燃气输配6

第六章燃气管网的水力工况第六章燃气管网的水力工况§6-1管网计算压力降的确定§6-2低压管网的水力工况一、用户的压力波动及其影响因素二、管网计算压降的确定§6-1管网计算压力降的确定三、低压管网的水力工况图6计算工况下管网的压力曲线P1AC1C2C3C4P2ΔPΔP′PC4ΔP″PC3PC2PC1C1C2C3E′C1C2C3C4EFGBC1C2C3C4AEFGBF′G′B′C4AAB图6—1计算工况下管网的压力曲线一、用户的压力波动及其影响因素用户处的压力及其波动范围主要取决于以下三个因素：1.计算压力降的大小和压降利用程度（或称压降利用系数）；2.系统负荷（流量）的变化情况；3.调压器出口压力调节方法。二、管网计算压降的确定低压管网计算压降的确定管网的计算压力降ΔP应等于用户处燃具压力的最大波动范围，即ΔP=Pmax-Pmin=(K1-K2)pn式中Pmax、Pmin——燃具的最大和最小允许压力，Pa。k1、k2——最大压力系数和最小压力系数；Pn——燃具的额定压力，Pa。•燃具的额定压力Pn增大，管网计算压力降ΔP就会随之增大，从而可降低金属用量，节约管网投资。而Pn越大，对设备的制作和安装质量要求越高，管网的运行费用也越大.•若Pn取得过小，运行费用降低但管网的投资会增加.因此，在选取Pn时要进行综合的技术、经济比较。增大燃具的压力波动范围，就可以增大管网计算压力降，节省金属用量。但是，燃具的正常工作却要求其压力波动不超过一定的范围.实际测定表明，当燃具前压力波动为0.5Pn～1.5Pn时，燃烧器的性能能够达到燃具质量标准的要求，即k1=1.5，k2=0.5，但实际k2=0.75是可行的。低压燃气管网（包括庭院和室内管）总的计算压力降为：ΔP=(k1-k2)Pn=（1.5-0.75）Pn=0.75Pn最小压力系数k21时的工况分析当管网的起点压力为定值时，燃具前的压力随着管网负荷的变化而变化，管网负荷最小时燃具前的压力最大，随着管网负荷的增加，燃具前的压力将随之降低，管网负荷最大时，燃具前出现最小压力。只有k2=1时，燃具前的最小压力等于额定压力。若取k21，即允许燃具在最大负荷时处在小于额定压力下工作。当k21时，不能保证高峰用气。设用气高峰时，管网和用户的实际流量Qp与计算流量Q的比值为x，即Qp=xQ。在用气高峰时，燃具前压力Pb和管道压力降△Pp之和等于管道起点压力P1,即P1=Pb+△Pp或k1Pn=s2(xQ)2+s1(xQ)1.75又在计算工况下：ΔP=(k1-k2)Pn=s1Q1.75Pn=s2Qn2x2+(k1-k2)x1.75-k1=0由此可得：以k1=1.5代入得出k2与x的对应关系。x10.980.960.940.90.850.80.759k210.9410.8790.8130.6710.4670.2280当k21时，随着k2值的减小，管道流量与计算流量之比x值也越来越小，但二者的减小程度不同，当k2=0时,x=0.759，远远大于0。这是因为当管道中的实际流量小于计算流量时，管道的实际压力降也小于计算压力降。管道的压力降加上用户燃具前的压力等于管道的起点压力，在起点压力为定值的系统中，管道实际压力降减小，使得剩余压力降加大，即按k2、Pn计算的燃具前压力增大，其相应的流量随之增大。现以k1=1.5,k2=0.75为例分析管道的压力工况。当k1=1.5,k2=0.75时，系统起点压力1.5Pn等于燃具前压力0.85Pn和管道压力降0.65Pn之和。从上述分析可见，取k2=0.75，在高峰用气时，仅满足了最大负荷的92%(x=0.92)。高、中压燃气管网计算压力降的确定高、中压燃气管网的压降，即管网始、末端压力之差，应按管网的投资和运行费用进行经济技术比较后确定，此外还应考虑城市规模，远、近期城市燃气的发展状况和现有压缩机运行能力等。管网末端压力主要由管网末端调压器的最小进口压力和过滤器的阻力确定。§6-2低压管网的水力工况一、管网系统起点压力(即调压器的出口压力)为定值时的工况二、按月（或季节）调节调压器出口压力时的水力工况三、随管网负荷变化调节调压器出口压力时的水力工况一、管网系统起点压力(即调压器的出口压力)为定值时的工况在计算工况下，P1=Pb+βΔP在任意用气工况时，P1=Pb+βΔPp计算压力降利用系数75.175.1xQQPPpp管道压力降和流量的关系如下：可得管网压力的基本方程式：P1=Pb+x1.75βΔP系统起点压力为定值，即取P1=1.5Pn，取计算压力降ΔP=0.75Pn代入上式，整理得：75.175.05.1xPPnb反映了在一定β值情况下，任意用户燃具前的压力比和流量比x的函数关系。图6-2起点压力为定值时，燃具压力随流量的变化曲线300.20.20.40.60.40.80.60.8x1.0x=0.79411.41.01.25P1/Pn1.5P/PnPb/PnPb/Pn42图6—2起点压力为定值时，燃具压力随流量的变化曲线在系统起点压力为定值的情况下，燃具大部分时间在超出额定压力的情况下工作。因此，调压器出口压力若不随燃气用量的变化而进行相应调节,那么燃具就不能在良好的状况下工作；如果调压器的出口压力按用气负荷的变化进行相应调节,就可以减小燃具前的压力波动范围,提高燃具工作的稳定性。存在问题：二、按月（或季节）调节调压器出口压力时的水力工况按月（或按季节）调节调压器的出口压力，即在用气量较低的月份降低调压器出口压力，可以缩短燃具在超负荷情况下的工作时间，提高燃具工作的稳定性。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。各月调压器的出口压力P1可按下述步骤确定:1.确定各月最大小时流量与管道计算流量的比值xm2.根据各月的xm值，计算压力降ΔPp=ΔP（xm）1.753.确定各月调压器的出口压力，即P1=Pn＋ΔPp例：已知上海一年中各月的月不均匀系数如表2-3所示。燃具的额定压力Pn=1000Pa，按月调节调压器出口压力，试求：1.各月的调压器出口压力。2.在β=1时，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围。三、随管网负荷变化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,管网起点压力是根据在任意工况下，燃具前的压力等于或接近额定压力而确定的。75.1175.01xPPnP1=Pb＋βΔPp=Pb+βΔPx1.75取β=1、Pb=Pn、ΔP=0.75Pn,则200.20.20.40.60.40.80.60.8x1.0x=0.79411.41.01.2PnP1/Pn1.5P/PnPb/PnPb/Pn3图6-4P1与P的最佳压力调节曲线图6—4P1与Pn的最佳压力调节曲线在0≤x≤0.794时,为保持燃具前的压力Pb=Pn，调压器出口压力应按曲线1进行调节。当x≥0.794时,调节器出口压力P1达到最大值1.5Pn,并应维持1.5Pn不变，而随着x的增大，即x=0.794～1,燃具前的压力将逐渐减小。注：此调节方法是假设所有用户的β值均相同的理想情况下，来确定调压器出口压力的最佳曲线。在调压器出口安装节流孔板的方法使调压器的出口压力随着负荷的变化而进行调节如图6—5所示。图65调压器和节流孔板联合工作时的压力曲线1AABB50D稳定段PAPgP2P1ΔP0ΔPc234图6—5调压器和节流孔板联合工作时的调节曲线1—调压器；2—导压管；3—孔板；4—管道调压器将以孔板后的静压Pg为定值。当燃气用量增加时,在孔板处的气流动压也增加,管网起点的燃气压力P1就会增高；反之，当燃气用量减少时,管网起点的燃气压力P1就会减小。即管网起点压力随燃气用量的变化而变化。可通过选择不同的孔板孔径d0，得到不同变化幅度的管网起点压力P1。22212FmQPPg管网起点压力方程式:其中Pg是调压器所应保证的压力，可用改变调压器薄膜上荷重的方法来调整。式中：m——孔口与管道截面之比。F——管道截面积，cm2。α——孔板流量系数；242max24111025.8xDSQmPPg调压器和孔板联合工作时的特性方程式:它给出了在一定的调压器出口压力Pg和一定的孔口截面积mF的条件下，管网起点压力P1随流量比x的变化关系。式中：Qmax——燃气流量，m3/h；S——燃气相对密度；D——管道内径，mm。在选择Pg和mF时，应保证燃具前的压力波动在0.75≤≤1.2的范围内，这时，系统起点压力变化范围应是1.2Pn～1.5Pn。nPDSQm42max42105.27上式为孔板的计算公式。然后由表6—5或图6—6求出孔板直径d0（曲线和表是按标准的流量系数作出的）。系统起点压力及用户燃具前压力随负荷变化的关系式：75.1275.03.02.1xxPPnb213.02.1xPPn调压器和孔板联合工作，β值取1和0.5时，和随x变化的曲线，见图6—7。0.4图67调压器和孔板联合工作时的和曲线1.20.200.20.80.60.41.0P/Pn1.51.41.00.60.8Pn2P1x=0.794x=0.613P1/PnPb/PnPb/PnPnPbPnx用孔板调节管网起点压力改善了燃具的工况，缩小了燃具前压力的波动范围。•燃具前的最大压力由1.5Pn降到1.2Pn，其相应的最大超负荷由+22%降到+10%。•在β=1时，燃具流量在10%～30%内波动。而绝大部分用户的压降利用系数是在0.5＜β＜1之间，故流量偏离额定值在10%～-13%范围内。•由于调压器出口压力调节曲线比较平缓，与图6-4所示的最佳调节曲线相比，低于额定压力的用户有所增加。[例6-2]已知人工燃气燃烧器的额定压力Pn=1000Pa，管道内径D=156mm（φ165×4.5），燃气的相对密度S=0.328，Qmax=1000m3/h，试确定调压器出口压力Pg和孔板直径d0，并绘图表示β=1时燃烧器前压力可能的波动范围。[解]调压器出口压力：Pg=1.2Pn=1.2×1000=1200（Pa）孔板直径：13.01200156328.01000105.27105.2742442max42nPDSQm由图6—6得，因而d0=0.55×156=85.8（mm）55.0m0.400.21.00.60.8PnP1Pb图68和随x的变化曲线x4006008001000120014001500P(Pa)图6—8P1与Pb随x的变化曲线