城市燃气输配燃气管网水力计算.pptx
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1、第六章第六章 城市燃气管网的水力城市燃气管网的水力(shul)(shul)计算计算 n燃气管网水力计算的任务:n 1根据燃气的计算流量和允许的压力损失计算管道直径,以确定管道投资(tu z)和金属消耗。n 2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,或决定是否需要对原有管道进行改造。因此,正确地进行水力计算,是关系到输配系统经济性和可靠性的问题,是城市(chngsh)燃气规划与设计中的重要环节。第一页,共86页。管内燃气流动基本方程式城市燃气管道水力(shul)计算公式和计算图表燃气分配管道计算流量的确定枝状管网的水力(shul)计算环状管网的水力(shul)计算室内燃气管
2、道的水力(shul)计算第六章第六章 城市燃气管网的水力城市燃气管网的水力(shul)(shul)计算计算 第二页,共86页。稳定流动稳定流动(lidng)(lidng)燃气管道的水力公燃气管道的水力公式式 :n假设条件:稳定流;等温过程;n适用于高压(goy)与低压燃气管道基本公式。第三页,共86页。对于对于(duy)低压燃气管道,可以做进一步的简化:低压燃气管道,可以做进一步的简化:Pm=(P1+P2)/2P0;所以低压管道的基本(jbn)计算公式表达为下列形式:第四页,共86页。若采用习惯的常用单位,并考虑(kol)城市燃气管道的压力一般在4.0Mpa以下,故可以取Z=Z0=1,则高、中
3、压及低压燃气管道的计算公式,又可分别表示为:高、中压燃气管道:高、中压燃气管道:低压低压(dy)(dy)燃气管燃气管道:道:第五页,共86页。三、燃气管道的摩擦阻力系数三、燃气管道的摩擦阻力系数(xsh)(xsh)n简称摩阻系数 n反映(fnyng)管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数 n其数值与燃气的流动状况、管道材质、管道的连接方法及安装质量、燃气的性质等因素有关 n是雷诺数和相对粗糙度的函数 紊流区包括水力光滑区、过渡区和阻力平方区。该区的流动状态比较复杂,摩阻系数的计算公式很多,下面仅介绍城市燃气设计规范推荐的适用(shyng)于紊流三个区的综合公式。第六页,共86页。n层流(cn l
4、i)区(Re2100)n临界区(Re=21003500)n紊流三个区(Re3500)n n钢管、塑料管 n铸铁管 n管道内表面(biomin)当量绝对粗糙度,对于钢管取0.2mm,塑料管取0.01mm;n105Pa时的燃气运动粘度,m2/s。第七页,共86页。第二节第二节 城市燃气管道水力城市燃气管道水力(shul)(shul)计算公式和计算公式和计算图表计算图表n低压燃气管道阻力损失计算(j sun)公式 n高中压燃气管道阻力损失计算(j sun)公式n燃气管道阻力损失计算(j sun)图表n计算(j sun)示例n附加压头 n局部阻力第八页,共86页。一、低压一、低压(dy)(dy)燃气管
5、道水力计算燃气管道水力计算公式公式n层流(cn li)区(Re3500)n n钢管、塑料管:n n铸铁管:第九页,共86页。二、高中二、高中(gozhng)(gozhng)压燃气管道水力压燃气管道水力计算公式计算公式n钢管(gnggun)、塑料管:n铸铁管:第十页,共86页。三、燃气管道水力计算三、燃气管道水力计算(j(j sun)sun)图表图表压力不同(b tn)、管材不同(b tn),水力计算公式也不同(b tn),所以也就对应着不同(b tn)的水力计算图表。另外,燃气种类不同(b tn)时,由于不同(b tn)种类燃气的密度、粘度等有很大的不同(b tn),所以计算图表也不同(b t
6、n)。决定水力计算图表的因素主要(zhyo)有三个,不同的燃气种类、管道的压力级别、不同的管道材质。三者的不同组合得到不同的水力计算图表。第十一页,共86页。第十二页,共86页。图:燃气97 64、5 第十三页,共86页。计算图表的绘制计算图表的绘制(huzh)条件:条件:1 1、燃气密度按、燃气密度按 计算,使用时不同的燃气计算,使用时不同的燃气密度要进行密度要进行(jnxng)(jnxng)修正。修正。低压低压(dy)管道:管道:高中压管道:高中压管道:2 2、运动粘度:、运动粘度:人工燃气:人工燃气:天然气:天然气:3 3、取钢管的当量绝对粗糙度、取钢管的当量绝对粗糙度:第十四页,共86
7、页。例例 题题 1 1:已知:人工燃气的密度已知:人工燃气的密度 ,运动运动(yndng)(yndng)粘度:粘度:1515时燃气流经时燃气流经l=100ml=100m长长的低压燃气钢管,当流量的低压燃气钢管,当流量(liling)Q0(liling)Q010Nm3/h10Nm3/h时,管段压时,管段压力降为力降为4Pa4Pa,求该管道管径。,求该管道管径。图表法:图表法:解:解:公式法公式法:假设为层流:将:假设为层流:将和和代入:代入:得:得:d=78.16mm,d=78.16mm,取标准管径取标准管径80mm80mm。据据d d计算计算Re=17682100,Re=17682100,层流
8、区。假设正确层流区。假设正确(zhngqu)(zhngqu),计算有效。,计算有效。据流量和压降查表得:据流量和压降查表得:d=80mmd=80mm第十五页,共86页。n已知人工燃气密度3,运动粘度2510-6m2/s,有2197中压燃气钢管,长200m,起点压力150KPa,输送燃气流量2000Nm3/h,求0时该管段末端(m dun)压力。n公式法n图表法例例 题题 2 2:第十六页,共86页。由于空气与燃气密度不同,当管道始、末端存在标高差时,在燃气管道中将(zhngjing)产生附加压头。对始末端高程差值变化甚大的个别管段,包括低压分配管道及建筑物的室内的低压燃气管道,必须将附加压头计
9、算在内。四、附加四、附加(fji)(fji)压头压头 计算公式:计算公式:3,燃气密度(md),kg/Nm3管段终端与始端的标高差值,m第十七页,共86页。管道内流动气体上升时将产生一种升力,下降时将增加(zngji)阻力。管道内流动气体下降时将产生一种升力(shn l),上升时将增加阻力。n某多层住宅,燃气室内某多层住宅,燃气室内(sh ni)立管终端标高立管终端标高3,计算附,计算附加压头;又已知引入管起点压力加压头;又已知引入管起点压力P1=1000Pa,80Pa,求,求P2。P1P217m第十八页,共86页。五、局部阻力损失五、局部阻力损失(snsh)(snsh)计算计算 n城市燃气管
10、网计算时,管网的局部损失一般以沿程损失的510%估计.n对于室内燃气管道和厂、站区域(qy)的燃气管道,由于管路附件较多,局部损失所占的比例较大应进行计算。计算方法有两种,一种是用公式计算,根据实验数据查取局部阻力系数,代入公式进行计算;另一种用当量长度法。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(gundo)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。第十九页,共86页。式中:P-局部压力降,Pa;-计算管段中局部阻力系数(xsh)的总和;-燃气在管道中的流速,m/s;-燃气密度,kg/Nm3;T -燃气绝对温度,K,T
11、0=273K。1、公式、公式(gngsh)法:法:第二十页,共86页。n当量长度不但(bdn)与局部阻力系数有关,还与管径、沿程阻力系数有关 2 2、当量、当量(dngling)(dngling)长度长度法法第二十一页,共86页。n因此,管件的局部压力降等于其当量长度(chngd)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(chngd)L应为 n L=L1+L2n式中:L1-管道实际长度(chngd),m;n L2-管道上附件的当量长度(chngd),m。n实 际 管 道 计 算 长 度(chngd)L乘 以 该 管 段 单 位 长 度(chngd)摩擦阻力损
12、失,就可得到该管段的压力损失。第二十二页,共86页。第三节第三节 燃气分配管道计算燃气分配管道计算(j sun)(j sun)流流量量 n燃气分配管网供气燃气分配管网供气(n q)(n q)方式方式 n燃气分配管道计算流量的确定燃气分配管道计算流量的确定n燃气分配管道途泄流量的确定燃气分配管道途泄流量的确定 n节点流量节点流量 第二十三页,共86页。(一一)燃气分配管网供气燃气分配管网供气(n(n q)q)方式方式 只有转输流量(liling)的管段 只有(zhyu)途泄流量的管段 有途泄流量和转输流量的管段 燃气分配管网的各管段根据连接用户的情况,可分为三种:燃气分配管网的各管段根据连接用户
13、的情况,可分为三种:第二十四页,共86页。燃气分配管段燃气分配管段(un dun)的负的负荷变化示意图荷变化示意图对于管段AB,途泄流量为Q1,转输流量为Q2管道(gundo)起点A处,流量为转输流量与途泄流量之和;管道(gundo)终点B处,流量仅为Q2。而管段内各段面处的流量是不断变化的,数值(shz)处于二者之间。若假定沿管线长度向用户均匀地配气,则沿线流量变化呈直线关系。第二十五页,共86页。(二二)燃气分配管道计算燃气分配管道计算(j sun)(j sun)流流量的确定量的确定 n确定(qudng)变负荷管段的计算流量n原则-以计算流量求得的管段压力降应与变负荷管段的实际压力降相等。
14、第二十六页,共86页。式中:Q-计算(j sun)流量,Nm3/h;Q1-途泄流量,Nm3/h;Q2-转输流量,Nm3/h;-流量折算系数,它与途泄流量与转输流量之比、沿途支管数有关。计算流量先用转输流量与途泄流量的组合(zh)来表示第二十七页,共86页。1 1、实际、实际(shj)(shj)压力降的压力降的求解求解采用微元的方法求解管段的实际压力降采用微元的方法求解管段的实际压力降简化:管段上有简化:管段上有n条分支管,各分支管间距均相等,并且每条分条分支管,各分支管间距均相等,并且每条分支管的途泄流量支管的途泄流量(liling)q也相等,也相等,n条分支管就管段条分支管就管段AB均匀地均
15、匀地分成了分成了n+1条小管段。条小管段。压降计算公式:压降计算公式:流进管段流进管段(un dun)的的总流量:总流量:QN=Q2+Q1每一条分支管段的流量:每一条分支管段的流量:第二十八页,共86页。在AB上取任一小段y,该管段上的流量(liling)用Qy表示,则令:令:x是途泄流量是途泄流量(liling)Q1与总流量与总流量(liling)QN的比值,的比值,0 x1则:则:所以(suy):第二十九页,共86页。n整个整个(zhngg)管段的压力降为:管段的压力降为:第三十页,共86页。整理整理(zhngl)得:得:压降计算公式:压降计算公式:n在总流量QN一定(ydng)时,整个管
16、段的压降为支管数n与途泄流量的函数关系式。第三十一页,共86页。2、以计算、以计算(j sun)流量求流量求压力降压力降 把 带入压降计算公式:由得:第三十二页,共86页。水力(shul)计算公式中幂指数为1.75时所得值 对于燃气分配管道,分支管数一般(ybn)不少于510个,x值在0.31.0之间。此时系数在0.50.6之间,水力计算公式中幂指数等于1.752.0时,值的变化并不大;实际计算中均可采用平均值=0.55。故燃气分配管道的计算流量公式为:第三十三页,共86页。1.1.途泄流量的范围:途泄流量的范围:途泄流量只包括大量的居民用户和小型公共建筑途泄流量只包括大量的居民用户和小型公共
17、建筑(n n jin(n n jin zh)zh)用户。用户。用气负荷较大的公共建筑用气负荷较大的公共建筑(n n jin zh)(n n jin zh)用户应作为集中负用户应作为集中负荷来计算。荷来计算。2.2.两点假设:两点假设:供气区域内居民用户和小型公共建筑供气区域内居民用户和小型公共建筑(n n jin zh)(n n jin zh)用户用户是均匀分布的;是均匀分布的;途泄流量只取决于居民的人口密度。途泄流量只取决于居民的人口密度。(三三)燃气分配燃气分配(fnpi)(fnpi)管道途泄流量管道途泄流量的确定的确定 第三十四页,共86页。对如图所示的小区,计算(j sun)步骤如下:
18、第三十五页,共86页。管段途泄流量的计算管段途泄流量的计算(j sun)(j sun)过程过程 n(a)在供气范围内,按不同的居n民人口密度或道路和建筑物的布局划分街区A、BF。n(b)分别计算各个街区居民用气量及小型公共建筑年用气量、小时计算流量,并按照用气量的分布(fnb)情况布置配气管道1-2、2-3n(c)根据每个街区的燃气计算流量和燃气管道的长度,计算管道单位长度向该街区供应的途泄流量。第三十六页,共86页。第三十七页,共86页。(d)求管段的途泄流量(liling)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。若管段是两个小区的公共管道,需同时向两侧(lin c)供气时,其途
19、泄流量应为两侧(lin c)的单位长度途泄流量之和乘以管长。第三十八页,共86页。(四四)转输流量转输流量(liling)(liling)的确定的确定a、确定(qudng)各管段途泄流量;b、从管段末段向上反推。例1 枝状管网转输流量(liling)的计算枝状管网如下图所示,已知各管段途泄流量,试确定各管段转输流量及计算流量。12345第三十九页,共86页。例题例题2 环状管网转输流量环状管网转输流量(liling)的计算的计算n已知途泄流量(liling),求转输流量(liling)n计算流量(liling)234516080130110100 第四十页,共86页。(五五)节点节点(ji(j
20、i din)din)流量流量1.在燃气管网计算时,特别(tbi)是用电子计算机进行燃气环状管网水力计算时,常把途泄流量转化为节点流量来表示。2.假设沿管线不再有燃气流出,即管段中的流量不再沿管长而变化,它产生的管段压力降与实际压力降相等。与管道途泄流量Q1相当(xingdng)的计算流量Q=Q1,可由管道终端节点流量为Q1;始端节点流量为(1-)Q1来代替。第四十一页,共86页。当取0.55时,管道始端i、终端(zhn dun)j的节点流量分别为:从i节点到j节点管道(gundo)的途泄流量,Nm3/h;qi、qji、j节点的节点流量,Nm3/h。对于连接多根管道(gundo)的节点,其节点流
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