燃气管网水力计算

第六章燃气管网的水力计算第一节管道内燃气流动的基本方程式我们先看以下燃气管道计算的不稳定流动方程。

一、不稳定流动方程式燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃气的流动是不稳定流，管道内燃气的压力和流量在流动过程中都会发生变化，除此之外，随着管道内沿程压力的下降燃气的密度也在减小，而管道内燃气的温度可以认为是不变的，其温度等于管道周围土壤的温度。

这样，决定燃气流动状态的参数为：压力P，流速w和密度ρ，他们均随燃气流动的距离和时间而变化。

是距离L和时间τ的函数，即为了求得燃气流动的状态参数P，w和ρ，必须借助于运动方程，连续性方程和状态方程三个方程。

对管道内的燃气列出运动方程和连续性方程，再将其与状态方程组合，可以得到求解管道内燃气流动的基本方程式：其中α指的是燃气管道对水平面的倾斜角。

λ为摩阻系数，d是燃气管道的内径。

从理论上讲，该式可用来求解在燃气管道中任意断面x和任一时间τ的气流参数P，ρ和流速w，但实际上这一组非线性偏微分方程组很难求解析解，在工程上常可忽略某些对计算结果影响不大的项，并对该方程组进行线性简化，可求得近似解。

到简化后的方程组为：其中c为声速上式即为简化后的燃气管道不稳定流动方程组，但在实际生产和生活中，该方程的应用并不多，除了单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线要用到上面的不稳定流进行计算外，设计城市燃气管道时燃气流动的不稳定性可以不考虑。

因此我们下面主要讲一下燃气管到计算的稳定流动方程式。

二、稳定流动方程式通常在城市燃气管网工程设计中，将某一小段时间内（如一小时或一天）的管内流动作为稳定流动，认为各运动参数P ，w 和ρ不随时间变化。

这样这三个参数对时间的偏导数都等于0，即0=∂∂τP0=∂∂τρ0=∂∂τω将他们带入不稳定流动方程组，然后进行适当简化积分后可得稳定流动燃气管计算的公式：该方程可以用来计算高压和低压燃气管道。

其中P1是管道起始端管内燃气的绝对压力Pa ，P2是L 处管道内燃气的绝对压力Pa ， λ为摩阻系数，Q 0为燃气管道的计算流量Nm 3/s ， d 是管道内径m ，0ρ为燃气的密度kg/Nm 3P 0为标准大气压，P 0=101325Pa ，T 为燃气的温度K ，T 0为标准状态温度，T 0=273.16KZ 是燃气在管内所处温度压力下的压缩因子，Z 0是燃气在标准状态下的压缩因子， 将该式用于计算低压燃气管道压降时可以进行简化，P m 为管道起始端和末端压力的算数平均值，，低压管道本身压力很低，可以认为0P P m ≈，带入稳定流动计算公式可得：若考虑城市燃气管道的压力一般在1.6MPa 以下，此时可认为10=≈Z Z ，并将公式中的各参数采用工程中常用的单位，P 的单位用kPa ，L 的单位采用km ，流量的单位采用Nm 3/h ，管道内径d 的单位采用mm ，则第三部分我们看一下计算公式中的摩阻系数λ 三、燃气管道的摩擦阻力系数简称摩阻系数，是反映管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数，与燃气在管道内 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，是雷诺数Re 和相对粗糙度d∆的函数。

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)；。

第四章 燃气管网的水力计算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：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===-RTZ P const wA w d dx dP ρρρλ22（4-1） 为了对摩擦阻力公式进行积分，由连续性方程得：00Q wA ρρ=由气体状态方程得：000Z PT TZP =ρρ 代入摩擦阻力公式，在管径不变的管段中24d A π=，整理得：dx Z T TZP dQ PdP 000052028ρλπ=- （4-2）假设燃气在管道中是等温流动，则λ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：0000520222162.1Z T TZP dQ L P P ρλ=- 4-3） 式中 P 1——燃气管道始端的绝对压力（Pa ）；P 2——燃气管道末端的绝对压力（Pa ）； P 0——标准大气压，P 0=101325Pa ； λ——燃气管道的摩擦阻力系数；Q 0——燃气管道的计算流量（Nm 3/s ） d ——管道内径（m ）；ρ0——标准状态下的燃气密度（kg/Nm 3）；T 0——标准状态下的绝对温度（273.15K ）； T ——燃气的绝对温度（K ）；Z 0——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，()()m P P P P P P P P 221212221⋅∆=+-=-式中 ()221P P P m +=为管道1、2断面压力的算术平均值，对低压管道，0P P m ≈，代入式（4-3），得低压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：00052081.0Z T TZdQ L P ρλ=∆ （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：005201022211027.1T TZ dQ L P P ρλ⨯=- （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。