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1、第七章 城市配气管网的水力工况,管网计算压力降的确定低压管网的水力工况高、中压环网的水力可靠性低压环网的水力可靠性,第一节 管网计算压力降的确定,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,第一节 管网计算压力降的确定,一、低压管网计算压力降的确定,几点说明：用户处的压力指燃具前的压力，是指在工作状态下，燃气到达燃具前所具有的剩余压力。用户与管网的连接方式有两种：通过用户调压器与管网相连；在调压器出口输出恒定压力，管网内压力波动不影响用户；用户直接与低压管网相连；燃具前的工作压力随着管网内压力、流量而波动；本章所讨论的问题指的都是第二种连接方式。,对于燃具：燃具的额定压力Pn
2、，只有在此压力下工作时，才能达到最优的燃烧性能。为保证燃具的正常、高效工作，要求燃气压力应位于额定压力附近，燃具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系数来表示：,式中： Pmax、Pmin燃具的最大和最小允许压力； K1、k2最大压力系数和最小压力系数；Pn燃具的额定压力。,为保证燃具的正常工作，必须保证燃具前压力波动在一个允许的范围内。,1、用户处的压力波动及其影响因素,直接连接用户的低压燃气管网的压力曲线。,图中A为管网的起点，B为干管的终点；E、F、G、B为用户C1、C2、C3、C4与干管的连接点。P1为起点压力即调压器的出口压力。,0,0,压降利用系数 用户的实际压力降/
3、管网计算压力降,用户燃具前的最大波动范围就等于管网的计算压力降。,计算压力降：在最大负荷下，管网起点（调压器出口）到最远端用户燃具前的压力降， 。,0,0,计算压力降的大小压降利用系数，压降利用系数不同，燃具前的压力不同管网负荷（流量）的变化情况调压器出口压力调节方法。,综上，用户处压力及其波动范围的影响因素主要有以下几点：,2、管网计算压力降的确定,影响管网计算压降的因素,燃具允许的压力波动范围限制了计算压力降的数值。为了尽可能地提高管网的计算压力降（P1-P2）：Q最小=0，灶具前出现最大压力，取燃具的最大允许压力，决定了管网起点最高压力。Q最大，灶具前出现最低压力，取燃具的最小允许压力，
4、决定了用户前最低压力。,对于民用灶具，k1、k2的取值应能使燃具正常燃烧，还要保证一定的热负荷。实验确定：最小压力系数k2取0.75，最大压力系数k1取1.5。,（2）管网计算压力降的确定,取决于燃具的额定压力Pn与k1、k2或者说与二者的差值有关，,燃气表的压力损失以150Pa计，,式中：Pd从调压站到最远燃具的总的允许阻力损失（Pa）； 0.75Pn管网的计算压力降， 150燃气表的压力损失。,低压燃气管道允许总压降,（3）低压燃气管道允许总压力降的分配,允许总压力降在低压干管、庭院、室内管之间的分配，应根据经济技术比较以及长期的运行经验确定。一般来讲，街区低压干管的压力降取0.5Pn左右
5、，庭院管道取0.15Pn左右，剩下的就是室内管道的允许压力降。,以天然气为例：允许总压降：街区： 1050Pa多层建筑： 庭院 250Pa; 室内 350Pa,见表7-3,3.低压天然气支管设计,等压降设计各支管允许压力降取相等的数值，各分支管线末端设计压力是不同 全压降设计使得支管末端的设计压力基本相同，各条支管压力降的取值不同,1500Pa,1400Pa,1300Pa,1200Pa,全压降设计优缺点,优点充分利用允许压力降，减小了管径，提高了经济性保证不同用户燃具前压力基本一致。缺点施工和设计麻烦管网系统发生事故，干管压力发生变化，可能导致支管末端压力低于设计要求,具体采用什么方式，在学术
6、上值得探讨。目前，一般均采用等压降设计。,二 高、中压管网计算压力降的确定,与低压管网不同，高、中压管网只有通过调压器才能与低压管网或用户相连，因此，高、中压管网中的压力波动，实际上并不影响低压用户的燃气压力。 计算压力降根据高中压管网的具体条件和运行工况要求而定，按高峰和低谷分别考虑：,1高峰计算时,起点压力就是管网方案设计时所定的设计压力或者管网源点的供气压力。 末端最小压力的确定可以从三个方面来考虑：,低谷核算时，仍取决于管网源点的供气压力和管网终端调压器或高中压用户的压力要求，此外，因低谷部分燃气将输往储气设备储存，计算压力降需同时满足储气的压力要求。,应保证区域调压站及专用调压站能正
7、常工作 应考虑中压引射式燃烧器的额定压力，管网的最小压力应能保证中压引射式燃烧器所需的引射压力。为满足事故工况下管网的过流能力，高、中压管网应该留有适当的压力储备。,2低谷核算时,第二节 低压管网的水力工况,研究内容条件：用户支管和低压管网直接连接任意工况研究用户燃具前的压力变化情况,管网系统起点压力为定值时的工况 按月(或季节)调节调压器出口压力时的水力工况随管网负荷变化调节调压器出口压力时的水力工况,低压管网在不同调压器出口压力运行方案下，管网压力随负荷变化的规律不同。,运行方式：系统起点压力(即调压器出口压力)为定值时，随负荷降低，管道中的实际压力降减少，用户燃具前的压力升高。系统起点压
8、力为定值，计算工况下管网起点压力、各用户燃具前的压力和管道压力降的关系式为： 系统起点压力为定值,任意用气工况时：,一、管网系统起点压力为定值时的工况,令,所以,由,管网压力的基本方程式：,可绘制任何用户处的压力曲线取P1=1.5Pn，取P=0.75Pn ，则：上式反映了在一定的值情况下，任何用户燃具前的压力比和流量比x （用气高峰时管网和用户的实际流量与计算流量的比值）的函数关系。几何图解如下：,讨 论,当=1和燃具前出现额定压力时 ，即Pb/Pn=1，管道中的流量为最大流量的79.4%；当x=00.794时，燃具前的压力将大于额定压力；当x=0.7941时，燃具前的压力将小于额定压力；当流
9、量比x=1时，即计算流量下，燃具前出现最小压力，Pb/Pn=0.75 。,压降利用系数 10.5的曲线40的压力线即直线1,由01的所有压力曲线都将落在斜线区内，这也是燃具前压力的波动范围。对大多数用户来说，其压降利用系数在0.51的范围内(双斜线区内)。,由图可见在系统起点压力为定值的情况下，燃具大部分时间在超负荷情况下工作。,二、按月(或季节)调节调压器出口压力时的水力工况,1、运行方式 按月调节调压器的出口压力，我们来研究这种条件下用户处压力随管道中流量的变化关系。2、目的 为缩短燃具超负荷工作的时间，可采取按月(或按季节)调节调压器的出口压力。即可以在用气量较低的月份降低出口压力。3、
10、原则 调压器出口压力的调整值应满足该月最大小时用气量时燃具前的压力为额定压力。,(1)各月最大小时用气量的计算,Qm该月最大小时用气量Qy 年用气量K1 该月的月不均匀系数K2 该月中最大日不均匀系数 K3 该月中最大日最大小时不均匀系数,4、不同月份调压器出口压力P1的确定步骤,(2) 求各月最大小时流量与管道计算流量的比值Xm,(3) 根据各月的xm值计算压力降(4) 确定各月调压器的出口压力（该月最大小时用气量时燃具前的压力为额定压力）,例 题：,已知一年中各月的月不均匀系数，Pn=1000Pa,1.各月的调压器出口压力2.作图比较冬、夏季（以8月份为例）燃具前压力在不同流量比时的波动范
11、围。,解:计算压力降 P0.75Pn0.751000750Pa 求各月的xm各月最大小时流量时的最大压力降, 确定各月调压器的出口压力,如果两项之和大于1500Pa，调压器出口压力仍取1500Pa。这样，用气高峰时所有燃具前的压力总是等于或小于Pn0.75Pn。,比较冬季、夏季（8月为例）用户燃具前的压力变化范围（取=1） 冬季燃具前压力： 夏季燃具前压力,通过季节性调节起点压力，可大大缩小燃具前压力波动范围；白天x在0.3以上 P11500Pa，+41%25%. P11500Pa， +160。, 夏季不降低调压器出口压力，仍保持为1500Pa，则+160上升为+41+24.5%。,管网起点压
12、力根据在任意工况下燃具前的压力等于或接近额定压力而确定取=1，Pb=Pn；P=0.75Pn，则方程为：,三、随管网负荷变化调节调压器出口压力时的水力工况,画出=1时管网起点压力的最佳调节曲线和用户燃具前的压力曲线。,当l时燃具前的压力曲线将高于=1。曲线3为=0.5时，斜线区表示随着值的不同燃具前压力的变化范围。,第三节 高、中压环网的水力可靠性,城市燃气管网的水力可靠性当管网中的某一管段发生故障时，整个管网通过能力的减少是在许可的范围之内，则认为系统是可靠的。燃气管网系统的两种设计理念等管径设计等压降设计,一、等管径设计，事故工况下的供气能力,特点：整个高、中压管网由同一管径的管道组成。具有
13、施工管理、维修方便的特点。压降公式：,PA、PB管段起点和终点的燃气压力；k与燃气性质有关的系数；a0管段的阻抗。,环网的特征：,各管段的直径均为d长度均为l管段1-4-3和管段1-2-3是对称的 计算流量和节点流量如图所示由于管径相同，所以各条管段的阻抗相等，以a0来表示。,a0,a0,a0,(a),(b),等管径高、中压环网的计算见图（a）计算工况（b）事故工况,计算工况下的分析,半环的压力损失,事故工况下的分析,假设在最不利点即靠近供气点出现事故，则环路的气流方向是1-4-3-2-5假定所有用户的供气量都均匀下降， 令：x=Q/Q 则：Q=xQ各段流量如图所示,事故状态下管路系统的压降损
14、失,事故工况下系统的流量,说明在事故工况下，用户能够得到的用气量将减少到计算流量的34.5%，称x为供气保证系数，表示事故工况下管网所能提供的燃气量与计算流量的比值。,如果计算工况和事故工况的起点压力和终点压力相同，则 ：,讨论：,事故工况下，系统的输量将减少到正常情况下的34.5%，不能保证正常供应。解决办法增加系统的压力储备，允许事故状态下压力降增大，从而增加流量，使燃气量不低于计算流量的70%，使所有用户的供气保证系数为x=0.7。,若使流量保证系数x=0.7，则计算工况下的压降利用系数:=,不同的x值，可计算出相应的值,x=0.5， =0.6x=0.7， =0.25x=1， =0.15
15、,可见，供气保证系数越高，计算工况下的压降利用系数越小，所需的压力储备越大。,讨论：,压力储备值的确定,与管网形式、负荷及供气保证系数有关。单环管网当供气保证系数为0.7时，计算压降利用程度的数值可取为0.250.3。所选的压力储备是否正确，应由最不利事故工况下的校核计算确定。最不利事故工况通常发生在管网起始管段断开的情况。多环管网多环管网由于可利用的通道多，因此压降储备系数可相对降低，用户供气保证系数增大；进行计算时要考虑多种不利情况进行核算。,二、单位长度上的压力平方差为常数计算管网时，事故工况下的供气能力,为常数的高、中压环网计算简图（a）计算工况 （b）事故工况,（a）,（b）,1、计
16、算工况,2、事故工况,假设计算工况和事故工况的起点压力和终点压力相同，则：,即在事故状况下，系统的流量只有正常情况下的22.5%。,a、事故工况不与用气高峰期相重合，而发生在用气量较低的季节，季节性的用气量减少比由于个别管段损坏所引起的管网通过能力的降低还要大。b、在管段发生事故时，通过调度管理缩减部分车间和工厂的燃气用量。在这种情况下，用户的负荷是均匀降低的。,在以下情况下，可认为各用户负荷是均匀降低的：,第四节 低压环网的水力可靠性,低压管网和用户直接相连，发生事故，各用户供气量的减少的主要影响因素：支管压力降用户支管与环网连接点的压力计算低压环网事故工况的基础连接点的压力降低则供气量就随
17、之减少压力损失按阻力平方区计算下面对等管径环网系统作水力可靠性的分折。,低压环网结构,各管段阻抗均为a0节点负荷为Q计算压力降为0.75Pn干管取为0.5Pn支管（包括庭院支管、引入管和室内管）取为0.25Pn最远用户计算工况下燃具前的压力为0.75Pn管网的起点压力为,一、计算工况的计算,半环1-2-3（或1-4-3）的压降方程由于干管的计算压力降为0.5Pn，因此得：,环路与各支管连接点的压力及各支管的压降,1、P3和P3-7的计算点3 的压力应为支管压力降0.25Pn和燃具前压力0.75Pn之和，即：,2、P2和P2-6（P4和P4-8）的计算,3、P1和P1-5的计算,4、整个系统（环
18、路和用户支管）的总阻抗,二、事故工况的计算,利用两个平行管段1-11、9-10代替管段1-5,每根管段的流量为0.5Q。,1、整个系统总阻抗的计算,事故后各管段的相互关系：所有终点（6、7、8、10、11）的压力均相等，并等于大气压；整个系统的总阻抗可通过计算并联管线的阻抗来得到。,事故状态下各管段之间的关系图,管段2-6和管段2-9-10的并联阻抗a2的计算,a2-6=5.25a0,管段3-7和管段3-2-6/（3-2-10）并联阻抗a3的计算,管段4-8和管段4-3-7（管段4-3-10）并联阻抗a4的计算,管段1-11和管段1-4-8（管段1-4-10）并联阻抗a1的计算,as=a1=1
19、.15a0,2、事故工况下的供气量,以Pn=5a0Q2代入，可得 结论：低压环网在事故工况下，流进环网的燃气流量是计算流量的64%，大大高于高、中压环网的22.5%和34.5%,（1）管网的总供气量事故工况下，P1和计算工况时相同，流入点1的流量为x(4Q)。,QS=4xQ=2.55Q,（2）事故状态下各用户的供气量,节点1事故工况下用户11得到的燃气量为0.5Q，这是因为事故工况下点1的压力不变。在沿管段1-4所通过的流量为,x11=1,节点4,节点3,节点2,节点9,管段2-9的流量等于由节点9送往用户10的燃气量。 即用户10在事故工况下的流量等于计算流量的39.6%（计算工况为0.5Q
20、）。,分 析,事故状态下不同位置用户燃气流量变化不同用户的燃气量减少程度有显著差别离环网供应点（调压站）越近，燃气量减少的量越少反之，越远则减少量的越多。,x11=1,x8=0.789,x7=0.579,x6=0.484,x10=0.396,用等压降计算支管时用户的供气量,所有用户支管压力降均相同（取0.25Pn）情况下的供气量支管压力降（包括燃具前的压力0.75Pn）,两种方法供气量比较：,大多数用户得到的燃气量几乎相同，只有末端用户用等压力降计算46%，大于用全压力降计算（39.7）。,1-用全压降计算枝管时用户供气量曲线2-用等压降计算支管时用户供气量曲线,结 论：等管径低压管网可以满足
21、供气可靠性的要求。,三、提高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供气中断向大用户、调压站以及小区居民用户供气时，都应双侧供气；高、中、低压管网都要连成环形。如果管网系统是由几个压力级组成，则应设一定数量的连接点（即调压站）以保证多点供气。,2、如果存在天然或人工障碍低压管网最好分区布置，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径管道以最短的线路互相连接，以保证当一个调压站关断时由另一个调压站供给必要数量的燃气。,3、对于高压管网如果高、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，以提高事故情况下的通过能力。对由许多环路组成的管网，整个压力降应当在沿燃气流动方向依次布置的各环路之间均匀地分配，并且每个环应由管径相同的管道构成。管网中环路越多，则压力储备可以减少。,4、对于低压管网低压环网可按单位长度压力降为常数进行计算，而相邻管段直径不能相差很大，否则在事故情况下就不能保证供应一定的燃气量。,
