燃气管网的水力工况实用教案

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1、第一节 管网计算(j sun)压力降的确定 一、低压管网计算压力降的确定 二、高、中压管网计算压力降的确定 三、工业(gngy)企业燃气管道计算压力降的确 定第1页/共63页第一页，共63页。一、低压(dy)管网计算压力降的确定 低压(dy)管网分两种情况： a. 与用户直接连接 b. 通过调压器与用户连接 此处介绍的计算压力降是指第一种情况下管网的压力降。第2页/共63页第二页，共63页。一、低压管网计算(j sun)压力降的确定 （一）用户处的压力波动及其影响因素 用户直接与低压管网连接，随着管网中流量变化，燃具前的压力也随之变化。为满足燃具燃烧的稳定性和良好的运行工况，应控制燃具前压力的

2、波动范围。 燃具能够正常工作的最大允许压力和最小允许压力可用燃具的额定压力乘一个(y )系数表示。nbPkP1maxnbPkP2min第3页/共63页第三页，共63页。一、低压(dy)管网计算压力降的确定 燃气管网设计时采用的计算工况：管道系统的流量是最大流量（小时(xiosh)计算流量），管网系统的压力降最大，称为计算压力降，用户处的压力最小。 运行中的最不利工况：管网负荷最小，管网的压力降最小，燃具前压力最大。 对于管网起点压力为定值的情况，PPPPPbbminminmax1第4页/共63页第四页，共63页。第5页/共63页第五页，共63页。一、低压(dy)管网计算压力降的确定 由图中可见

3、，从调压器出口A到各用户的压力降是不同的，这就使用户处出现不同的压力。由A点到用户C2、C4的压力降为计算压力降，而到用户C1、C3的实际压力降小于计算压力降。因此，不同用户的压降利用(lyng)程度不同，则燃具前压力波动的范围也不同。第6页/共63页第六页，共63页。一、低压管网计算(j sun)压力降的确定 实际应用中，管网负荷(fh)随着时间而不断变化，当调压器出口压力为定值时，随着负荷(fh)的降低，管道中流量减少，压力降减小，用户处的压力增大。在最不利工况下，管网负荷(fh)为零，所有用户处的压力都等于调压器出口压力P1。 因此，用户处压力的最大波动范围等于计算压力降。nPkkP)(

4、21第7页/共63页第七页，共63页。一、低压(dy)管网计算压力降的确定 若根据系统负荷的变化(binhu)而改变起点压力，可大大提高用户处压力的稳定性。即随着管网负荷的降低而使起点压力随之降低，则燃具前的压力不会增加。 用户处压力波动范围影响因素： 1、计算压力降的大小、压降利用程度。 2、管网系统负荷的变化(binhu)情况。 3、调压器出口压力的调节方法。第8页/共63页第八页，共63页。一、低压管网计算(j sun)压力降的确定 （二）低压管网计算压力降的确定(qudng) 由以上分析知，与用户直接相连的低压管道的计算压力降等于燃具的最大允许波动范围。即取决于（k1k2）和Pn。 增

5、大Pn可以增大管网计算压力降，降低金属用量，节约管网投资。但是，Pn越大，对设备的制作和安装质量要求越高，管网的运行费用越大；若Pn取得过小，将增加管网的投资。 （k1k2）代表了燃具前压力的波动，其值越大，计算压力降越大，但燃具的正常工作要求其压力波动不超过一定的范围。第9页/共63页第九页，共63页。一、低压(dy)管网计算压力降的确定 研究表明，民用燃具的正常工作波动范围为 ，即k1=1.5，k2=0.5。考虑到高峰时一部分燃具不宜在过低的负荷下工作，因此k2取0.75， k1取1.5。 总计算压力降确定为： 因为即使在最不利(bl)情况下，调压站至用户间仍然有约150Pa的压力损失，因

6、此，规范中规定总计算压力降在以上基础上还可加大150Pa。%50nnPPkkP75. 0)(2115075. 0nPP第10页/共63页第十页，共63页。一、低压管网计算(j sun)压力降的确定第11页/共63页第十一页，共63页。 低压燃气管道总计算压力降的分配，应根据技术经济分析比较(bjio)后确定。一、低压管网计算(j sun)压力降的确定第12页/共63页第十二页，共63页。我国几个城市低压(dy)管道计算压力降项目北京上海沈阳天津燃具额定压力8009008002000管网起点压力110012001500180020003150燃具最低压力6006006001500计算压力降550

7、90013001650干管15050010001100支管200200100300户内管1008080100煤气表100120120150第13页/共63页第十三页，共63页。一、低压(dy)管网计算压力降的确定 （三）计算工况下管网水力工况分析 计算工况下，管网负荷为最大小时计算流量，管网的压力降为计算压力降。燃具负荷为额定负荷，即燃具前最小压力为额定压力Pn。 但选取计算压力降时取k2=0.75，即在管网为最大负荷时，燃具却在小于额定压力下工作。管网的计算流量和燃具的总流量不一致(yzh)，此种情况下，管网的工况如何？nnPPkP1第14页/共63页第十四页，共63页。一、低压(dy)管网

8、计算压力降的确定 由理论上分析，这种情况下，在高峰负荷时，管网的流量达不到计算流量，用气高峰不能保证。设用气高峰时管网的实际流量与计算流量之比为x，即 ，管道(gundo)压力降与燃具前压力之和等于起点压力。xQQPPbPPP175. 11221)()(xQaxQaPknnnnnPkkxPxPk)(2175. 1210)(175. 1212kxkkx第15页/共63页第十五页，共63页。一、低压管网计算(j sun)压力降的确定 当k2=0.75时，x=0.92。 而根据燃具流量水力公式(gngsh) 管网总流量应为 说明当管网按0.75Pn的计算压力降进行设计，尽管管网的输送能力小于计算流量

9、，但用户处的压力高于最低允许压力0.75Pn，而达到0.85Pn。这是由于随着管网的流量小于计算流量，管道的压力降小于计算压降，在起点压力为定值的情况下，使得燃具前的压力提高。22nnQaP QQ865. 075. 0第16页/共63页第十六页，共63页。一、低压管网计算(j sun)压力降的确定 实际上，高峰用气时的管网负荷还会进一步地接近计算流量。因为： 1、用气高峰时，燃具处为最低压力(yl)，燃具在负荷不足的情况下工作，势必延长燃具的使用时间，使得同时工作的燃具数增加。 2、有一部分用户并没有充分利用计算压力(yl)降，这些用户燃具前的压力(yl)在用气高峰时，可能接近于额定压力(yl

10、)，燃具可能在额定负荷下工作。 因此，计算压力(yl)降选择0.75Pn是完全合理的。第17页/共63页第十七页，共63页。二、高中压管网计算(j sun)压力降的确定 （一）高中压管网通过调压器与用户或低压管网相连，其压力(yl)波动不影响低压用户的燃气压力(yl)。 高中压管网的起点压力(yl)主要受上游供气压力(yl)的影响，其末端压力(yl)应保证中低压或高中压调压器能正常工作并通过用户在高峰时的用气量。 高中压管网的计算压力(yl)降等于起点压力(yl)与末端最小允许压力(yl)之差。第18页/共63页第十八页，共63页。二、高中(gozhng)压管网计算压力降的确定 （二）高中压管

11、网与中压引射式燃烧器相连时，需保证其在额定压力下工作，并考虑专用调压器的压力降及用户管道的压力损失。这样确定高中压管网末端的最小压力（通常取0.051.0MPa）。由上游提供的压力和下游最小压力求得其计算压力降。 （三）为了(wi le)保证供气的可靠性，在确定环网的计算压力降时应留有适当的压力储备。第19页/共63页第十九页，共63页。三、工业企业管道(gundo)计算压降的确定 （一）设有总调压装置的一级系统，管道直接与各车间的燃烧器相连。 车间燃烧器的最低压力控制在Pn，管网的压力降取决于管网负荷的稳定性和燃具前压力的允许波动范围。 假定管网起点的压力足够高，管网负荷越稳定，可取的计算(

12、j sun)压力降越高；但若管网负荷不稳定，计算(j sun)压力降太大，会导致燃具前压力超过其允许范围。nPPP1第20页/共63页第二十页，共63页。三、工业(gngy)企业管道计算压降的确定 因为，一旦压力降确定(qudng)，管网起点的压力也随之确定(qudng)。若管网负荷减小，管道压力降减小，燃具前压力升高。而燃具前的压力波动有其允许的范围。因此，计算压力降的确定(qudng)应综合考虑以上两个因素。 设燃具允许最大压力为 ，对应的流量为 ，有 ， 设管网负荷波动系数为 ，即 。maxbPmaxbQnbQQmaxmaxminQQ第21页/共63页第二十一页，共63页。三、工业企业(

13、qy)管道计算压降的确定 管道(gundo)最大负荷时，管道(gundo)压力降为计算压力降， ；管道(gundo)为最小负荷时，管道(gundo)压力降为最小， 。 起点压力为定值，所以，有下式成立nPPP1maxmin1bPPPnbPPPPmaxminnnPPPP22nPP2211第22页/共63页第二十二页，共63页。第23页/共63页第二十三页，共63页。三、工业企业管道(gundo)计算压降的确定 （二）管道通过调压器与燃烧器相连(xin lin) 与高中压燃气管道计算压力降的确定情况相同。第24页/共63页第二十四页，共63页。第二节 低压(dy)管网的水力工况 主要讨论用户燃具与

14、低压(dy)管网直接相连时，在任意工况下，用户燃具前的压力变化情况。 一、管网系统起点压力为定值时的工况 1、计算工况时，管网中的负荷最大，管网压力降最大，燃具前压力最低。 2、任意工况时，随着管网负荷的降低，管网压力降减少，用户燃具前压力升高。 设任意工况时，流量变化系数为x，则管道起点压力、燃具前压力和管道计算压降的关系为PxPPb75. 11第25页/共63页第二十五页，共63页。一、管网起点(qdin)压力为定值时的工况 因为(yn wi)P1=1.5Pn， P=0.75Pn。 由图中可见，当x=0.794时，燃具前压力为额定压力。当x=00.794时，燃具前压力大于额定压力。75.1

15、75.05.1xPPnb第26页/共63页第二十六页，共63页。一、管网起点(qdin)压力为定值时的工况第27页/共63页第二十七页，共63页。二、按月调节调压器出口(ch ku)压力时的水力工况 为了缩短燃具超负荷工作的时间，可采取按月调节调压器出口压力的措施，在用气量较低的月份降低出口压力。 调压器出口压力的调整值应满足(mnz)该月最大小时用气量时燃具前压力为额定压力。 各月最大小时用气量公式8760max3max21ymQKKKQ 第28页/共63页第二十八页，共63页。二、按月调节调压器出口压力(yl)时的水力工况 一年中不同月份(yufn)调压器出口压力P1可按以下步骤确定： 1

16、、求各月最大小时流量与管道小时计算流量之比xm。通常各月的最大日不均匀系数与最大小时不均匀系数变化很小，计算中认为相等，则 2、根据各月的 xm值计算当月最大压力降。 3、确定各月调压器的出口压力。max11KKQQxmm75. 1)(mPxPPPnPPP1第29页/共63页第二十九页，共63页。二、按月调节(tioji)调压器出口压力时的水力工况 例题：已知一年中各月的月不均匀系数如下表，燃具的额定压力Pn=1000Pa，求 1、各月调压器出口(ch ku)压力； 2、作图比较冬、夏季燃具前压力的波动范围。月份123456789101112K11.261.261.211.120.990.82

17、0.670.680.830.941.081.14第30页/共63页第三十页，共63页。例题(lt)： 求计算压力降， 求各月的最大小时流量(liling)与计算月的最大小时流量(liling)之比。 求各月最大小时流量(liling)时的实际压力降。anPPP75075. 0月份123456789101112xm110.960.890.7850.6510.5320.540.6590.7460.8570.905750750698612492354248255361449572630PP第31页/共63页第三十一页，共63页。例题(lt)： 确定调压器最大出口压力， 求各月调压器的出口压力， 按上

18、式计算的P1值大于P1max时，取P1max 比较冬、夏季(xij)用户燃具前的压力变化范围。 冬季燃具前压力Pb=1500750 x1.75 夏季(xij)燃具前压力Pb=1255750 x1.75anPPP15005 . 1max1PnPPP1月份123456789101112P1150015001500150014901350125012551360145015001500第32页/共63页第三十二页，共63页。第33页/共63页第三十三页，共63页。三、随管网负荷(fh)变化调节调压器出口压力时的水力工况 管网起点压力根据在任意工况下燃具前的压力等于或接近于额定压力而确定的。 由上式，

19、管网起点压力的最佳调节曲线(qxin)和用户燃具前的压力曲线(qxin)见下图。PxPPb75. 1175.1175.01xPPn第34页/共63页第三十四页，共63页。第35页/共63页第三十五页，共63页。三、随管网负荷变化调节调压器出口(ch ku)压力时的水力工况 由图可见，当0 x0.794时，调压器出口压力保持1.5Pn，燃具前压力为下式表达的曲线。75.175.05.1xPPnb第36页/共63页第三十六页，共63页。第三节 高、中压环网的水力(shul)可靠性 当管网中个别管段发生事故时，若整个系统通过能力的减少是在许可范围以内，则认为该系统是可靠(kko)的。城市高中压管网系

20、统，为了保证供气的可靠(kko)性，通常设计成环网。但环网中的管径选择情况不同，环路的可靠(kko)性不同。以下分两种情况讨论： 1、等管径环路的水力可靠(kko)性 2、等比压降环路的水力可靠(kko)性第37页/共63页第三十七页，共63页。一、等管径环路(hun l)的水力可靠性 为了分析方便，假设各管段的直径均为d，长度均为l，各管段的计算流量(liling)和节点流量(liling)如下图所示。第38页/共63页第三十八页，共63页。一、等管径环路(hun l)的水力可靠性 1、计算工况下，半环的压力(yl)损失： 此压力(yl)损失即为环网的压力(yl)损失。20232120202

21、221202023225 . 225. 2)5 . 1 (25. 0)5 . 0(QaPPQaQaPPQaQaPP第39页/共63页第三十九页，共63页。一、等管径环路(hun l)的水力可靠性 2、事故工况下，假设在最不利点即靠近供气点处出现事故，各管段的流量如图所示。假定所有(suyu)用户的用气量都均匀下降，其流量以计算工况下的节点流量乘以x表示，即Q=xQ。事故工况下环网的总压力损失为：20225212022024212022023242022022232022025522125.12)5.3(25.6)5.2(25.2)5.1(25.0)5.0(QaxPPQaxxQaPPQaxxQa

22、PPQaxxQaPPQaxxQaPP第40页/共63页第四十页，共63页。一、等管径环路(hun l)的水力可靠性 3、水力可靠性分析 如果计算工况和事故工况的起点压力和终点压力相同，则 也就是说，事故工况时，用户能够得到(d do)的燃气量将减少到计算流量的34.5%，这不能保证系统的供气可靠性。345. 0215 . 220220 xQaxQa第41页/共63页第四十一页，共63页。一、等管径环路(hun l)的水力可靠性 通常认为管网燃气的供气量不低于计算流量的70时系统是可靠的，即所有(suyu)用户的供气保证系数为0.7。为了保证供气的可靠性，管网系统应有一定的压力储备，以便在事故发

23、生时，增加允许压力降，从而增加流量。也就是说计算工况下管网的压力降小于计算压力降，计算压力降的利用程度为： 即计算压力降利用系数为25。 压降利用系数的大小与管网布置、供气保证系数等因素有关。25. 07 . 0212520220QaQa第42页/共63页第四十二页，共63页。二、用单位长度压降为常数(chngsh)计算管网时，环网的水力可靠性 假定环中(hun zhn)各管段长度相等，因此各管段压降相等。由于各管段管径不同，其阻抗也不同。第43页/共63页第四十三页，共63页。二、用单位长度压降为常数(chngsh)计算管网时，环网的水力可靠性 1、计算( j sun)工况下各管段压降及总压

24、力降22123212132213222212322221221222123223223225.4925.225.025.2)5.1(25.0)5.0(QaPPaaaaPPPPQaQaPPQaQaPP第44页/共63页第四十四页，共63页。二、用单位长度压降为常数计算(j sun)管网时，环网的水力可靠性 2、事故(shg)工况下，各管段压降及总压力降22122521221224124212212234232422122322223221222125228925.12)5 . 3 (925. 6)5 . 2 (925. 2)5 . 1 (25. 0)5 . 0 (QaxPPQaxxQaPPQax

25、xQaPPQaxxQaPPQaxxQaPP第45页/共63页第四十五页，共63页。二、用单位长度压降为常数计算(j sun)管网时，环网的水力可靠性 3、水力(shul)可靠性分析 如果计算工况和事故工况的起点压力和终点压力相同，则 说明事故工况时，用户能够得到的燃气量将减少到计算流量的22.5%。 为保证70的供气保证系数，需要压力储备，压降利用系数为：225. 0895 . 42212221xQaxQa%107 . 0895 . 42212221yQayQa第46页/共63页第四十六页，共63页。三、两种方法金属(jnsh)用量的分析 两种方法的比较在其水力可靠性相同(xin tn)的基础

26、上进行。即在事故工况下，环路的过流能力和总压力降相同(xin tn)。 过流能力相同(xin tn)，则x相同(xin tn)。 总压力降相同(xin tn)，则 管径与管段阻抗的关系如下：02132021221220212. 29236. 08921aaaaaQaxQax25.5025.52121dlkadlka第47页/共63页第四十七页，共63页。三、两种方法(fngf)金属用量的分析 由上述阻抗(zkng)之间的关系式，有 管道金属用量的近似表达式 等管径环路的金属用量 等比压降环路的金属用量 可见，第二种方法的金属用量多9.25。ddddaaaaaadd867.032.1236.03

27、22119.00019.021025.5121021ldcldMldcM 41ldcdlcM37. 4)867. 032. 1 (22第48页/共63页第四十八页，共63页。四、结论(jiln) 在相同水力可靠性的情况下，等管径环路比等比压降环路的金属用量要少。 在事故工况分析过程中，假定用户的用气量是均匀降低的，这在以下情况下完全成立。 1、事故工况不与全年的用气高峰期重合。季节性的用气量减少比由于个别管段损坏引起(ynq)的管网通过能力的降低还要大。事故工况并不影响用户的正常工作，用户的负荷均匀降低。适合管网大修。 2、在管段发生事故时，通过调度管理缩减部分用户的用气量，使用户的负荷均匀降

28、低。第49页/共63页第四十九页，共63页。第四节 低压(dy)环网的水力可靠性 低压管网和用户直接(zhji)相连时，由于各用户的燃气量是无法调节的，当发生事故时，各用户的用气量的减少是不同的，其取决于用户支管与环网连接点的压力和用户支管的压力降。连接点的压力降低，供气量随之减少。这是计算低压管网事故工况的基础。第50页/共63页第五十页，共63页。第四节 低压(dy)环网的水力可靠性 为了方便说明(shumng)，设管网为等管径环路，管网总压力降为0.75Pn，其中环路干管的计算压降为0.5Pn，支管的计算压降为0. 25Pn， 管网起点压力为1.5Pn。第51页/共63页第五十一页，共6

29、3页。第52页/共63页第五十二页，共63页。第四节 低压(dy)环网的水力可靠性 一、计算( j sun)工况的计算( j sun) 二、事故工况的计算( j sun) 三、用全压降计算( j sun)支管时管网的供气能力 四、用等压降计算( j sun)支管时管网的供气能力第53页/共63页第五十三页，共63页。一、计算(j sun)工况的计算(j sun) 1、环网干管的压力降 2、支管连接点压力及支管压力降 将用户燃具看作支管管(un un)路的一部分，末端压力为大气压。各连接点的压力分别为 P1=1.5Pn，P2=1.5Pna0(1.5Q)2=1.05Pn， P3=Pn。202020

30、315 . 2)5 . 1 ()5 . 0(QaQaQaPPnnnPQaQaPPQaPP2 . 055 . 05 . 220202031第54页/共63页第五十四页，共63页。一、计算(j sun)工况的计算(j sun) 各支管（包含(bohn)燃具）压降及阻抗0220512511515.755.15.1aQQaaQaPPPn02206226226225.5505.105.1aQQaaQaPPPn02207327337355aQQaaQaPPPn第55页/共63页第五十五页，共63页。一、计算(j sun)工况的计算(j sun) 3、整个(zhngg)系统的总压力降及总阻抗02202146

31、9. 01655 . 1)4(5 . 1aQQaaQaPPPssns第56页/共63页第五十六页，共63页。二、事故(shg)工况的计算 最不利的情况是在节点1发生事故，假设用两个相同的平行管段111、910代替(dit)管段15，每根管段的流量为0.5Q。根据并联回路的特点，以上两根管道的阻抗如下 整个管网构成一个串并联回路，其阻抗可由计算串并联管线的阻抗求得。02511091115110911130)2(111aaaaaaa第57页/共63页第五十七页，共63页。二、事故(shg)工况的计算 1、各并联(bnglin)管路的阻抗 2、系统的总阻抗0403021092622778. 0056

32、. 164. 2111aaaaaaaaa0115. 1aaas第58页/共63页第五十八页，共63页。三、事故(shg)工况下的供气量 1、总供气能力 由于管网系统起点压力保持不变，则系统的总压力降不变，为1.5Pn。设事故工况的供气能力与计算( j sun)工况的供气量之比为x，有下式QQxxQxaPsn55. 2464. 0)4(5 . 12第59页/共63页第五十九页，共63页。三、事故(shg)工况下的供气量 2、各用户在事故工况下的燃气量 并联管路管段流量与阻抗的关系 节点(ji din)1、4、3、2、9处的用户流量分别为 Q1-11=0.5Q，Q4-8=0.789Q，Q 3-7=

33、0.579Q， Q2-6=0.484Q，Q9-10=0.198Q。占计算工况下的百分数分别为：100%、78.9%、57.9%、48.4%、39.6%。1221aaQQ第60页/共63页第六十页，共63页。三、事故(shg)工况下的供气量 3、结论 （1）等管径低压环网的水力可靠性比高、中压环网要高得多。这是因为在低压系统中用户和管网直接连接，发生事故时用户的燃气量减少，燃具前的压力下降，从而管网的允许压力降增大，超过(chogu)计算压力降。 （2）事故工况下，不同用户的燃气量减少程度有显著差别。离气源点越近，燃气量减少越少。 （3）等管径低压环网在事故工况下大部分用户燃气量的降低并不太多，

34、可以满足水力可靠性的要求。第61页/共63页第六十一页，共63页。四、提高(t go)输配管网水力可靠性的途径 1、管网系统应有两个或两个以上的供气点以防止供气中断。高、中压管网及低压干管应成环布置。 2、如果存在天然或人工障碍，低压管网可分区布置，而不要连成整体系统，但每一独立区至少应有两个调压站。各调压站的出口可用同管径管道以最短的线路互相连接。 3、若高、中压管网只有一个环时，可采用相同或相近的管径，并留有一定的压力储备。 4、低压环网可按单位长度压力降为常数(chngsh)进行计算，而相邻管段直径不能相差太大。第62页/共63页第六十二页，共63页。感谢您的观看(gunkn)！第63页/共63页第六十三页，共63页。