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：
⎪⎪⎪⎩⎪
⎪⎪⎨⎧===-RT
Z 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：
00
0Z PT TZ
P =ρρ 代入摩擦阻力公式，在管径不变的管段中24
d A π
=
，整理得：
dx Z T TZ
P d
Q PdP 000052028
ρλπ=- （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：
000
0520222162.1Z T TZ
P d
Q 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 221212
221⋅∆=+-=-
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：
000
52
081.0Z T TZ
d
Q 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：
005
20102
2
211027.1T TZ d
Q 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。
P 、Q 0、d 、L 的单位分别是KPa 、Nm 3/h 、mm 、km 。 低压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失为：
005207
1026.6T T d
Q l P ρλ⨯=∆ （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，λ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（2100Re ≤）
Re 64=λ
040101013.1T T
d
Q l P υρ⨯=∆ （4-7） （2）临界状态（3500~2100Re =）
5
10Re 652100
Re 03.0--+
=λ
05205040610231078.111109.1T T d Q d Q d Q l P ρυυ⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-⨯-+⨯=∆ （4-8） （3）紊流状态（3500Re >）
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+-=λλRe 5.27.3lg 21
l d K （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
25
.0Re 6811.0⎪
⎭
⎫
⎝⎛+=d K λ
005
2025
.0062.192109.6T T
d
Q Q d d K l P ρυ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+⨯=∆ （4-10） 2）铸铁管
284
.0051581102236.0⎪⎪⎭⎫
⎝⎛+=Q d d υλ
005
20284
.00651581104.6T T
d
Q Q d d l P ρυ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+⨯=∆ （4-11） 3）塑料管
公式同式（4-10）。
式中 Re ——雷诺数，Re=wd /υ； w ——燃气流速（m/s ）；
υ——标准状态下的燃气运动粘度（m 2/s ）； K ——管壁内表面的当量绝对粗糙度（mm ），钢管一般取0.1~0.2mm ，塑料管一般取0.01mm
次高压和中压燃气管道： 1）钢管
25
.0Re 6811.0⎪
⎭
⎫
⎝⎛+=d K λ
05
2025
.00922212.192104.1T T
d Q Q d d K L P P ρυ⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛+⨯=- （4-12） 2）铸铁管
284
.0051581102236.0⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+=Q d d υλ
00
5
2
0284
.009222151581103.1T T
d Q Q d d L P P ρυ⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛+⨯=- （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4-1~4-4所示。
