城市民用燃气管网的水力计算

我国天然气大发展时代己经到来，随着社会的发展和生产、生活文明程度的提高，要求天然气工业有较快的发展，以改善能源结构，保护大气环境。随着我国城市能源结构的调整 ，天然气将成为主要的城市能源。在城市燃气的发展过程中，民用燃气管网的水力参数计算是城市燃起管网设计、改造、扩建的基础，它直接决定着城市燃气发展的安全稳定性，所以燃气管网的水力分析计算在城市燃气的发展中起着不可替代的重要作用。它能解决名用管网设计中存在的问题，使工作科学化，理论化。同时它能推动燃气事业不断向前发展。

一、城市民用燃气管网的水力计算

1.气体管流的基本方程

天然气在管内流动时，沿着气体流动方向，压力下降，密度减少，流速不断增大，温度同时也在变化，决定燃气流动状态的参数有：压力P、密度P、流速w。为求解这些参数有三个基本方程[2]：连续性方程、运动方程和气体状态方程。分别如下：

连续性方程：

由以上方程组成为非线性方程组，一般情况下没有解，但可忽略某些数值很小的项，并用线性化的方法求得近似解，可作如下假设：

1.1由于地下燃气管道的温度变化不大，可以假定燃气在管道内等温流动，即T=常数。

1.2地下燃气管道的标高变化较小，可以不计管道纵轴方向的重力作用分力。

1.3假设气体在管道内作稳定流动，即气体的质量流量在管道的任一截面上为常数，不随时间和距离的变化而改变。

1.4从工程观点出发忽略某些对计算结果影响不大的项，可略去运动方程中对流项和惯性项。

根据以上假设，可得圆断面管道绝热稳定流动的基本方程式：

对于低压管道：

其中： Pm-管道始端和终端压力的算术平均值。

Pm=（P1+P2）/2≈P0 （1-6）

所以低压管道的基本计算公式表达为下列形式[2]

二、低压输配气管道的压力降的计算

低压天然气管道有Z= Z0 =1所以单位长度的沿程压力降宜按下式计算：

三、天然气分配管道计算流量的确定

燃气分配管道的各管段根据连接用户的情况分为三种[3]：

1.管段沿途不输出燃气，用户连接在管段的末端，这种管段的燃气流量是个常数，其计算流量就等于转输流量。见图3.3a 所示

2.分配管网的管段与大量居民用户、小型公共建筑用户相连。这种管段的主要特征是：

由管段始端进入的燃气在途中全部供给各处用户，这种管段只有途泄流量，如图3.3b所示。

3.最常见的分配管段的供气情况是，流经管段送至末端不变的流量为

转输流量Qz，在管段沿程输出的燃气流量为途泄流量Q，即该管段上既有转输流量，又有途泄流量。如图3.3c所示。

在设计低压分配管网时，连在低压管道上各用户用气负荷的原始资料通常很难详尽和确切，当时只能知道街坊或区域的总的用气负荷。在确定管段的计算流量时，既要尽可能精确地反映实际情况，而确定的方法又应不太复杂。在城市燃气管网计算中可以认为，途泄流量是沿管段均匀输出的，管段单位长度的途泄流量为：

途泄流量只包括大量的居民用户和小型公共建筑用户。如果用气负荷较大的用户也连在该管段上，则应看作集中负荷来进行计算。计算时假定在供气区域内居民用户和小型公共建筑用户是均匀分布的，而其数值主要取决于居民的人口密度。

求解途泄流量可用下面的方法：

3.1在供气的范围内，按不同的居民人口密度户划分成小区；

3.2分别计算各小区的用气量，以居民人口数乘以每人每小时的燃气计算流量e （Nm3/人.h）} e值与生活水平、用气规律、用气设备类型等因素有关；

3.3计算出各管段的单位长度途泄流量q；

3.4求管段的途泄流量，即单位长度途泄流量乘以管段长度。若该管段向两侧小区域均需供气，则应是两边的单位长度途泄流量之和乘管长（见图1）。

以图3.3d为例，各管段的途泄流量为：

参考文献

[1]袁恩熙 ，许震芳，王汝元等.工程流体力学.华东石油学院机械系，1986， 10.

[2]袁宗明，谢英，梁光川等. 城市配气.西南石油学院储运研究所，2004， 8.

[3]李长俊，汪玉春，陈祖泽等.天然气管道输送.石油学院储运教研室，2000.

[4]姚莉等.城市关然气管网规划设计.2003，5月.

[5]马良涛.燃气输配. 北京：中国电力出版社，2004.