燃气工程庭院户内水力计算

1、.燃气工程庭院户内水力计算重庆市川东燃气工程设计研究院齐海鸥2010.01一、水力计算基础知识水力计算的目的：树立“成本意识”，合理的确定管网的管径、流量、压力（压力降）。由于项目公司所做设计多为小区内的燃气管道，因此这里主要介绍小区庭院燃气管道水力计算、户内燃气管道水力计算、商业用户燃气管道水力计算。1、水力计算步骤（1）选择一条最不利管路（离已知压力点最远的一条管路），标好节点及管道长度；（2）确定节点流量；（3）初选管径，再进行校核并修改；（4）完善水力计算图（标管径，压力降，节点压力）。2 、水力计算的基本公式（1）总压力降=局部压力降+沿程压力降（简化计算：总压力降=1.051.1倍

2、沿程压力降）（2）压力降计算公式：A、低压管道计算公式 B、中压管道计算公式 C、速度控制低压管道流速控制在5m-8m（经济流速为6m）,中压管道流速控制在10-16m。3、燃气小时计算流量的确定燃气管道及设备的通过能力都应按燃气计算月的小时最大流量进行计算。小时计算流量的确定，关系着燃气输配系统的经济性和可靠性。确定燃气小时计算流量的方法有两种：不均匀系数法和同时工作系数法。（1）不均匀系数法适用于城镇燃气分配管道计算流量，对于整个城市管网的水力计算一般用此方法。计算公式如下：Qh（1n）Qa 式中： Qh 燃气小时计算流量（m3h）；Qa 年燃气用量（m3a）；n 燃气最大负荷利用小时数（

3、h）；其值 n（36524）KmKdKhKm月高峰系数。计算月的日平均用气量和年的日平均用气量之比；Kd日高峰系数。计算月中的日最大用气量和该月日平均用气量之比；Kh小时高峰系数。计算月中最大用气量日的小时最大用气量和该日小时平均用气量之比；居民生活和商业用户用气的高峰系数，应根据该城镇各类用户燃气用量（或燃料用量）的变化情况，编制成月、日、小时用气负荷资料，经分析研究确定。当缺乏用气量的实际统计资料时，结合当地具体情况，可按下列范围选用。月高峰系数取1.11.3；日高峰系数取1.051.2；小时高峰系数取2.23.2。工业企业和燃气汽车用户燃气小时计算流量，宜按每个独立用户生产的特点和燃气用

4、量（或燃料用量）的变化情况，编制成月、日、小时用气负荷资料确定。采暖通风和空调所需燃气小时计算流量。可按国家现行的标准城市热力网设计规范CJJ34有关热负荷规定并考虑燃气采暖通风和空调的热效率折算确定。（2）同时工作系数法在设计庭院燃气支管和室内燃气管道时，燃气的小时计算流量，应根据所有燃具的额定流量及其同时工作系数确定。计算公式如下： QhKt（KNQn） （公式1）式中 Qh 燃气管道的计算流量（m3h）； Kt 不同类型用户的同时工作系数；当缺乏资料 时，可取Kt1； K 燃具同时工作系数，居民生活用燃具可按表1确定，商业和工业用燃具可按加热工艺要求确定； N 同一类型燃具的数目； Qn

5、 燃具的额定流量（m3h）。 居民生活用燃具的同时工作系数 K 表1同类型燃具数目N燃气双眼灶燃气双眼灶和快速热水器同类型燃具数目N燃气双眼灶燃气双眼灶和快速热水器11.001.00400.390.1821.000.56500.380.17830.850.44600.370.17640.750.38700.360.17450.680.35800.350.17260.640.31900.3450.17170.600.291000.340.1780.580.272000.310.1690.560.263000.300.15100.540.254000.290.14150.480.225000.28

6、0.138200.450.217000.260.134250.430.2010000.250.13300.400.1920000.240.12二、庭院燃气管道水力计算1、低压燃气管道的基本计算公式（单位长度的摩擦阻力损失）低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按下式计算： 6.26107 （公式2）式中 P燃气管道摩擦阻力损失（Pa）；燃气管道摩擦阻力系数；计算方法如下公式3-公式6计算。L燃气管道的计算长度（m）；Q燃气管道的计算流量（m3/h）；d管道内径（mm）；燃气的密度（kg/m3）；T设计中所采用的燃气温度（K），本设计中取燃气温度为15；T0273.15（K）；不同流态下，摩擦阻力

7、系数值不同，计算公式如下：层流状态（Re3500）： 钢管 （公式5）铸铁管 （公式6） 式中 燃气管道摩擦阻力系数；Re雷诺数，d为管道内径（m），为管道断面的平均流速（m/s），d管道内径（mm）；Q燃气管道的计算流量（m3/h）；燃气的运动粘度（m2/s）；管壁内表面的当量绝对粗糙度，对钢管：输送天然气和气态液化石油气时取0.1；输送人工煤气时取0.15。 对于庭院燃气管道，燃气在管道中的运动状态绝大多数在紊流过渡区，因此一般取，相应的单位长度的摩擦阻力损失计算公式为：6.9106 （公式7）2、低压燃气管网压降及压降分配（1）城镇低压燃气管道从调压柜到最远端燃具的管道允许阻力损失城市燃

8、气管网与用户的连接有两种方法：一、通过用户调压器与燃具连接，这样管网中压力的波动不影响用户处的压力，燃气具就能在恒定压力下工作；二、用户直接与低压管网相接，这样，随着管网中流量的变化和压力的波动，燃具前的压力也随之变化。为了满足燃具燃烧的稳定性和良好的运行工况，应控制燃具前的压力波动范围。在计算工况下，管网的计算压力降就等于燃具压力的最大波动范围：一般民用燃具的正常工作可允许其压力在50%范围内波动，但考虑到高峰期一部分燃具不宜在过低的负荷下工作，因此，取最小压力系数K2=0.75，最大压力系数K1=1.50。这样，低压燃气管网（包括庭院和室内管）总的计算压力降可确定为：（不包括煤气表）按最不

9、利情况即当用气量最小时，靠近调压柜的最近用户处有可能达到压力的最大值，但由调压柜到此用户之间最小仍有约150Pa的阻力（包括煤气表阻力和干支管阻力），故低压燃气管道（含室内和庭院管）总的计算压力降最少还可以加大150Pa。则燃气低压管道从调压柜到最远燃具的管道允许阻力损失，可按下式计算：式中 从调压柜到最远燃具的管道允许阻力损失（Pa）； 低压燃具的额定压力（Pa）。注：含室内燃气管道允许阻力损失。根据上式，推算出低压燃气管道允许总压降如下表2所示。 低压燃气管道允许总压降 表2压力（Pa）天然气燃具额定压力2000燃具前最大压力20001.5=3000燃具前最小压力20000.75=1500

10、区域调压柜出口最大压力3000+150=3150允许总压降3150-1500=1650低压燃气管道允许总压力降的分配按城镇燃气设计规范（GB50028-2006）（281页）的推荐值，如下表3： 低压燃气管道允许总压力降的分配 表3 天燃气灶具额定压力总压力降街区单层建筑多层建筑庭院室内庭院室内23如果调压箱出口压力调到3000Pa，则庭院的最大压力降为3000-1500-400=1100Pa；庭院的额定压力降为3000-2000-400=600Pa。即：庭院压力降范围P=600Pa1100Pa。室内管道压力损失300-400Pa，假定调压柜出口3000（2800）Pa，灶具额定压力2000P

11、a。庭院总压力损失3000（2800）-2000-300（400）=700（400）Pa。因此，总压力损失在400-700之间是合理的，大于700，管径偏小，小于400，管径偏大。以总压降与允许的计算压力降比较，如不合适需要改变个别管段的管径。 公共建筑和工业企业专用调压站出口最大压力由燃烧器具工艺而定。 当由小区内直接调压时，燃气管道允许的阻力损失应保证最不利点（包括最近端和最远端及特殊点）处的燃具在其最低和最高使用压力之间正常工作。2、节点流量的计算在枝状管网中节点流量即从该节点流出的燃气流量，节点流量等于该节点后管段的计算流量，即：Qn=Qnn+1。详细算法详见例题。3、节点压力的计算节

12、点压力即为沿燃气流动方向上该节点上一节点与该节点前管段压降之差。详细算法详见例题1。例题1： 图1 庭院燃气管道水利计算图下面以图1为例详细说明一下庭院燃气管道水力计算的做法，主要包括管段压力降的计算、节点流量的计算和节点压力的计算。1、管段压力降的计算计算可按下述步骤进行：（1）首先选取最不利管路（一般选最长的管路），将各管段按顺序编号，凡是管径变化或流量变化处均应编号。（2）求出各管段的额定流量Qn，由Qn及各管段供气的用具同时工作系数值K可求得各管段的计算流量值Q。庭院燃气管道燃气小时计算流量采用同时工作系数法，计算公式用公式1。（3）根据各管段的计算流量Q以及预选的管径d确定单位长度的

13、摩擦阻力损失。低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失应按公式2公式7计算。（4）根据已知管段长度和步骤（3）所计算的单位长度的摩擦阻力损失可求得管段压力降=L。结合上述步骤，以管段1-2为例计算管段流量，管段1-2所带用户数为216户。每户燃具的额定用气量为：燃气灶取1.0Nm3/h台，家用燃气热水器取1.1 Nm3/h台，即Qn=1.0+1.1=2.1 Nm3/h台。由表1线性插值查得，216户用户燃气双眼灶和快速热水器同时工作系数为K=0.158，将Qn、K带入公式1得：Q1-2Kt（KNQn）=1.00.1582162.1=71.67Nm3/h管段1-2是预选管径dn63 SDR11系列PE

14、100材质的聚乙烯管，则管道内径为：d=dn-2=63-2=51.5mm本例题中取=0.75kg/m3；=14.0210-6m2/s，将其带入公式7，则该管段单位长度的摩擦阻力损失为： 6.9106（+192.2）0.25=6.9106（+192.2）0.250.75=19.31Pa/m根据上面的计算=19.31Pa/m，已知管段1-2的长度L=2m，则：=L=19.312=36.63Pa对于管段2-3，所带用户数为44+58+42+12+20=176户，由表1线性插值查得176户同时工作系数为K=0.162，将Qn、K带入公式1，得：Q2-3Kt（KNQn）=1.00.1621762.1=5

15、9.88Nm3/h管段2-3同管段1-2是预选管径dn63 SDR11系列PE100材质的聚乙烯管，管道内径d=51.5mm，则：6.9106（+192.2）0.25=6.9106（+192.2）0.250.75=13.80Pa/m已知管段2-3的长度L=6m，则：=L=13.806=82.80Pa将其列入表4中。同理，可求得其他管段的压降，如表4所示： 庭院燃气管道水利计算表 表4用户户数 对应K值流量管径修正管径比压降 （P/l）管长m压降P122160.15871.676351.500019.31238.63231760.16259.886351.500013.80682.8034132

16、0.16746.296351.50007.681746.0545740.17326.886351.50002.951650.0956320.18812.636351.50000.781912.51合计230.08修正水力损失276.10一般取压力修正系数可取1.2，最后的修正压力损失为1.2230.08=276.10Pa。2、节点流量的计算在枝状管网中节点流量即从该节点流出的燃气流量，节点流量等于该节点后管段的计算流量，即：Qn=Qnn+1如图1所示，则各节点流量为：Q1= Q1-2=1.00.1582162.1=71.67Nm3/hQ2= Q2-3=1.00.1621762.1=59.88N

17、m3/h同理Q3= Q3-4=46.29Nm3/hQ4= Q4-5=26.88Nm3/hQ5= Q5-6=12.63Nm3/hQ6= 1.00.188322.1=12.63Nm3/h3、节点压力的计算节点压力即为沿燃气流动方向上该节点上一节点与该节点前管段压降之差，调压箱位置的节点压力已知，在本例题中，调压箱出口压力为2800Pa，即节点1的节点压力为2800Pa，则节点2的节点压力为节点1的节点压力与管段1-2的管段压降之差，节点3的节点压力为节点2的节点压力与管段2-3的管段压降之差以此类推：P1=3000PaP2=P1-P1-2=2800-38.63=2761.37PaP3=P2-P2-

18、3=2761.37-82.80=2678.57PaP4=P3-P3-4=2678.57-46.05=2632.52PaP5=P4-P4-5=2632.52-50.09=2582.43PaP6=P5-P5-6=2582.43-12.51=2569.92Pa三、户内燃气管道水力计算1、计算方法：户内燃气管道压力降P = 管段压力降 + 燃气表压力降 附加压力管段压力降 = 沿程压力降 + 局部阻力2、管段压力降计算 方法一：计算局部阻力损失法当燃气流经三通、弯头、变径管、阀门等管道附件时，由于几何边界的急剧改变，燃气流线的变化，必然产生额外的压力损失，称之为局部阻力损失。在进行城市燃气管网水力计算

19、时，管网的局部阻力损失一般不逐项计算，可按燃气管道摩擦阻力损失的5%-10%进行估算。对于街坊内庭院管道和室内管道，由于管道附件较多，压力损失主要消耗在局部阻力损失，常需要按下式逐一计算。Pj0 (公式8)式中 Pj局部阻力的压力损失（Pa）；计算管段中局部阻力系数的总和（局部阻力系数可由表5查得）；W管段中燃气流速（m/s）；0燃气的容重（kg/Nm3）。管段压力降PPl+Pj（Pl沿程压力降，计算方法如公式2） 方法二：当量长度计算法局部阻力损失一般用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管段的当量长度L2。则管段的计算长度L等于管段实际长度L1与局部阻力系数的当量长度L2之和。局部阻力系数

20、对应的当量长度可根据下式计算： L2= (公式9)式中 d管道内径（m）；燃气管道的摩擦阻力系数，计算公式同公式3、4、5、6；计算长度L=L1+ L2，单位长度摩擦阻力损失同公式2。3、附加压力计算由于燃气与空气的密度不同，当管段始末端存在标高差值时，在燃气管道中将产生附加压头。因此，计算室内燃气管道及地面标高变化相当大的室外或厂区的低压燃气管道时，应考虑因高程差而引起的燃气附加压力。燃气的附加压力可按下式计算： =g（k -m）H =9.81（1.293-0.75）H (公式10) 式中 沿燃气流动方向管段终端及始端的标高差，计算时注意正负号（Pa）； k 空气的密度（kg/m3），一般取

21、1.293； m 燃气的密度（kg/m3），为方便计算，这里统一取0.75； H 燃气管道终、起点的高程差(m)。例如：P2=P1+H对天然气：P2P1P1max=3000Pa，如果P2P1，P2点压力大于3000Pa，将产生脱火。为了避免高层最高点用户用气压力过高，调压器出口压力一般要设定小于3000Pa，一般视情况设定为2600-2800Pa。4、燃气表压力降表的压损一般取150Pa。5、各管段的实际压力损失为管段压力降与附加压头之差：= -6、例题 户内燃气管道水利计算步骤如下：（1）将个管段顺序编号，凡是管径变化或流量变化处均应编号，如图4、图5所示。（2）根据同时工作系数，求各管段的

22、计算流量，计算方法同庭院计算流量的计算。（3）算出各管段的局部阻力系数，各管件的局部阻力系数可由表5查得，并求出局部阻力系数的当量长度L2。当量长度按公式9进行计算。（4）计算管段的压力损失，求得管段单位长度摩擦阻力损失后，乘以管段的计算长度，即得该管段的压力损失。室内燃气管道单位长度摩擦阻力损失同公式2。管段压力损失：=L（5）计算各管段的附加压头，用公式10。（6）求得各管段的实际压力损失，为管段压力与附加压头之差。（7）求室内燃气管道的总压降。结合上述步骤，以图4所示系统为例计算户内燃气管道的水力计算：管段0-1所带的用户数为1户，每户的额定用气量为2.1Nm3/h（燃气灶取1.0Nm3

23、/h，家用燃气热水器取1.1 Nm3/h），由表1查得1台燃气双眼灶和快速热水器的同时工作系数为1.00，则管段1-2的计算流量为：Q=1.01.0012.1=2.1 Nm3/h同理可求出其他管段的计算流量，并将其列入表7中。管段0-1中燃气的流速：则 Re3500，处于紊流状态，则：各管件局部阻力系数可由表5查得，管段0-1的局部阻力系数如下表6所示：表6 管段0-1局部阻力系数表管件名称个数局部阻力系数分流三通1 =1.5090弯头DN152 =22.2球阀1 =4.0旋塞1 =4.00-1=13.9其他管段的局部阻力系数计算方法同管段1-2，并列于表7中。管段0-1局部阻力系数的当量长度

24、为：L2=m管段0-1的实际长度为L1=0.7+0.8=1.5m，则管段0-1的计算长度为：L=L1+L2=1.5+4.72=6.22m6.261070.0440.75 =12.69Pa/m则管段0-1的压降 （包括燃气流经计量表时的压力损失，表的压损一般取150Pa）：=L+=12.696.22+150=229.01Pa管段0-1的附加压头： =Hg（a-g）=（H0-H1）g（a-g） =（14.5-14.6）9.81（1.239-0.75） =-0.53Pa管段0-1的实际压降为：=-=229.01-(-0.53)=229.54Pa同理，可求出其他管段的实际压降，并列入表7中。 户内燃气管道水力计算表 表7 管段 编号户数同时工作系数计算 流量 Nm3/h管径 m流速 m/h雷诺数摩擦阻力系数局部 阻力 系数当量 长度L2 m管长L1 m计算 长度L m单位长度压力损失Pa/mP Pa终始端高差H m附加 压头 P附Pa管段压 力损失 P实 Pa0-11 1.002.115 3.3035340.044 13.904.721.56.2212.7 229.01-0.1-