燃气管网的水力工况专家讲座.pptx

第七章 燃气管网水力工况n第一节 管网计算压力降确实定n第二节 低压管网水力工况n第三节 高、中压环网水力可靠性n第四节 低压环网水力可靠性燃气管网的水力工况专家讲座第1页第一节 管网计算压力降确实定n一、低压管网计算压力降确实定n二、高、中压管网计算压力降确实定n三、工业企业燃气管道计算压力降确实 定燃气管网的水力工况专家讲座第2页一、低压管网计算压力降确实定n低压管网分两种情况：na.与用户直接连接nb.经过调压器与用户连接n此处介绍计算压力降是指第一个情况下管网压力降。燃气管网的水力工况专家讲座第3页一、低压管网计算压力降确实定n（一）用户处压力波动及其影响原因n用户直接与低压管网连接，伴随管网中流量改变，燃具前压力也随之改变。为满足燃具燃烧稳定性和良好运行工况，应控制燃具前压力波动范围。n燃具能够正常工作最大允许压力和最小允许压力可用燃具额定压力乘一个系数表示。燃气管网的水力工况专家讲座第4页一、低压管网计算压力降确实定n燃气管网设计时采取计算工况：管道系统流量是最大流量（小时计算流量），管网系统压力降最大，称为计算压力降，用户处压力最小。n运行中最不利工况：管网负荷最小，管网压力降最小，燃具前压力最大。n对于管网起点压力为定值情况，燃气管网的水力工况专家讲座第5页燃气管网的水力工况专家讲座第6页一、低压管网计算压力降确实定n由图中可见，从调压器出口A到各用户压力降是不一样，这就使用户处出现不一样压力。由A点到用户C2、C4压力降为计算压力降，而到用户C1、C3实际压力降小于计算压力降。所以，不一样用户压降利用程度不一样，则燃具前压力波动范围也不一样。燃气管网的水力工况专家讲座第7页一、低压管网计算压力降确实定n实际应用中，管网负荷伴随时间而不停改变，当调压器出口压力为定值时，伴随负荷降低，管道中流量降低，压力降减小，用户处压力增大。在最不利工况下，管网负荷为零，全部用户处压力都等于调压器出口压力P1。n所以，用户处压力最大波动范围等于计算压力降。燃气管网的水力工况专家讲座第8页一、低压管网计算压力降确实定n若依据系统负荷改变而改变起点压力，可大大提升用户处压力稳定性。即伴随管网负荷降低而使起点压力随之降低，则燃具前压力不会增加。n用户处压力波动范围影响原因：n1、计算压力降大小、压降利用程度。n2、管网系统负荷改变情况。n3、调压器出口压力调整方法。燃气管网的水力工况专家讲座第9页一、低压管网计算压力降确实定n（二）低压管网计算压力降确实定n由以上分析知，与用户直接相连低压管道计算压力降等于燃具最大允许波动范围。即取决于（k1k2）和Pn。n增大Pn能够增大管网计算压力降，降低金属用量，节约管网投资。不过，Pn越大，对设备制作和安装质量要求越高，管网运行费用越大；若Pn取得过小，将增加管网投资。n（k1k2）代表了燃具前压力波动，其值越大，计算压力降越大，但燃具正常工作要求其压力波动不超出一定范围。燃气管网的水力工况专家讲座第10页一、低压管网计算压力降确实定n研究表明，民用燃具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负荷下工作，所以k2取0.75，k1取1.5。n总计算压力降确定为：n n因为即使在最不利情况下，调压站至用户间依然有约150Pa压力损失，所以，规范中要求总计算压力降在以上基础上还可加大150Pa。燃气管网的水力工况专家讲座第11页一、低压管网计算压力降确实定燃气管网的水力工况专家讲座第12页n低压燃气管道总计算压力降分配，应依据技术经济分析比较后确定。一、低压管网计算压力降确实定燃气管网的水力工况专家讲座第13页我国几个城市低压管道计算压力降项目北京上海沈阳天津燃具额定压力800900800管网起点压力110012001500n18003150燃具最低压力6006006001500计算压力降55090013001650干管15050010001100支管200200100300户内管1008080100煤气表100120120150燃气管网的水力工况专家讲座第14页一、低压管网计算压力降确实定n（三）计算工况下管网水力工况分析n计算工况下，管网负荷为最大小时计算流量，管网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。n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。管网计算流量和燃具总流量不一致，此种情况下，管网工况怎样？燃气管网的水力工况专家讲座第15页一、低压管网计算压力降确实定n由理论上分析，这种情况下，在高峰负荷时，管网流量达不到计算流量，用气高峰不能确保。设用气高峰时管网实际流量与计算流量之比为x，即 ，管道压力降与燃具前压力之和等于起点压力。燃气管网的水力工况专家讲座第16页一、低压管网计算压力降确实定n当k2=0.75时，x=0.92。n而依据燃具流量水力公式n管网总流量应为n说明当管网按0.75Pn计算压力降进行设计，尽管管网输送能力小于计算流量，但用户处压力高于最低允许压力0.75Pn，而到达0.85Pn。这是因为伴随管网流量小于计算流量，管道压力降小于计算压降，在起点压力为定值情况下，使得燃具前压力提升。燃气管网的水力工况专家讲座第17页一、低压管网计算压力降确实定n实际上，高峰用气时管网负荷还会深入地靠近计算流量。因为：n1、用气高峰时，燃具处为最低压力，燃具在负荷不足情况下工作，势必延长燃具使用时间，使得同时工作燃具数增加。n2、有一部分用户并没有充分利用计算压力降，这些用户燃具前压力在用气高峰时，可能靠近于额定压力，燃具可能在额定负荷下工作。n所以，计算压力降选择0.75Pn是完全合理。燃气管网的水力工况专家讲座第18页二、高中压管网计算压力降确实定n（一）高中压管网经过调压器与用户或低压管网相连，其压力波动不影响低压用户燃气压力。n高中压管网起点压力主要受上游供气压力影响，其末端压力应确保中低压或高中压调压器能正常工作并经过用户在高峰时用气量。n高中压管网计算压力降等于起点压力与末端最小允许压力之差。燃气管网的水力工况专家讲座第19页二、高中压管网计算压力降确实定n（二）高中压管网与中压引射式燃烧器相连时，需确保其在额定压力下工作，并考虑专用调压器压力降及用户管道压力损失。这么确定高中压管网末端最小压力（通常取0.051.0MPa）。由上游提供压力和下游最小压力争得其计算压力降。n（三）为了确保供气可靠性，在确定环网计算压力降时应留有适当压力贮备。燃气管网的水力工况专家讲座第20页三、工业企业管道计算压降确实定n（一）设有总调压装置一级系统，管道直接与各车间燃烧器相连。n车间燃烧器最低压力控制在Pn，管网压力降取决于管网负荷稳定性和燃具前压力允许波动范围。n假定管网起点压力足够高，管网负荷越稳定，可取计算压力降越高；但若管网负荷不稳定，计算压力降太大，会造成燃具前压力超出其允许范围。燃气管网的水力工况专家讲座第21页三、工业企业管道计算压降确实定n因为，一旦压力降确定，管网起点压力也随之确定。若管网负荷减小，管道压力降减小，燃具前压力升高。而燃具前压力波动有其允许范围。所以，计算压力降确实定应综合考虑以上两个原因。n设燃具允许最大压力为 ，对应流量为n ，有 ，n设管网负荷波动系数为 ，即 。燃气管网的水力工况专家讲座第22页三、工业企业管道计算压降确实定n管道最大负荷时，管道压力降为计算压力降，；管道为最小负荷时，管道压力降为最小，。n起点压力为定值，所以，有下式成立燃气管网的水力工况专家讲座第23页燃气管网的水力工况专家讲座第24页三、工业企业管道计算压降确实定n（二）管道经过调压器与燃烧器相连n与高中压燃气管道计算压力降确实定情况相同。燃气管网的水力工况专家讲座第25页第二节 低压管网水力工况n主要讨论用户燃具与低压管网直接相连时，在任意工况下，用户燃具前压力改变情况。n一、管网系统起点压力为定值时工况n1、计算工况时，管网中负荷最大，管网压力降最大，燃具前压力最低。n2、任意工况时，伴随管网负荷降低，管网压力降降低，用户燃具前压力升高。n设任意工况时，流量改变系数为x，则管道起点压力、燃具前压力和管道计算压降关系为燃气管网的水力工况专家讲座第26页一、管网起点压力为定值时工况n因为P1=1.5Pn，P=0.75Pn。n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。燃气管网的水力工况专家讲座第27页一、管网起点压力为定值时工况燃气管网的水力工况专家讲座第28页二、按月调整调压器出口压力时水力工况n为了缩短燃具超负荷工作时间，可采取按月调整调压器出口压力办法，在用气量较低月份降低出口压力。n调压器出口压力调整值应满足该月最大小时用气量时燃具前压力为额定压力。n各月最大小时用气量公式燃气管网的水力工况专家讲座第29页二、按月调整调压器出口压力时水力工况n一年中不一样月份调压器出口压力P1可按以下步骤确定：n1、求各月最大小时流量与管道小时计算流量之比xm。通常各月最大日不均匀系数与最大小时不均匀系数改变很小，计算中认为相等，则n2、依据各月 xm值计算当月最大压力降。n3、确定各月调压器出口压力。燃气管网的水力工况专家讲座第30页二、按月调整调压器出口压力时水力工况n例题：已知一年中各月月不均匀系数以下表，燃具额定压力Pn=1000Pa，求n1、各月调压器出口压力；n2、作图比较冬、夏季燃具前压力波动范围。月份123456789101112K11.261.261.211.120.990.820.670.680.830.941.081.14燃气管网的水力工况专家讲座第31页例题：n求计算压力降，n求各月最大小时流量与计算月最大小时流量之比。n求各月最大小时流量时实际压力降。月份123456789101112xm110.960.890.7850.6510.5320.540.6590.7460.8570.905750750698612492354248255361449572630燃气管网的水力工况专家讲座第32页例题：n确定调压器最大出口压力，n求各月调压器出口压力，n按上式计算P1值大于P1max时，取P1max n比较冬、夏季用户燃具前压力改变范围。n冬季燃具前压力Pb=1500750 x1.75n夏季燃具前压力Pb=1255750 x1.75月份123456789101112P1150015001500150014901350125012551360145015001500燃气管网的水力工况专家讲座第33页燃气管网的水力工况专家讲座第34页三、随管网负荷改变调整调压器出口压力时水力工况n管网起点压力依据在任意工况下燃具前压力等于或靠近于额定压力而确定。n由上式，管网起点压力最正确调整曲线和用户燃具前压力曲线见下列图。燃气管网的水力工况专家讲座第35页燃气管网的水力工况专家讲座第36页三、随管网负荷改变调整调压器出口压力时水力工况n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示曲线。燃气管网的水力工况专家讲座第37页第三节 高、中压环网水力可靠性n当管网中个别管段发生事故时，若整个系统经过能力降低是在许可范围以内，则认为该系统是可靠。城市高中压管网系统，为了确保供气可靠性，通常设计成环网。但环网中管径选择情况不一样，环路可靠性不一样。以下分两种情况讨论：n1、等管径环路水力可靠性n2、等比压降环路水力可靠性燃气管网的水力工况专家讲座第38页一、等管径环路水力可靠性n为了分析方便，假设各管段直径均为d，长度均为l，各管段计算流量和节点流量以下列图所表示。燃气管网的水力工况专家讲座第39页一、等管径环路水力可靠性n1、计算工况下，半环压力损失：n此压力损失即为环网压力损失。燃气管网的水力工况专家讲座第40页一、等管径环路水力可靠性n2、事故工况下，假设在最不利点即靠近供气点处出现事故，各管段流量如图所表示。假定全部用户用气量都均匀下降，其流量以计算工况下节点流量乘以x表示，即Q=xQ。事故工况下环网总压力损失为：燃气管网的水力工况专家讲座第41页一、等管径环路水力可靠性n3、水力可靠性分析n假如计算工况和事故工况起点压力和终点压力相同，则n也就是说，事故工况时，用户能够得到燃气量将降低到计算流量34.5%，这不能确保系统供气可靠性。燃气管网的水力工况专家讲座第42页一、等管径环路水力可靠性n通常认为管网燃气供气量不低于计算流量70时系统是可靠，即全部用户供气确保系数为0.7。为了确保供气可靠为了确保供气可靠性，管网系统应有一定压力贮备，方便在事故发生时，增性，管网系统应有一定压力贮备，方便在事故发生时，增加允许压力降，从而增加流量加允许压力降，从而增加流量。也就是说计算工况下管网压力降小于计算压力降，计算压力降利用程度为：n即计算压力降利用系数为25。n压降利用系数大小与管网布置、供气确保系数等原因相关。燃气管网的水力工况专家讲座第43页二、用单位长度压降为常数计算管网时，环网水力可靠性n假定环中各管段长度相等，所以各管段压降相等。因为各管段管径不一样，其阻抗也不一样。燃气管网的水力工况专家讲座第44页二、用单位长度压降为常数计算管网时，环网水力可靠性n1、计算工况下各管段压降及总压力降燃气管网的水力工况专家讲座第45页二、用单位长度压降为常数计算管网时，环网水力可靠性n2、事故工况下，各管段压降及总压力降燃气管网的水力工况专家讲座第46页二、用单位长度压降为常数计算管网时，环网水力可靠性n 3、水力可靠性分析n假如计算工况和事故工况起点压力和终点压力相同，则n说明事故工况时，用户能够得到燃气量将降低到计算流量22.5%。n为确保70供气确保系数，需要压力贮备，压降利用系数为：燃气管网的水力工况专家讲座第47页三、两种方法金属用量分析n两种方法比较在其水力可靠性相同基础上进行。即在事故工况下，环路过流能力和总压力降相同。n过流能力相同，则x相同。n总压力降相同，则n管径与管段阻抗关系以下：燃气管网的水力工况专家讲座第48页三、两种方法金属用量分析n由上述阻抗之间关系式，有n管道金属用量近似表示式n等管径环路金属用量n等比压降环路金属用量n可见，第二种方法金属用量多9.25。燃气管网的水力工况专家讲座第49页四、结论n在相同水力可靠性情况下，等管径环路比等比压降环路金属用量要少。n在事故工况分析过程中，假定用户用气量是均匀降低，这在以下情况下完全成立。n1、事故工况不与整年用气高峰期重合。季节性用气量降低比因为个别管段损坏引发管网经过能力降低还要大。事故工况并不影响用户正常工作，用户负荷均匀降低。适合管网大修。n2、在管段发生事故时，经过调度管理缩减部分用户用气量，使用户负荷均匀降低。燃气管网的水力工况专家讲座第50页第四节 低压环网水力可靠性n低压管网和用户直接相连时，因为各用户燃气量是无法调整，当发生事故时，各用户用气量降低是不一样，其取决于用户支管与环网连接点压力和用户支管压力降。连接点压力降低，供气量随之降低。这是计算低压管网事故工况基础。燃气管网的水力工况专家讲座第51页第四节 低压环网水力可靠性n为了方便说明，设管网为等管径环路，管网总压力降为0.75Pn，其中环路干管计算压降为0.5Pn，支管计算压降为0.25Pn，n管网起点压力为1.5Pn。燃气管网的水力工况专家讲座第52页燃气管网的水力工况专家讲座第53页第四节 低压环网水力可靠性n一、计算工况计算n二、事故工况计算n三、用全压降计算支管时管网供气能力n四、用等压降计算支管时管网供气能力燃气管网的水力工况专家讲座第54页一、计算工况计算n1、环网干管压力降n2、支管连接点压力及支管压力降n将用户燃具看作支管管路一部分，末端压力为大气压。各连接点压力分别为nP1=1.5Pn，P2=1.5Pna0(1.5Q)2=1.05Pn，nP3=Pn。燃气管网的水力工况专家讲座第55页一、计算工况计算n各支管（包含燃具）压降及阻抗燃气管网的水力工况专家讲座第56页一、计算工况计算n3、整个系统总压力降及总阻抗燃气管网的水力工况专家讲座第57页二、事故工况计算n最不利情况是在节点1发生事故，假设用两个相同平行管段111、910代替管段15，每根管段流量为0.5Q。依据并联回路特点，以上两根管道阻抗以下n整个管网组成一个串并联回路，其阻抗可由计算串并联管线阻抗求得。燃气管网的水力工况专家讲座第58页二、事故工况计算n1、各并联管路阻抗n2、系统总阻抗燃气管网的水力工况专家讲座第59页三、事故工况下供气量n1、总供气能力n因为管网系统起点压力保持不变，则系统总压力降不变，为1.5Pn。设事故工况供气能力与计算工况供气量之比为x，有下式燃气管网的水力工况专家讲座第60页三、事故工况下供气量n2、各用户在事故工况下燃气量n并联管路管段流量与阻抗关系n节点1、4、3、2、9处用户流量分别为nQ1-11=0.5Q，Q4-8=0.789Q，Q 3-7=0.579Q，nQ2-6=0.484Q，Q9-10=0.198Q。占计算工况下百分数分别为：100%、78.9%、57.9%、48.4%、39.6%。燃气管网的水力工况专家讲座第61页三、事故工况下供气量n3、结论n（1）等管径低压环网水力可靠性比高、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，发生事故时用户燃气量降低，燃具前压力下降，从而管网允许压力降增大，超出计算压力降。n（2）事故工况下，不一样用户燃气量降低程度有显著差异。离气源点越近，燃气量降低越少。n（3）等管径低压环网在事故工况下大部分用户燃气量降低并不太多，能够满足水力可靠性要求。燃气管网的水力工况专家讲座第62页四、提升输配管网水力可靠性路径n1、管网系统应有两个或两个以上供气点以预防供气中止。高、中压管网及低压干管应成环布置。n2、假如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，但每一独立区最少应有两个调压站。各调压站出口可用同管径管道以最短线路相互连接。n3、若高、中压管网只有一个环时，可采取相同或相近管径，并留有一定压力贮备。n4、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太大。燃气管网的水力工况专家讲座第63页