燃氣管道輸送水力計算
一、 適用公式
燃氣的管道輸配起點壓力為10kpa，按《城鎮燃氣設計規範》，應納入中壓燃氣管道的範圍。
但本設計認為，雖然成套裝置的輸出壓力為10kpa，出站後，壓力即降至10kpa以下。整個管網系統都在10kpa以下的壓力狀態下工作，因此，在混空輕烴管道燃氣輸配過程的水力計算，應採取低壓水力計算公式為宜。
1、層流狀態 re≤2100
λ＝64/re re＝dv/γ
δp/l＝1.13×1010（q0/d4）γρ0（t/t0）
2、臨界狀態 re＝2100~3500
λ＝0.03＋（re－2100）/（65 re－1×105）
δp/l＝1.88×106［1＋（11.8 q0－7×104dγ）/（23.0q0－1×105dγ）］
q02/d5）ρ0（t/t0）
3、紊流狀態 re≥3500
1）鋼管 λ＝0.11［（δ/d）＋（68/ re）］0.25
δp/l＝6.89×106［（δ/d）＋192.26（dγ/ q0）］0.25（q02/d5）ρ0（t/t0）
2）鑄鐵管 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——燃氣管道的沿程壓力降（pa） l——管道計算長度（m）
λ——燃氣管道的摩阻係數q0——燃氣流量（nm3/h）
d——管道內徑（mm0——燃氣密度（kg/nm3）
γ——0℃和101.325kpa時的燃氣運動粘度（m2/s）
δ——管壁內表面的絕對當量粗糙度（mm） re——雷諾數
t——燃氣絕對溫度（kt0——273k
v——管內燃氣流動的平均速度（m/s）
（摘自姜正侯教授主編的《燃氣工程技術手冊》——同濟大學出版社1993版p551）
二、燃氣的輸配工況條件
起點壓力——10kpa 最大流速——10m/s
燃氣密度——1.658kg/nm3（20℃和濃度20%時）
純輕烴燃氣運動粘度——1.92×10－6m2/s（0℃和101.325kpa時）
燃氣運動粘度——11.1×10－6m2/s（0℃和101.325kpa時）
三、鋼管阻力降的計算與查表結果
注：1、——*因計算資料與實際資料誤差過大，已無計算、列表的必要。
2、查表資料根據袁國汀主編的《建築燃氣設計手冊》——中國建築工業出版社2023年版p194 表5-2經修正後得出。
四、單管輸送的實測情況
安徽省界首燃氣站的工況條件是：通徑100mm的鋼管200m、流量110m3/h、氣溫10℃。用2m的u型計實測壓力降為320pa。
按層流狀態計算公式，計算壓降為0.2455pa/m，全程壓降為49.1pa。
按查表資料，低壓天然氣管道的壓力降查表為6.72pa/m，全程壓降為1344pa。
在安徽界首現場的實測資料與層流狀態的計算資料和查表所得資料都不相符。據臨界狀態資料差距更大。由此可見，管道裡流動的氣體不是單一的層流狀態，而是在層流與過渡之間的某一狀態。
由手冊查得，甲烷的運動粘度為14.5×10－6m2/s，燃氣的運動粘度為11.1×10－6m2/s，在壓力降計算公式裡運動粘度與壓力降成正比，因此燃氣的壓力降比低壓天然氣低25%。
這是燃氣壓力降較小的原因之一。如將燃氣與人工煤氣作比較，人工煤氣中的氫氣佔40%左右，純氫氣的運動粘度為93×10－6m2/s，人工煤氣的運動粘度為45.6×10－6m2/s，由此可見，人工煤氣管道輸送的壓力降是燃氣的4倍多。
五、城市燃氣管網的壓力分配——1級壓力級制的設計方案
1、城市燃氣站的出口壓力：10kpa；
2、城市燃氣站至城市主管網連線點最大流量時的壓力降（壓力損失）設定為0.5kpa；
3、城市主管網最遠點、最大流量時的壓力降（壓力損失）設定為4kpa；
4、城市主管網至庭院管連線點最大流量時的壓力降（壓力損失）為1kpa；
5、庭院管、戶外管、樓棟管的壓力降（壓力損失）為1kpa.
——要求進戶時的最低壓力為3.5kpa。
以上為一級壓力級制的設計方案，即採取進戶調壓、將燃氣計量表與調壓閥聯為一體的設計方案。使用者燃具的額定壓力為2kpa，當進戶壓力為10kpa時，調壓閥出口壓力為2.2kpa；當進戶壓力為3.
5kpa時，調壓閥出口壓力為1.8kpa。調壓閥與燃氣計量表的最小流量設計為3nm3/h。
這樣的進戶流量及壓力設計方案能滿足居民家用燃灶、家用燃氣熱水器的燃用。
六、20000戶規模城市燃氣管網的案例模擬設計
某城市面積3×3平方公里，人口8萬人，按2萬戶供氣規模進行模擬設計。（管道輸送壓力降按查表所得資料的25%進行計算，這與界首的實測資料相近）
1、城市燃氣站出口壓力為10kpa；
2、城市燃氣站至城市燃氣管網連線點的鋪管長度為800m，鋪管通徑為400mm，最大流量時的壓力降為0.72kpa；
3、城市主管網最遠點的單管鋪管長度為4km，鋪管通徑為300mm，按環流管網雙管供氣計算，最大流量時的壓力降為3.16kpa；
4、城市主管網至小區的鋪管長度為400m，鋪管通徑為200mm，最大流量時的壓力降為0.834kpa；
5、庭院管、戶外管、樓棟管的壓力降總計為1kpa：
——進戶時的最低壓力為4.286kpa。可滿足1級壓力級制設計方案最低壓力3.5kpa的要求。
——以上為全程全流量計算的壓降結果，城市管網實際輸配過程流量在沿途各節點已逐步分流。由於計算公式裡壓降是與流量成正比的，因此實際輸配過程的壓降遠小於這個計算結果。
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