压力降由选定的管径，计算各管道的实际压力降以及每环的闭合差，通常初步计算结果管以及每环的闭合差，通常初步计算结果管网各环的压力降是不闭合的网各环的压力降是不闭合的(手工计算闭合手工计算闭合差超过差超过10，电算闭合差超过，电算闭合差超过5)，这就，这就必须进行环网的水力平差计算。必须进行环网的水力平差计算。7)在人工计算中，平差计算是逐次进行流量在人工计算中，平差计算是逐次进行流量校正，使环网闭合差渐趋工程允许的误差校正，使环网闭合差渐趋工程允许的误差范围的过程。范围的过程。环状管网的计算步骤环状管网的计算步骤8)由管段的压力降推算管网各节点的压力。由管段的压力降推算管网各节点的压力。一旦节点压力未满足要求，或者管道压降一旦节点压力未满足要求，或者管道压降过小而不够经济时，还需调整管径，重新过小而不够经济时，还需调整管径，重新进行前述进行前述6)、7)两步计算。两步计算。9)绘制水力计算简图，图中标明管段的长度、绘制水力计算简图，图中标明管段的长度、管径、计算流量、压力降和节点的流量、管径、计算流量、压力降和节点的流量、压力等。压力等。水力平差计算水力平差计算低压管网低压管网高、次高、中压管网高、次高、中压管网水力平差计算水力平差计算水力平差计算水力平差计算首先计算各环的首先计算各环的 ，进而才能求出考虑邻环影，进而才能求出考虑邻环影响的响的 ，令，令 ，以此校正每环各根管，以此校正每环各根管段的计算流量。段的计算流量。若校正后闭合差仍未达到精度要求，则需再一若校正后闭合差仍未达到精度要求，则需再一次计算校正流量次计算校正流量 ，及及 ，再作流量校，再作流量校正、使之逐次逼近并达到允许的精度要求为止。正、使之逐次逼近并达到允许的精度要求为止。水力平差计算水力平差计算压力闭合差的精度要求压力闭合差的精度要求高、次高、中压管网高、次高、中压管网低压管网低压管网例题例题6-1例题解析例题解析1、计算各环的单位长度途泄流量，为此、计算各环的单位长度途泄流量，为此(1)按管网布置将供气区域分为三个小区；按管网布置将供气区域分为三个小区；(2)求出各环内的最大小时用气量求出各环内的最大小时用气量 (3)计算供气环周边的总长计算供气环周边的总长(4)求单位长度的途泄流量求单位长度的途泄流量 2、根据计算简图，求出管网中每一、根据计算简图，求出管网中每一管段的计算流量，列表于管段的计算流量，列表于6-3。(1)将管网的各管段依次编号，在距供气点将管网的各管段依次编号，在距供气点(调压站调压站)最远处，假定零点位置最远处，假定零点位置(3，5，8)，同时决定气，同时决定气流方向。流方向。(2)计算各管段的途泄流量：计算各管段的途泄流量：对于对于环：环：1-2 2-3 1-4 4-3 同理，对于同理，对于环：环：对于对于环：环：(3)计算转输流量计算转输流量(3)计算转输流量计算转输流量(3)计算转输流量计算转输流量(4)求计算流量求计算流量 对于对于环：环：(4)求计算流量求计算流量 对于对于环：环：(4)求计算流量求计算流量 对于对于环：环：校验转输流量总值校验转输流量总值 调压站由调压站由1-2，1-4，1-6管段输出的燃气量管段输出的燃气量为：为：两值相符。两值相符。各环供气量及集中负荷为：各环供气量及集中负荷为：3、根据初步流量分配及单位长度平、根据初步流量分配及单位长度平均压力降选择各管段管径。均压力降选择各管段管径。局部阻力选沿程阻力的局部阻力选沿程阻力的10%。先预定单位长度计算压降，由供气点到零先预定单位长度计算压降，由供气点到零点的平均距离为：点的平均距离为：单位长度的计算压降为，单位长度的计算压降为，本题中本题中 而在查附图时而在查附图时 则需要修正则需要修正 由由 Q，查附录，查附录2附图附图1，可选定管径，根据所选定，可选定管径，根据所选定管径再查管径再查 的值，再根据的值，再根据 求求 顺时针方向：顺时针方向：249+120=369逆时针方向：逆时针方向：306+30=336则闭合差值为则闭合差值为369-336=33(33/369+33/336)/2=9.3%4、校核计算、校核计算从表的初步计算可见，两个环的闭合差均从表的初步计算可见，两个环的闭合差均大于大于10%，一个环的闭合差小于，一个环的闭合差小于10%，应，应该对全部的环网进行校核计算，否则由于该对全部的环网进行校核计算，否则由于邻环的校正流量值的影响，反而会使该环邻环的校正流量值的影响，反而会使该环的闭合差增大，有超过的闭合差增大，有超过10%的可能。的可能。因此，先求各环的因此，先求各环的 ，再求各环的，再求各环的各环的校正流量为各环的校正流量为共用管段的校正流量共用管段的校正流量=本环的校正流量本环的校正流量-邻邻环的校正流量环的校正流量如如1-2，为，为与与共用的管段，对于共用的管段，对于环：环：1-2，其校正流量为，其校正流量为-5.5-(-11.0)=+5.5。对于。对于环：环：1-2，其校正流量为，其校正流量为-11.0-(-5.5)=-5.5 经过计算，各环的误差值均在经过计算，各环的误差值均在10%以内，以内，因此计算合格。因此计算合格。5、经过校正流量的计算，使管网中、经过校正流量的计算，使管网中的燃气流量进行重新分配的燃气流量进行重新分配因而集中负荷的预分配量有所调整，并使零因而集中负荷的预分配量有所调整，并使零点的位置有了移动。点的位置有了移动。点点3的工厂集中负荷由的工厂集中负荷由4-3管段供气管段供气50+5.5=55.5m3/h，由由2-3管段供气管段供气50-5.5=45.5m3/h。管段管段6-5的计算流量由的计算流量由119m3/h减至减至103.9m3/h，因而零点向，因而零点向6方向移动了方向移动了L6。管段管段7-8的计算流量由的计算流量由62 m3/h减至减至51 m3/h，因而零点向点，因而零点向点7方向移动了方向移动了 新的零点位置用记号新的零点位置用记号“x”表示在图表示在图6-6上，这些点是环网在计算工况下的压力最低。上，这些点是环网在计算工况下的压力最低。6、校核从供气点至零点的压力降、校核从供气点至零点的压力降 此压力降充分利用了计算压力降的数值，说此压力降充分利用了计算压力降的数值，说明了计算达到了经济合理的效果。明了计算达到了经济合理的效果。第二节第二节 室内燃气管道的设计计算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、室内燃气管道及燃具的布置二、室内燃气管道设计计算二、室内燃气管道设计计算一、室内燃气管道及燃具的布置一、室内燃气管道及燃具的布置(一一)燃气用户引入管燃气用户引入管(二二)室内燃气管道室内燃气管道(三三)燃气计量表的布置燃气计量表的布置(四四)家庭炊事燃具的布置家庭炊事燃具的布置(五五)家用热水器的布置家用热水器的布置(一一)燃气用户引入管燃气用户引入管 燃气用户引入管亦称进户管，一般从家庭燃气用户引入管亦称进户管，一般从家庭厨房、楼梯间或走廊等便于修理的非居住厨房、楼梯间或走廊等便于修理的非居住房间处引入，不应从卧室、浴室，易燃或房间处引入，不应从卧室、浴室，易燃或易爆品仓库、有腐蚀介质的房间、配电间、易爆品仓库、有腐蚀介质的房间、配电间、变电室、电缆沟、烟道和进风道等处引入。变电室、电缆沟、烟道和进风道等处引入。进户方式有地下引入和地上引入两种。进户方式有地下引入和地上引入两种。(二二)室内燃气管道室内燃气管道室内燃气管道不应敷设在易燃易爆的场所室内燃气管道不应敷设在易燃易爆的场所或仓库、配电间、变电室、电线沟、烟道或仓库、配电间、变电室、电线沟、烟道和进风道等处。当必须敷设在潮湿或有腐和进风道等处。当必须敷设在潮湿或有腐蚀介质的场所时，必须采取特别防腐措施。蚀介质的场所时，必须采取特别防腐措施。(二二)室内燃气管道室内燃气管道高层建筑内的燃气管道应设置自动切断阀高层建筑内的燃气管道应设置自动切断阀门、泄漏警报器和送排风系统等自动切断门、泄漏警报器和送排风系统等自动切断连锁装置。连锁装置。25层以上建筑宜设燃气泄漏集层以上建筑宜设燃气泄漏集中监视装置和压力控制装置等用气安全设中监视装置和压力控制装置等用气安全设施。施。(二二)室内燃气管道室内燃气管道对于高层建筑的室内燃气管道系统还应考对于高层建筑的室内燃气管道系统还应考虑三个特殊的问题。虑三个特殊的问题。(1)补偿高层建筑的沉降。补偿高层建筑的沉降。(2)克服高程差引起的附加压头的影响。克服高程差引起的附加压头的影响。(3)补偿温差产生的变形。补偿温差产生的变形。(三三)燃气计量表的布置燃气计量表的布置(1)燃气表宜设置在通风良好的非燃结构上，并满燃气表宜设置在通风良好的非燃结构上，并满足便于施工、维修、调试和安全使用的要求。足便于施工、维修、调试和安全使用的要求。(2)居民住宅内燃气表宜明设，高锁表时，表底距居民住宅内燃气表宜明设，高锁表时，表底距地面不小于地面不小于1.4m，表侧面与燃气灶净距不小于，表侧面与燃气灶净距不小于30cm，表背面距墙面不小于，表背面距墙面不小于1cm；采用低锁表时，；采用低锁表时，表底距地面不小于表底距地面不小于5cm。(3)工业和商业用户用气的计量装置宜集中布置在工业和商业用户用气的计量装置宜集中布置在单独房间内，当设有调压站时可与调压器同室布单独房间内，当设有调压站时可与调压器同室布置。置。(四四)家庭炊事燃具的布置家庭炊事燃具的布置(1)燃气灶应安装在通风良好的厨房内，严禁燃气灶应安装在通风良好的厨房内，严禁设置在卧室内，利用套间或走廊作厨房时设置在卧室内，利用套间或走廊作厨房时应设门与卧室隔开。应设门与卧室隔开。(2)燃气灶靠墙设置，与墙的净距不宜小于燃气灶靠墙设置，与墙的净距不宜小于1cm，与对面墙之间应有不小于，与对面墙之间应有不小于1m的通道，的通道，灶边与侧墙净距不小于灶边与侧墙净距不小于15cm。(3)燃气热水器的上方不应有明装电线或电器燃气热水器的上方不应有明装电线或电器设备。设备。(五五)家用热水器的布置家用热水器的布置(1)燃气热水器应具有强制排风，自动熄火保护及燃气热水器应具有强制排风，自动熄火保护及防倒风装置。防倒风装置。(2)热水器应安装在通风良好的房间或过道内，不热水器应安装在通风良好的房间或过道内，不得安装在卧室、浴室、厕所和室外。得安装在卧室、浴室、厕所和室外。(3)热水器与对面墙壁之间应有不小于热水器与对面墙壁之间应有不小于1m的通道，的通道，侧面离墙的距离应大干侧面离墙的距离应大干10cm。(4)设置热水器的房间的净高度应大于设置热水器的房间的净高度应大于2.4m。(5)热水器与燃气表、灶及电器设备水平净距不应热水器与燃气表、灶及电器设备水平净距不应小于小于30cm，其上部不应有电力明线、电器设备和，其上部不应有电力明线、电器设备和易燃物。易燃物。二、室内燃气管道设计计算二、室内燃气管道设计计算在室内燃气管道计算之前，必须选定和布在室内燃气管道计算之前，必须选定和布置用户燃气用具，并画出管道系统图。置用户燃气用具，并画出管道系统图。居民用户室内燃气管道的计算流量，应按居民用户室内燃气管道的计算流量，应按同时工作系数法进行计算。自引入管到各同时工作系数法进行计算。自引入管到各燃具之间的压降，其最大值为系统的压力燃具之间的压降，其最大值为系统的压力降。降。计算可按下述十个步骤进行。计算可按下述十个步骤进行。计算步骤计算步骤(1)布置燃气管道及燃具，作管道平面及系统布置燃气管道及燃具，作管道平面及系统图并确定最不利工作点。图并确定最不利工作点。(2)将各管段按顺序编号，由引入口编至最不将各管段按顺序编号，由引入口编至最不利工作点，凡是管径变化或流量变化处均利工作点，凡是管径变化或流量变化处均应编号。应编号。计算步骤计算步骤(3)求出各管段的额定流量，根据各管段供气求出各管段的额定流量，根据各管段供气的用具数查表的用具数查表3-5得同时工作系数值，可求得同时工作系数值，可求得各管段的计算流量。得各管段的计算流量。(4)由系统图求得各管段的长度，并根据计算由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量初步定各管段的管径。流量初步定各管段的管径。(5)算出各管段的局部阻力系数，求出其当量算出各管段的局部阻力系数，求出其当量长度，可得管段的计算长度。长度，可得管段的计算长度。计算步骤计算步骤(6)计算各管段的单位长度压降值后，乘以管计算各管段的单位长度压降值后，乘以管段计算长度，即得该管段的阻力损失。段计算长度，即得该管段的阻力损失。(7)计算各管段的附加压头。计算各管段的附加压头。(8)求各管段的实际压力损失。求各管段的实际压力损失。(9)求室内燃气管道的总压力降。求室内燃气管道的总压力降。(10)以总压力降与允许的计算压力降相比较，以总压力降与允许的计算压力降相比较，如不合适，则可改变个别管段的管径。如不合适，则可改变个别管段的管径。例题例题6-2例题例题6-21.如图如图6-10，6-112.按顺序编号，按顺序编号，1，1-15，153.求各管段的额定流量，求计算流量求各管段的额定流量，求计算流量4.确定管径确定管径(根据流量根据流量)5.求求，求，求L2，L6.根据根据Q，d求求P/L=(P/L)=10.887.求附加压头求附加压头P=g(a-)h8.求各管段的求各管段的P及及 P9.校核校核