《现代燃气工程》结课论文
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题目：燃气管网水力计算
姓名：王朋飞
学号：S2*******
教师：范慧方
引言
随着能源结构的不断改变，燃气开发规模和应用规模的不断扩大。城市燃气管网是现代化城市人民生活和工业生产的一种主要能源配送方式，燃气输配管网的设计和运行要求对系统进行水力计算，获取必要的参数。
燃气输配管网系统由高度整体化的管网所组成，在系统内燃气压力和流量变化很大，需要通过水力计算来确定管网中每一管段的尺寸（如管径、管径）、材质等参数以及压缩机的台数功率以保证既向用户合理地供应天然气，又能降低操作管理费用。[1]
同时，考虑在满足用户用气量的前提下，当某一条或几条管道的使用有一定的压力要求时，水力计算数据可确定在这种最大承受压力下管道各个节点的压力，从而保证管网的正常运行。另外，水力计算也用于调整各个调压阀的出口压力来适应事故工况下输送压力的要求。
随着燃气事业的发展，燃气输配管网系统也日趋庞大和复杂，为了掌握燃气在管道内的运行规律，合理地确定管道系统的设计和改造方案，保证管道系统的优化运行，提高管道系统的调度管理水平，解决管网流动的动态特性，在一些比较大型的城市燃气管网的水力计算分析中，必须要依靠相关的计算分析软件进行，以减少手工量和人工误差。
1燃气管网水力计算
燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃气的流动是不稳定流，由压送机站开动压缩机不同台数的工况以及用户用气量变化的工况，这些因素都导致了燃气管道内燃气压力和流量的变化。管内燃气沿程压力下降会引起燃气密度的减小。但是在低压管道中燃气密度变化可以忽略不计。所以，除了单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线要用不稳定流进行计算外，在大多数情况下，设计燃气管道时都将燃气流动按稳定流计算。此外，很多情况下，燃气管道内的流动可认为是等温的，其温度等于埋管周围土壤的温度。燃气管网按照敷设形式可分为两大类：枝状管网和环状管网。[2]下面就分别介绍两种形式的管网的水力计算特点和方法。
1.1枝状管网水力计算
1.1.1枝状管网水力计算特点
枝状管网是由输气管段和节点组成。任何形状的枝状管网，其管段数P 和节点数m 的关系均符合：
1P m =-
燃气在枝状管网中从气源至各节点只有一个固定流向，输送至某管段的燃气只能由一条管道供气，流量分配方案也是唯一
的，枝状管道的转输流量只有一个数值，任意
管段的流量等于该管段以后（顺气流方向）所
有节点流量之和，因此每一管段只有唯一的流
量值，如图1所示。
管段3-4的流量为：
10985443q q q q q Q ++++=-
管段4-8的流量为：
109884q q q Q ++=-
此外，枝状管网中变更某一管段的直径时，不影响管段的流量分配，只导致管道终点压力的改变。因此，枝状管网水力计算中各管段只有直径i d 与压力降i P ?两个未知数。
1.1.2枝状管网水力计算步骤
⑴ 对管网的节点和管段编号。
⑵ 确定气流方向，从主干线末梢的节点开始，利用0=∑i Q 的关系，求得管网各管段的计算流量。
⑶ 根据确定的允许压力降，计算管线单位长度的允许压力降。
⑷ 根据管段的计算流量及单位长度允许压力降预选管径。
⑸ 根据计算选定的标准管径，求摩擦阻力损失和局部阻力损失，计算总的压力降。
⑹ 检查计算结果。若总的压力降超出允许的精度范围，则适当变动管径，直至总压力降小于并趋近于允许值为止。
1.1.3摩擦阻力损失,局部阻力损失和附加压头的计算方法
一、摩擦阻力损失的计算方法
根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-93,2003版）附录A 燃气管道摩擦阻力计算:
1、低压燃气管道
根据燃气在管道中不同的运动状态，其单位长度的摩擦阻力损失采用下列各式计算：
(1)层流状态 ：2100Re ≤
Re
64=λ 0410
1013.1T T d
Q l P νρ?=?
(2)临界状态：3500~2100Re =
510
Re 652100Re 03.0--+=λ 052546)10231078.111(109.1T T d
Q d Q d Q l P ρνν-?-+?=? (3)湍流状态：3500Re >
1）钢管：
25.0)Re
68(11.0+=d K λ 0
5225.06)2.192(109.6T T d Q Q d d K l P ρν+?=? 2）铸铁管：
284.0)51581
(102236.0Q
d d νλ+= 0
52284.06)51581(104.6T T d Q Q d d l P ρν+?=? 2、中压燃气管道
根据燃气在管道中不同的材质，其单位长度的摩擦阻力损失采用下列各式计算：
1）钢管：
25.0)Re
68(11.0+=d K λ 05225.092221)2.192(104.1T T d
Q Q d d K L P P ρν+?=- 2）铸铁管：
284.0)51581
(102236.0Q
d d νλ+= 0
52284.092221)51581(103.1T T d Q Q d d L P P ρν+?=- 根据《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63-95）知，聚乙烯燃气管道单位长度的摩擦阻力计算和钢管公式一样,只是K=0.01.而钢管K=0. 15.
二、局部阻力损失的计算方法
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的水力计算时，管网的局部阻力损失一般不逐项计算，可按然气管道摩擦阻力损失的5%～10%进行估算。对于庭院管和室内管道及厂、站区域的燃气管道，由于管路附件较多，局部阻力损失所占比例较大，常需逐一计算。局部阻力损失，可用下式求得：
ρζ2
2
u P ∑=? 式中 P ?—局部阻力的压力损失（Pa ）；
ζ∑—计算管段中局部阻力系数的总和；
u —管段中燃气流速（s m /）
； ρ—燃气的密度（3/m kg ）。
局部阻力损失也可用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管段的当量长度2L ，各种管件当量长度2L 查《燃气热力工程常用数据手册》，实际工程中通常按当量长度计算局部阻力。
三、附加压头的计算方法
由于燃气与空气的密度不同，当管段始末段存在标高差值时，在燃气管道中将产生附加压头，其值由下式确定：
H g P g a ?-=?)(ρρ
式中 P ?—附加压头（Pa ）；
g —重力加速度；
a ρ—空气的密度（3/Nm kg ）
； g ρ—燃气的密度（3/Nm kg ）
； H ?—管段终端和始端的标高差值（m ）。
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，应考虑附加压头。
1.2环状管网的水力计算
1.2.1环状管网的水力计算特点
环状管网是由一些封闭成环的输气管段与节点组成。任何形式的环状管网，其管段数P 、节点数m 和环数n 的关系均符合下式：
1P m n =+-
环状管网任何一个节点均可由两向或多向供气，输送至某管段的燃气同时可由一条或多条管道供气，可以有不同的流量分配方案。
此外，环状管网中变更某一管段的直径时，就会引起管段流量的重新分配，并改变管段各节点的压力值。因此，环状管网水力计算中各管段有三个未知量：直径i d 与压力降i P ?以及流量i Q ，这与之前枝状管网的流动特点不一样，因而水力计算也不一样。
1.2.2水力计算基本方程
1、连续方程
气体被视为连续介质，在气体流动时总是连续地充满它所占据的空间，不出现空隙。这样根据质量守恒定律，流入节点的流体质量必然等于流出节点的流体质量，又由于假设气体稳定流动，所以体积流量也相等。也可以说连接于任何节点的所有管段流量，其代数和为零。用方程表示为：
0i Q i =1,2,...m-1∑= （）
2、压降方程（能量方程）
气体在管线中流动将产生摩阻损失，长输管线的摩阻损失一般包括两部分，一是气体通过直管段所产生的沿程摩阻；二是气体通过各种阀件、管件所产生的局部摩阻。压降方程反应的就是管段流量与压力损失之间的关系，可用下面的表达式来描述：
K j j j j j Q P l j =1,2,...P d αβ
?= （）
式中α和β值与燃气流动状况及管道粗糙度有关，而常数K j 则与燃气性质有关。
3、回路方程
回路方程表示的是每个基环中各管段的压力损失代数和为零。即
0n P n=1,2,...n
∑?= （） 上述的三个方程构成的联立方程组亦称为管网的基本方程。现在已有的天然气水力计算方法和计算机软件都是对这三个方程的联立求解。
1.2.3环状管网的水力计算方法
一般地，天然气管网稳态分析是指：己知管径D 、压力损失P ?、摩阻系数f 以及配气站或控制点的压力和节点流量，求出各管段的流量和各节点的压力。当管道中的气体为等温流动时，可以用流量Q 、压力损失P ?、管径D 、管长L 和摩阻系数f 来描述其流动状态。当D 、L 、f 为已知时，只有Q 、P ?为未知数时，而Q 和P ?的关系可以用压降方程来表示。根据求解的未知量不同，可以将管网分析方法分为：
（1）通过天然气管网基本方程，将P ?消去，以Q 为未知量的计算方法，称为流量法，根据方程组的构造方法又可将其分为解环方程法和解管段方程法。[3]
（2）通过天然气管网基本方程，将Q 消去，以P ?为未知量的计算方法，称为节点压力法。
下面将分别介绍这三种方法。
1、环方程法
环方程法的基本思想是：在满足节点连续性条件下，由能量方程组成非线性方程组，引进环修正流量概念，以此修正流量为未知数，将非线性方程组线性化来求解，方程组的个数为管网基环数。
解环方程的主导思想是在满足连续性方程的前提下，逐步修正管段流量减小环闭合差，从而最后满足压降方程。环方程法的典型算法有牛顿—拉夫逊(Newton-RaphSon)法和哈迪—克劳斯法等。
国内学者李德波(2005年)基于哈迪一克劳斯法原理，通过严密的数学推导，给出了节点流量修正量的一般表达式，从而解决了复杂管网的流量分配问题，是改进目前大城市复杂环状管网水力计算的一种有效方法。[4]
2、管段方程法
管段方程法的基本思想是：将能量方程线性化处理，与节点连续方程联立形成以管段流量为未知数的线性方程组来求解，方程个数为管网管段数。由于其原理主要是将非线性的能量方程线性化，故也可称之为线性化方法。其具体过程是，先将回路方程线性化，然后结合连续性方程组成线性方程组进行迭代求解。
田贯三等学者(2002年)总结了城镇燃气管网稳态分析管段方程法的基本原理及其数学推导过程，并对管网稳态分析几种常用方法进行了系统的研究与比较，在计算工作量、计算精度、收敛速度等方面做出了综合评价，为提高编程质量提供了理论依据[5]。
3、节点方程法
节点方程法的基本思想是：将管段流量通过管段压降方程转化为用管段两端的节点压力表示之后，代入节点连续方程，形成以节点压力为未知量的非线性方程组来求解，方程个数为管网的节点数(一般情况下不包括参考节点)。
解节点方程法的具体过程是，先将压降方程改变形式，用各管段两端节点的压力差表示管段的压力损失，使其成为关于节点压力的表达式，然后代入连续性方程构造关于节点压力的非线性方程组，通过各种算法来求解这个非线性方程组。应用于节点方程法的典型算法有牛顿—拉夫逊法、有限单元法和线性逼近法等。
段常贵等(2000年)在对燃气管网进行水力分析的基础上，建立了通用的管网稳态分析数学模型，用简单迭代法(原理同线性逼近法)和牛顿—拉夫逊法分别求解数学模型，并根据两种算法的不同特点将其结合起来。通过两个算例来比较各种算法的计算效果，提出了稳定、高效的求解模型算法。[6]
除此之外，还有很多管网计算方法，如拟牛顿法[7]、蒙卡特罗法、延拓法等等，然而无论使用那种方法，都是在满足天然气管网连续性方程、压降方程和回路方程基础上求解未知管径、流量和压降。
2燃气管网水力计算模拟软件
随着计算机技术的发展，现有很多关于燃气管网的软件。燃气管网仿真经历了由数字仿真到可视化仿真阶段，而可视化仿真是数字模拟与科学计算可视化技术相结合的产物。这些软件不仅仅能进行水力计算，还能进行管道模拟仿真，越来越集成化。
2.1单一水力计算软件编制
西南石油大学袁崇明、汪玉春、李长俊等人在建立数学模型和求解模型所采用的数学方法上作了许多探讨，并且取得了一定的成果，其开发的GASFLOW和EGPNS动态仿真软件已得到了初步应用，但这两套软件的建模思想均忽略了温度变化。可见，其计算所得结果对于低压燃气管网是可以接受的，相对误差较小，但对于长输管线、复杂的燃气管网以及在燃气和环境温差较大时计算所得结果将会与实际情况有较大偏差。石油大学吴长春等人与石油规划总院进行了干线输气管道（管网）稳态优化运行方面的研究，并研发了稳态优化运行软件GPNOPT2。2002年，石油大学又开发了西气东输稳态优化运行软件WEGPOPT。另外，哈尔滨工业大学、天津大学、同济大学、重庆大学的许多科研人员在燃管网方面也取得了很大的研究成果。由于受到动态仿真研究水平的限制，我国目前在管道在线控制系统仿真方面还没有进行过任何研究工作，这方面将是我国学者今后研究的一个重要方向。
G.P.Berard等(1977年)介绍了一种天然气管网稳态分析计算程序CASPR （Capability And Simulation Program），此程序基于“牛顿-拉夫逊节点方程法”的同时增加了优化节点编号、按相同比例分配进气量等功能，成功地应用于工程实际，证明是一种合理有效的天然气管网稳态分析工具。
王荣和等(2000年)根据优化原理将管网稳态分析问题转化为单目标优化问题，其目标函数由节点计算气压与SCADA实测气压的平方差、管段流量与SCADA实测流量的平方差和各气源计算供气量与实际供气量的平方差这三部分的和组成，并充分考虑了各种约束条件，用遗传算法对燃气管网进行了分析，从
而扩充了燃气管网系统优化设计软件WDOC软件系统的功能，在多个大中型城市的实际燃气系统中加以应用取得了良好的效应。
2.2相关仿真软件介绍
到20世纪末，输气管道或管网稳态模拟和优化运行技术已基本成熟。近几年来，国外的一些软件公司，如Advantica Stoner公司和Simone公司、美国TETCO 输气管道公司等都进行了输气管网非稳态下优化运行的研究，并且已经在模型和算法上取得了一定的进展。现在己有的多种天然气管网稳态分析的软件、仿真程序，虽各有特色，但究其根本，都是对连续性方程、压降方程和回路方程的联立求解。
一个好的燃气管网仿真软件应至少能够实现以下功能：图形的绘制及修改；图形的识别及数据的输入；管网水力计算；管网稳动态仿真；管网负荷动态平衡；管网可靠性分析；管网遥测监控；仿真图表的输出等。
（1）TGNET软件[8]
美国的SSI公司开发的TGNET (Transient gas network)软件是一套功能较强的燃气长输管道的仿真软件，也是我国最早引进的燃气管网仿真软件，已在世界上45条油气管道上应用。该软件的自动选择时步功能确保了计算结果精确，且其计算速度高于实时运行速度，另外，该软件含有精确的普通管道设备模型，如球阀、泵、止回阀及调节阀。
图2 TGNET界面
该软件可以对管道运行的瞬态水力状况进行模拟，其在线模拟系统由实时模型、预测模型和自动先行模拟等几个模拟软件组成。其中，实时模型是根据管道液（气）体流动的连续性方程、动量方程、能量方程及状态方程建立的数学模型，编制实时模拟应用程序，再根据管内流体的温度、压力、流量、密度及组分等参数完成管道的泄漏检测与定位、超低压保护、批量及组分跟踪、热值跟踪等功能。而预测模型可计算某一时刻管道的存储量、管内批量油品的位置，预测喘振条件，检测输差等。自动先行模拟软件是根据目前的实时模拟条件和设备的设定来确定将来的运行条件有何变化，预测水击的产生，做到超前保护。管道在线仿真系统的应用可有效地提高管道运行的安全性和经济性。
（2）SynerGEE Gas软件
SynerGEE Gas是天然气运输和分输网络模拟软件，用于天然气运输和分输管道系统的一个离线的液压模拟工具（网络分析和计划），可为天然气运输\分输公司、设施和工程公司提供各种模拟分析，诸如满足政府在管道运行方面的立法要求，更有效、安全的管道运行、提供更多管道目前信息和高级应用。可将安全、高效的网络运行最大化，增加产出、降低运行成本、运行状况分析、潜在问题的警告等，满足法律法规的要求，将管道数据转换成运行信息等。
图3 SynerGEE Gas软件示意图
此外，还有美国Stoner公司开发了用于气体稳态管网设计的软件SWS，以及模拟长输管道动态工况的软件SPS。还有Williams管道公司开发的CBT(Computer-Based Tranining)软件，以及法国燃气公司Gazde France开发的ACROLOLE的软件。意大利Snamprogetti公司开发了专门用于气体管网的仿真软件DTS(DisPatchin Tutoral System)，该软件可以通过SCADA系统接口软件，以在线仿真软件方式运行，也可以离线形式运行。
参考文献
[1] 刘伟,唐文芳等. 城市燃气管网水力计算软件的开发.油气储运.2002,21(1): 25～27
[2] 段长贵.燃气输配.中国建筑工业出版.2007.
[3] 白建辉.天然气管网稳态分析综合方法及比较研究.西南石油大学.2007
[4] 李德波.复杂环状管网水力计算方法探究.节能技术,2005;23(132):327～330
[5] 田贯三.城镇天然气管网水力分析数学模型与计算方法.天然气工业,2002;22 (3):96～98.
[6] 段常贵,徐彦峰等.燃气管网的稳态分析.煤气与热力,2000;20(2):95～97.
[7] 谢伟光. 牛顿法在燃气管网节点压力计算中的应用. 煤气与热力,1998.
[8] 宋汉成,蒋永明等.城市燃气管网仿真研究.
低压燃气管道水力计算 公式 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
燃气管道输送水力计算 一、适用公式 燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。 但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。 二、低压燃气管道水力计算公式： 1、层流状态 R e≤2100 λ＝64/R e R e＝dv/γ ΔP/L＝×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0） 2、临界状态 R e＝2100~3500 λ＝＋（R e－2100）/（65 R e－1×105） ΔP/L＝×106［1＋（ Q0－7×104dγ）/（－1×105dγ）］ （Q02/d5）ρ0（T/T0） 3、紊流状态 R e≥3500 1）钢管λ＝［（Δ/d）＋（68/ R e）］ ΔP/L＝×106［（Δ/d）＋（dγ/ Q0）］（Q02/d5）ρ0（T/T0） 2）铸铁管λ＝［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］ ΔP/L＝×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa） L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数 Q0——燃气流量（Nm3/h） d——管道内径（mm）ρ0——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和时的燃气运动粘度（m2/s） Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm） R e——雷诺数 T——燃气绝对温度（K） T0——273K v——管内燃气流动的平均速度（m/s） （摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）
城市燃气输配管网系统的水力计算分析 摘要：本文主要介绍了城市燃气输配管网水力计算的意义和计算方法并以实例分析运用和验证了方法的使 用。 关键词：燃气输配管网、水力计算。 1水力计算分析的意义 管网的水力分析是城市管网科学管理的基础,其任务是在输入节点流量及管长、管材、管径的情况下了解管网各管段的实际流量分配,各节点的压力,以及气源的工作情况,即了解整个管网的实际运行工况,从而得到科学、精确的信息.这样既为改建!扩建管网设计提供准确的数据资料,避免工程的盲目性。同时,也为城市管网的科学管理提供数据信息,以便有关部门对管网突发事件作出快速反应、能否正确地进行水力计算,直接影响到输配系统的经济性和可靠性。 2水力计算 2.1燃气管网的水力计算基本公式 2.1.1气体管段流量的基本方程 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ρ、流速v 。为求解这些参数有三个基本方程:连续性、运动方程和气体状态方程。气体流动方程如下。 利用牛顿运动方程、质量连续性方程、气体状态方程,并假设： a 地下燃气管道的温度变化不大,可以假定燃气在管内等温流动。 b 地下燃气管道的标高变化较小,可以不计算管道纵轴方向的重力作用分力。 得可压缩气体的不稳定流动方程组 运动方程 （2.1） 连续性方程 气体状态方程P zg RT ρ= τ---时间； x---离管道始端的距离； v---τ时刻x 处燃气的速度； P---τ时刻x 处燃气的压力； () () 22 2P x x d ρυρυλυρτ???+++=???()0x ρυρτ??+=??
1．高压、中压燃气管道水力计算公式： Z T T d Q L P P 0 5 210 2 2 2 110 27.1ρ λ ?=- 式中：P 1 — 燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa ）； P 2 — 燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa ）； Q — 燃气管道的计算流量（m 3/h ）； L — 燃气管道的计算长度（km ）； d — 管道内径（mm ）； ρ — 燃气的密度（kg/m 3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m 3。 Ｚ — 压缩因子，燃气压力小于1.2MPa （表压）时取1； Ｔ — 设计中所采用的燃气温度（K ）； Ｔ0 — 273.15（K ）。 λ— 燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： 25 .06811.0??? ? ??+ =e R d K λ K — 管道内表面的当量绝对粗糙度（mm ）；对于钢管，输送天然 气和液化石油气时取0.1mm ，输送人工煤气时取0.15mm 。 R e — 雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg 和粘性力(内摩擦 力)Fm 之比称为雷诺数。用符号Re 表示。层流状态，R e ≤ 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力1P ，燃气管道的计算长度L ，燃气密度ρ，燃气温度T ，压缩因子Z 为已知量，燃气管道终点的压力2P ，燃气管道的计算流量Q ，燃气管道内径d 为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。 如燃气管道终点的压力2P 的计算公式为： ZL T T d Q P P 0 5 210 2 1210 27.1ρ ?-= 某DN100中压输气管道长0.19km ，起点压力0.3MPa ，最大流量1060 m 3/h ，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力2P =0.29MPa 。
燃气管网水力计算数学模型及水力计算程序的编制 摘要：利用VisualC++6。0和有限元节点法编制了燃气管网水力计算程序，水力计算全部实现界面化。数学模型中采用了前苏联谢维列夫的摩阻系数公式.采用高斯——赛德尔迭代法解线性方程组，提高了收敛速度。探讨了利用矩阵调行技术解决多气源管网水力计算问题。 关键词：燃气管网水力计算 1引言 随着我国燃气事业的发展,用气城市越来越多,用气量也越来越大,燃气管网相应的变得越来越普及和庞大，其结构也越来越复杂。在管网的新建和扩建中,准确、迅速的燃气管网水力计算是实现高质量的管网设计、施工以及运行调度的必要条件.目前国内存在的大多数水力计算程序，原始数据的准备以文本形式为主，管网的编号也是人工操作，非常麻烦，容易出错；解水力计算线性方程组以雅克比法占多数，收敛速度慢,而且在处理多气源管网时也不是十分方便。 本文从水力计算模型出发,采用有限元节点法，利用VisualC++6.0编制燃气管网水力计算程序。管网初始数据的准备通过界面直观输入；利用高斯-—
赛德尔求解管网线性方程组；通过矩阵调行的方法处理所选基准点不位于最大编号的问题；同时对于多个给定压力的气源点，通过调行和对方程组进行常数项修正来解决。 2数学模型 在使用以下燃气管道水力计算公式时有如下假设条件:燃气管道中的气体运动是稳定流；燃气在管道中的流动时的状态变化为等温过程;燃气状态参数变化符合理想气体定律。 2。1燃气管道水力计算公式 2.1.1对于低压燃气管道 （1） 2。2.2对于中高压燃气管道 （2） （1）、（2)式中： ——压力降（Pa），（注意:在高压管网中表示2次方量）；
Excel 在燃气管道水力计算中的应用 摘要：利用Excel 的控件和函数功能，制作了枝状燃气管道的计算程序。 关键词：Excel 燃气管道 水力计算 0引言 在燃气管道设计中，水力计算是非常重要的一部分，它不仅能保证我们的设计安全合理，同时可使我们的设计更为经济。但手工计算必须需要经过预选管径、判别流动状态、选择计算公式和校核压力降这几步来反复试算，过程极其烦琐和复杂，效率低下，也容易出错。很多同行使用各种计算机语言编写了水力计算程序，大多采用VB 、VC 等高级语言。但以上程序制作过程复杂，需要懂得专业的计算机编程知识，而且定制和更改过程复杂，一般设计人员难以操作。本文介绍了一种利用公办软件Excel 制作水力计算程序的方法，过程简单，界面友好，定制和更改方便。 1制作思路 1.1水力计算依据 燃气管道水力计算的流程见图一： 图一 燃气管道水力计算流程 根据《城镇燃气设计规范》(GB50028-93)（以下简称“规范”），低压燃气管道的水力计算公式如下： 05271026.6T T d Q l p ρλ?=? （1） 由上式可以看出影响压降的参数有： L -燃气管道的计算长度，km ； Q -燃气管道的计算流量，m 3/h ； d -管道内径，mm ； ρ-燃气的密度，kg/m 3；
λ-燃气管道的摩擦阻力系数； T-设计中采用的温度（K）；T0=273.15K。 其中λ按流动状态分为以下三种计算公式： a.当Re≤2100时，属层流状态：λ=64/Re； b.当Re=2100～3500时，属临界状态：λ=0.03+(Re-2100)/(65Re-100000) c.当Re>3500时，属湍流状态， 对于钢管和PE管λ=0.11(K/d+68/Re)0.25 对于铸铁管λ=0.102236（1/d+5158dv/Q）0.284 =0.102236（1/d+1824.9Re）0.284 可见λ又与以下参数有关 ν-标准状态下燃气的运动粘度，m2/s； K -管壁内表面的当量绝对粗糙度，mm。 在计算低压燃气管道阻力损失时，还应考虑因高程差而引起的燃气附加压力。规范中给出低压管道附加压力的计算公式为： ΔH=10×(ρk-ρ)×h 式中： △H-燃气的附加压力，Pa； 可见影响压降的参数还有 ρk -空气的密度，kg/m3；取1.29kg/m3 ρ-燃气的密度，kg/m3；h -管道的终、起点高程差，m。 综上所述，影响压降的参数有L、Q、d、ρk、ρ、ν、K。将这些参数分类，其中ρk、ρ、ν、K这些是与气体性质及管材不同而变化的物性参数；而L、Q、d 是跟管段相关的参数，不同管段有不同的L、Q、d值。那么由公式可以知道，当物性参数ρk、ρ、ν、K固定即选定气体及管材后，压降只与L、Q、d的值不同而不同；当管段的L、Q、d值不变时，换用不同气种或选用不同管材会得到不同压降。基于以上分析，我们的程序也应该做成参数驱动的参数化的程序，即计算结果随着参数的改变而自动改变。 1.2程序制作 1.2.1界面制作 图2为水力计算程序的界面：
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
= 6.26 ?10λ 5ρ dv 0.25 Q 2 ) Q d 1 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=1.05~1.1 倍沿程压力降） （2）压力降计算公式： A 、低压管道计算公式 ?P l 7 Q 2 d T T 0 B 、中压管道计算公式 P 2 - P 22 L = 1.4 ?109 ( K d + 192.2 5 ρ T T 0 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： Q h＝（1／n）·Q a 式中：Q h—燃气小时计算流量（m3／h）； Q a—年燃气用量（m3／a）； n—燃气最大负荷利用小时数（h）；其值n＝（365×24）／K m K d K h K m—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； K d—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； K h—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1.1～1.3；日高峰系数取1.05～1.2；小时高峰系数取 2.2～ 3.2。 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： Q h＝K t（∑KNQ n）（公式1）式中Q h—燃气管道的计算流量（m3／h）；
燃气管道水力计算 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
1．高压、中压燃气管道水力计算公式： 式中：P 1 —燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa）； P 2 —燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa）； Q —燃气管道的计算流量（m3/h）； L —燃气管道的计算长度（km）； d —管道内径（mm）； ρ—燃气的密度（kg/m3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m3。 Ｚ—压缩因子，燃气压力小于1.2MPa（表压）时取1； Ｔ—设计中所采用的燃气温度（K）； Ｔ — 273.15（K）。 λ—燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： K —管道内表面的当量绝对粗糙度（mm）；对于钢管，输送天然气和液化石油气时取0.1mm，输送人工煤气时取0.15mm。 R e —雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg和粘性 力(内摩擦力)Fm之比称为雷诺数。用符号Re表示。层流状态，R e 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力 1 P，燃气管道的计算长度L，燃气密度ρ，燃气温度T，压缩因子Z为已知量，燃气管道终点的压力2 P，燃气管道的计算流量Q，燃气管道内径d为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。
如燃气管道终点的压力 P的计算公式为： 2 某DN100中压输气管道长0.19km，起点压力0.3MPa，最大流量1060 m3/h，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力 P=0.29MPa。 2 2．低压燃气管道水力计算公式： 式中：P —燃气管道的摩擦阻力损失（Pa）； Q —燃气管道的计算流量（m3/h）； L —燃气管道的计算长度（km）； λ—燃气管道的摩擦阻力系数； d —管道内径（mm）； ρ—燃气的密度（kg/m3）； Ｚ—压缩因子，燃气压力小于1.2MPa（表压）时取1； Ｔ—设计中所采用的燃气温度（K）； — 273.15（K）。 Ｔ
《现代燃气工程》结课论文 ------------------------------------------------------------------------ 题目：燃气管网水力计算 姓名：王朋飞 学号：S2******* 教师：范慧方
引言 随着能源结构的不断改变，燃气开发规模和应用规模的不断扩大。城市燃气管网是现代化城市人民生活和工业生产的一种主要能源配送方式，燃气输配管网的设计和运行要求对系统进行水力计算，获取必要的参数。 燃气输配管网系统由高度整体化的管网所组成，在系统内燃气压力和流量变化很大，需要通过水力计算来确定管网中每一管段的尺寸（如管径、管径）、材质等参数以及压缩机的台数功率以保证既向用户合理地供应天然气，又能降低操作管理费用。[1] 同时，考虑在满足用户用气量的前提下，当某一条或几条管道的使用有一定的压力要求时，水力计算数据可确定在这种最大承受压力下管道各个节点的压力，从而保证管网的正常运行。另外，水力计算也用于调整各个调压阀的出口压力来适应事故工况下输送压力的要求。 随着燃气事业的发展，燃气输配管网系统也日趋庞大和复杂，为了掌握燃气在管道内的运行规律，合理地确定管道系统的设计和改造方案，保证管道系统的优化运行，提高管道系统的调度管理水平，解决管网流动的动态特性，在一些比较大型的城市燃气管网的水力计算分析中，必须要依靠相关的计算分析软件进行，以减少手工量和人工误差。
1燃气管网水力计算 燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃气的流动是不稳定流，由压送机站开动压缩机不同台数的工况以及用户用气量变化的工况，这些因素都导致了燃气管道内燃气压力和流量的变化。管内燃气沿程压力下降会引起燃气密度的减小。但是在低压管道中燃气密度变化可以忽略不计。所以，除了单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线要用不稳定流进行计算外，在大多数情况下，设计燃气管道时都将燃气流动按稳定流计算。此外，很多情况下，燃气管道内的流动可认为是等温的，其温度等于埋管周围土壤的温度。燃气管网按照敷设形式可分为两大类：枝状管网和环状管网。[2]下面就分别介绍两种形式的管网的水力计算特点和方法。 1.1枝状管网水力计算 1.1.1枝状管网水力计算特点 枝状管网是由输气管段和节点组成。任何形状的枝状管网，其管段数P 和节点数m 的关系均符合： 1P m =- 燃气在枝状管网中从气源至各节点只有一个固定流向，输送至某管段的燃气只能由一条管道供气，流量分配方案也是唯一 的，枝状管道的转输流量只有一个数值，任意 管段的流量等于该管段以后（顺气流方向）所 有节点流量之和，因此每一管段只有唯一的流 量值，如图1所示。 管段3-4的流量为： 10985443q q q q q Q ++++=- 管段4-8的流量为： 109884q q q Q ++=-
目录 目录 (1) 常用水力计算Excel程序使用说明 (1) 一、引言 (1) 二、水力计算的理论基础 (1) 1.枝状管网水力计算特点 (1) 2.枝状管网水力计算步骤 (2) 3.摩擦阻力损失,局部阻力损失和附加压头的计算方法 (2) 3.1摩擦阻力损失的计算方法 (2) 3.2局部阻力损失的计算方法 (3) 3.3附加压头的计算方法 (4) 三、水力计算Excel的使用方法 (4) 1.水力计算Excel的主要表示方法 (5) 2.低压民用内管水力计算表格的使用方法 (5) 2.1计算流程： (5) 2.2计算模式： (6) 2.3计算控制： (6) 3.低压民用和食堂外管水力计算表格的使用方法 (7) 3.1计算流程： (7) 3.2计算模式： (7) 3.3计算控制： (7) 4.低压食堂内管水力计算表格的使用方法 (8) 4.1计算流程： (8) 4.2计算模式： (8) 4.3计算控制： (9) 5.中压外管水力计算表格的使用方法 (9) 5.1计算流程： (9) 5.2计算模式： (9) 5.3计算控制： (10) 6.中压锅炉内管水力计算表格的使用方法 (10) 6.1计算流程： (10) 6.2计算模式： (10) 6.3计算控制： (11) 四、此水力计算的优缺点 (11) 1.此水力计算的优点 (11) 1.1.一个文件可以计算不同气源的水力计算 (11) 1.2.减少了查找同时工作系数，当量长度的繁琐工作 (12) 1.3.进行了计算公式的选择 (12) 1.4.对某些小细节进行了简单出错控制 (12) 2.此水力计算的缺点 (12) 2.1不能进行环状管网的计算 (12)
燃气管道输送水力计算 一、适用公式 燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。 但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。 二、低压燃气管道水力计算公式： 1、层流状态R e≤2100 λ＝64/R e R e＝dv/γ ΔP/L＝1.13×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0） 2、临界状态R e＝2100~3500 λ＝0.03＋（R e－2100）/（65 R e－1×105） ΔP/L＝1.88×106［1＋（11.8 Q0－7×104dγ）/（23.0Q0－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ0（T/T0） 3、紊流状态R e≥3500 1）钢管λ＝0.11［（Δ/d）＋（68/ R e）］0.25 ΔP/L＝6.89×106［（Δ/d）＋192.26（dγ/ Q0）］0.25（Q02/d5）ρ0（T/T0）2）铸铁管λ＝0.102［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284 ΔP/L＝6.39×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa）L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数Q0——燃气流量（Nm3/h） d——管道内径（mm）ρ0——燃气密度（kg/Nm3） γ——0℃和101.325kPa时的燃气运动粘度（m2/s） Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm）R e——雷诺数 T——燃气绝对温度（K）T0——273K v——管内燃气流动的平均速度（m/s） （摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）
12.3燃气用气量和计算流量 12.3.1燃气用气量 民用建筑燃气用气量包括：居民生活用气量、商业用气量、采暖及通风空调用气量。 1用户的燃气用气量，应考虑燃气规划发展量，根据当地的用气量指标确定。 2居民生活和商业的用气量指标，应根据当地居民生活和商业用气量的统计数据分析确定。当缺乏实际统计资料时，结合当地情况参考选用附录D中附表D.1-1、附表D.1-2、附表D.1-3、附表D.1-4数据。 3采暖用气量，可根据当地建筑物耗热量指标确定（方案和初步设计阶段也可按附录D中附表D.1-5中数据估算）。 4通风空调用气量，取冬季热负荷与夏季冷负荷中的大值确定（方案和初步设计阶段也可按附录D中附表D.1-6中数据估算）。 5居住小区集中供应热水用气量，参照《建筑给水排水设计规范》GB50015中的耗热量计算。 12.3.2燃气计算流量 1燃气管道的计算流量，应为小时最大用气量。 2居民生活和商业用户 1）已知各用气设备的额定流量和台数等资料时，小时计算流量按以下方法确定：
①居民生活用燃气计算流量： Q h=∑kNQ n(12.3.2-1) 式中Q h——居民用户燃气计算流量（m3/h）; k——用气设备同时工作系数，可参照附录E中附表E.1-1、附表E.1-2的数据； N——同种设备数目； Q n——单台用气设备的额定流量（m3/h）。 ②商业用户（包括宾馆、饭店、餐馆、医院、食堂等）的燃气计算流量，一般按所有用气设备的额定流量并根据设备的实际使用情况确定。 2）当缺乏用气设备资料时，可按以下方法估算燃气小时计算流量（0℃，101325Pa，以下同）： Q hl=（1/n）Q a (12.3.2-2) n=(365×24)/K m K d K h (12.3.2-3) 式中Q hl——燃气小时计算流量（m3/h）； Q a——年燃气用量（m3/a）； n ——年燃气最大负荷利用小时数（h）; K m——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； K d——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；
1． 高压、中压 燃气管 道水力 计算公式： Z T T d Q L P P 0 521022211027.1ρλ?=- 式中：P 1 — 燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa ）； P 2 — 燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa ）； Q — 燃气管道的计算流量（m 3/h ）； L — 燃气管道的计算长度（km ）； d — 管道内径（mm ）； ρ — 燃气的密度（kg/m 3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m 3。 Ｚ — 压缩因子，燃气压力小于1.2MPa （表压）时取1； Ｔ — 设计中所采用的燃气温度（K ）； Ｔ0 — 273.15（K ）。 λ— 燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： 25.06811.0???? ??+=e R d K λ K — 管道内表面的当量绝对粗糙度（mm ）；对于钢管，输送天然 气和液化石油气时取0.1mm ，输送人工煤气时取0.15mm 。 R e — 雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg 和粘性力(内摩 擦力)Fm 之比称为雷诺数。用符号Re 表示。层流状态，R e ≤ 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力1P ，燃气管道的计算长度L ，燃气密度ρ，燃气温度T ，压缩因子Z 为已知量，燃气管道终点的压力2P ，燃气管道的计算流量Q ，燃气管道内径d 为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。 如燃气管道终点的压力2P 的计算公式为： ZL T T d Q P P 05210 2 121027.1ρ?-= 某DN100中压输气管道长0.19km ，起点压力0.3MPa ，最大流量1060 m 3/h ，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力2P =0.29MPa 。
城市中低压燃气管网水力计算软件的开发 【摘要】以AutoCAD为平台，采用AutoCADObjectARX的二次开发技术实现对燃气管网水力计算图的数据自动化处理，包括建立管网节点和管段信息的拓扑关系、读取Excel表中的管网数据并显示到图中，以获得管网的可视化；采用C#语言，编制了中低压燃气管网水力计算软件。 【关键词】AutoCADObjectARX;水力计算软件 前言 随着天然气在城市燃气的大力推广应用，城市燃气管网的规模越来越大，在进行规划、设计和管网运行时，水力计算需要处理的数据越来越多。准确、快速地生成水力计算图，实现水力计算与管网AutoCAD图形的无缝结合成为提高燃气管网水力计算效率的重要途径[1-4]。为准确、快速的生成水力计算图及进行水力计算，本文开发了城市中低压燃气管网水力计算软件GASNET。软件包含了两个模块，以AutoCAD为平台开发的ARX模块和采用C#语言开发的水力计算模块。 1 燃气管网图的ObjectARX二次开发 本文采用ObjectARX技术针对AutoCAD进行二次开发，目的是开发一个ARX模块，当AutoCAD载入该模块后，仅需人工输入管网图上所有节点的节点号，即可实现对燃气管网图的数据自动化处理。 ObjectARX是AutoDesk公司针对AutoCAD平台上的二次开发而推出的一个开发软件包，能真正快速的访问AutoCAD图形数据库。使用ObjectARX编程的函数的执行速度可以大大提高。（1）管网节点数据的处理 ARX模块功能需求：对于水力计算图中的管网节点，一般有三个信息需要在图中显示：节点号、节点流量和节点压力。将这些节点信息保存在一个Excel表中，通过ARX模块可把Excel 表中的节点信息显示到管网图中相应的节点上。 算法：打开管网图后，运行MLeader命令对管网图上的节点进行标识，添加相应的节点号。提取管网图中每个节点的节点号，判断是否有重复的节点号，如有，则报错，提醒操作人员修改；如无，则读取Excel表中的节点信息，并依次绘制到管网图中的相应节点上。 （2）管网管段数据的处理 ARX模块功能需求：对于水力计算图中的管网管段，一般有6个信息需要在图中显示：管段号、管材、管径、管段长度、管段流量和管段压力降。将这些信息保存在Excel表中，通过ARX模块可把Excel表中的管段信息显示到图中相应的管段上。 算法：为方便管段数据的处理，ARX模块要为图中所有的节点和管段建立拓扑关系。①找到图中所有的节点和管段，为每个节点找到与其相连接的管段，并保存信息；②为每个管段找到与其连接的管段，并保存信息；③给定任意两个节点，查找其相连的路径，如果此路径上的管段路线上还有其他的节点，则这两个节点之间定义为没有相连管段；否则，此路径上的管段定义为相连管段。 ARX模块可实现的功能：遍历管网图中所有节点，找出所有节点之间的相连管段并编制管段号；记录连接管段的两个节点号和自动测量管段长度；将管网的管段号、管段长度、管段起点号及管段终点号等数据保存到Excel表中，以备水力计算软件调用；将水力计算软件生成的Excel表中的数据绘制到管网图的相应管段上，以生成水力计算图。
12.3 燃气用气量和计算流量 12.3.1 燃气用气量 民用建筑燃气用气量包括：居民生活用气量、商业用气量、采暖及通风空调用气量。 1 用户的燃气用气量，应考虑燃气规划发展量，根据当地的用气量指标确定。 2 居民生活和商业的用气量指标，应根据当地居民生活和商业用气量的统计数据分析确定。当缺乏实际统计资料时，结合当地情况参考选用附录D中附表D.1-1、附表D.1-2、附表D.1-3、附表 D.1-4 数据。 3 采暖用气量，可根据当地建筑物耗热量指标确定（方案和初步设计阶段也可按附录D中附表D.1 -5中数据估算）。 4 通风空调用气量，取冬季热负荷与夏季冷负荷中的大值确定（方案和初步设计阶段也可按附录 D 中附表 D.1-6 中数据估算）。 5 居住小区集中供应热水用气量，参照《建筑给水排水设计规范》GB50015 中的耗热量计算。 12.3.2 燃气计算流量 1 燃气管道的计算流量，应为小时最大用气量。 2 居民生活和商业用户 1 ）已知各用气设备的额定流量和台数等资料时，小时计算流量按以下方法确定：
①居民生活用燃气计算流量： (12.3.2-1) Q h=E kNQ n 式中Q h——居民用户燃气计算流量（m3/h） k――用气设备同时工作系数，可参照附录E中附表E.1-1、 附表 E.1-2 的数据； N ――同种设备数目； Q n――单台用气设备的额定流量（m3/h）。 ②商业用户（包括宾馆、饭店、餐馆、医院、食堂等）的燃气计算流量，一般按所有用气设备的额定流量并根据设备的实际使用情况确定。 2）当缺乏用气设备资料时，可按以下方法估算燃气小时计算流量（O C, 101325Pa,以下同）： Q hl=（1/n）Q a （12.3.2-2） n=（365 WK m K d K h （12.3.2-3） 式中Q hi ----------- 燃气小时计算流量（m3/h）; Q a――年燃气用量（m3/a）； n ――年燃气最大负荷利用小时数（h）; K m――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； K d――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；
·燃 气· 城镇燃气管网的水力计算 燃气室 向廷海 [摘 要] 介绍了燃气管网水力计算的数学模型和求解方法，对求解过程的速度、稳定性和计算精度等问题经分析后给出了解决方案，同时提出了一种管网优化设计方法。 [关键词] 数学模型 矩阵计算 城镇燃气管网 1 序言 城镇燃气管网水力计算是城市煤气设计的主要工作之一，设计时要求燃气管网既要满足使用的需要，投资又省，又要对运行中的燃气管网能保证合理的生产调度、管网事故模拟及建立处置预案和管网事故的紧急处理。管网水力计算常用的方法为回路分析法和节点流量法（又称为水力计算法）。回路分析法只适用于小型的枝状管网，节点流量法具有在不知道管段流量的情况下通过迭代逼近真解的特点，适用于各种大型复杂管网，但该法计算工作量大，手工计算非常困难，通常在计算机上进行。本文介绍作者在编制燃气管网水力计算程序时对数学模型、求解方法的分析和解决的方案。 2 城镇燃气管网水力计算的数学模型 2.1 燃气在管内流动的阻力损失计算 燃气在管内流动的阻力损失，即燃气流过某一管段后的压力损失或压差的计算依据是《城镇燃气设计规范》（GB50028-93,1998年版）中的规定，对中、高压管道（定性压力不小于5kPa）： 5210 222110271T T ρd Q λ.L P P ×=? （1） 对低压管道（定性压力小于5kPa ）： 527 1026.6T T d Q l P ρλ×=? （2） 2.2 管段导纳及管网导纳矩阵 将方程（1）和方程（2）改写成如下形式： Q Q f )(=δ （3） 式中δ为管道的压差或压力平方差，f(Q)定义为管道的线性流量阻力损失系数。上式将管段压差与流量简化成线性关系，管内流动压力损失的所有影响因素归结到系数f(Q)。 燃气管网与电路是可以比拟的，因此与电路中导纳的定义相似，定义线性流量阻力损失系数的倒数为管段导纳G。如此方程（3）可以改写为： δG Q = （4） 对任一管段j，其导纳为g(j)，并按如下方式定义管网的导纳矩阵，它是b 阶对角方阵（b 为管段的数量）： []0),(),(j g j i G = （5）
城市中低压燃气管网水力计算软件的开发 发表时间：2016-11-14T15:21:45.960Z 来源：《低碳地产》2016年8月第16期作者：高华伟[导读] 以AutoCAD为平台，采用AutoCADObjectARX的二次开发技术实现对燃气管网水力计算图的数据自动化处理。 深圳中燃哈工大燃气技术研究院有限公司广东深圳 518033 【摘要】以AutoCAD为平台，采用AutoCADObjectARX的二次开发技术实现对燃气管网水力计算图的数据自动化处理，包括建立管网节点和管段信息的拓扑关系、读取Excel表中的管网数据并显示到图中，以获得管网的可视化；采用C#语言，编制了中低压燃气管网水力计算软件。 【关键词】AutoCADObjectARX;水力计算软件 前言 随着天然气在城市燃气的大力推广应用，城市燃气管网的规模越来越大，在进行规划、设计和管网运行时，水力计算需要处理的数据越来越多。准确、快速地生成水力计算图，实现水力计算与管网AutoCAD图形的无缝结合成为提高燃气管网水力计算效率的重要途径[1-4]。为准确、快速的生成水力计算图及进行水力计算，本文开发了城市中低压燃气管网水力计算软件GASNET。软件包含了两个模块，以AutoCAD为平台开发的ARX模块和采用C#语言开发的水力计算模块。 1 燃气管网图的ObjectARX二次开发 本文采用ObjectARX技术针对AutoCAD进行二次开发，目的是开发一个ARX模块，当AutoCAD载入该模块后，仅需人工输入管网图上所有节点的节点号，即可实现对燃气管网图的数据自动化处理。 ObjectARX是AutoDesk公司针对AutoCAD平台上的二次开发而推出的一个开发软件包，能真正快速的访问AutoCAD图形数据库。使用ObjectARX编程的函数的执行速度可以大大提高。 （1）管网节点数据的处理 ARX模块功能需求：对于水力计算图中的管网节点，一般有三个信息需要在图中显示：节点号、节点流量和节点压力。将这些节点信息保存在一个Excel表中，通过ARX模块可把Excel表中的节点信息显示到管网图中相应的节点上。 算法：打开管网图后，运行MLeader命令对管网图上的节点进行标识，添加相应的节点号。 提取管网图中每个节点的节点号，判断是否有重复的节点号，如有，则报错，提醒操作人员修改；如无，则读取Excel表中的节点信息，并依次绘制到管网图中的相应节点上。 （2）管网管段数据的处理 ARX模块功能需求：对于水力计算图中的管网管段，一般有6个信息需要在图中显示：管段号、管材、管径、管段长度、管段流量和管段压力降。将这些信息保存在Excel表中，通过ARX模块可把Excel表中的管段信息显示到图中相应的管段上。 算法：为方便管段数据的处理，ARX模块要为图中所有的节点和管段建立拓扑关系。①找到图中所有的节点和管段，为每个节点找到与其相连接的管段，并保存信息；②为每个管段找到与其连接的管段，并保存信息；③给定任意两个节点，查找其相连的路径，如果此路径上的管段路线上还有其他的节点，则这两个节点之间定义为没有相连管段；否则，此路径上的管段定义为相连管段。 ARX模块可实现的功能：遍历管网图中所有节点，找出所有节点之间的相连管段并编制管段号；记录连接管段的两个节点号和自动测量管段长度；将管网的管段号、管段长度、管段起点号及管段终点号等数据保存到Excel表中，以备水力计算软件调用；将水力计算软件生成的Excel表中的数据绘制到管网图的相应管段上，以生成水力计算图。 2 水力计算模块的开发 水力计算模块是在.net平台上，采用C#语言开发设计，算法基于节点方程法[8]编制，由参数编辑、参数输入、预估节点流量、管网计算及结果输出板块组成。水力计算模块的特点如下： 数据可直接调用ARX模块生成的数据文件进行计算； 水力计算公式采用规范推荐的公式，算法是基于节点方程法编制的，计算稳定，收敛速度快，精度高； 采用.NET技术开发，使用.NET技术开发的系统与Windows操作系统具有很好的兼容性，有微软的强大技术支持，能够很顺利的完成系统的移植； 以商业应用为目标，提供良好的人机对话界面和个性化界面设置，操作方便，采用统一的单一版本，通用性强。 3 水力计算实例 某城市中压管网，共有10个节点、11条管段、1个气源。在进行水力计算时，首先打开管网图，在节点处人工标识节点号，再调用ARX模块的命令生成管网数据Excel表格文件（文件样式见图1），水力计算模块调用生成的管网数据Excel表格文件即可计算出结果文件（文件样式见图2），最后调用ARX模块的命令可将结果数据绘制在管网图上生成水力计算图。 利用GASNET软件进行水力计算，操作人员仅需熟悉AutoCAD与Excel的操作命令即可，简便易懂。本文采用的这种水力计算图的计算机生成方法，不局限于管线是垂直和水平的情况，它能依管线的倾斜而以相同角度的倾斜度标注数据、文字说明及管段流向。利用GASNET软件进行水力计算的详细操作步骤见图3，生成的水力计算图见图4。
小区燃气管网系统 设计示例
目录 1.设计条件 (3) 1.1工程概况 (3) 1.2燃气供应对象 (3) 1.3接入点位置 (3) 1.4燃气的设计参数及计算公式 (4) 1.5用户灶具配备 (6) 2.设计计算 (7) 2.1用户用气量确定 (7) 2.2 小区管道设计 (7) 2.3调压设备选择 (12) 2.4水力计算 (13) 2.5确定允许压力降 (18) 2.6校核 (18) 2.7 举例对管段进行水力计算并核算小区管段总压降 (18) 3.管道附属设备 (25) 3.1阀门 (25) 3.2凝水器 (25) 3.3放散管 (26) 3.4 护罩 (26) 3.5阀门井 (26) 3.6金属示踪线和警示带 (26) 4.设计图纸 (27) 5.参考文献 (28)
1.设计条件 1.1工程概况 本设计为某小区燃气管网系统设计。该小区位于华东某平原区域，属亚热带南缘季风气候区，冬夏长，春秋短，温暖潮湿，雨量充沛，年平均气温16度，极限冻土深度≧0.3m。接入点市政燃气管网的压力等级为中压，设计压力均为0.2MPa，小区内末端压力≦0.15MPa，低压管网设计压力为0.01MPa，煤气表前压力≦3000Pa。管道坡度≦3‰； 1.2燃气供应对象 该小区为一新建社区，小区内地势平坦，本设计的范围仅包括小区平面图中虚线划定区域内的1#～6#楼房，共6栋，各栋楼房居民户数分配方案如表1.1所示。 表1.1 居民户数分配表 方案1#楼2#楼3#楼4#楼5#楼6#楼合计 H2 22 24 18 20 30 24 138 1.3接入点位置 该小区燃气管网的市政批准接入点位置为B方案，详见小区平面图。