燃气管道管径选取方法的探讨(1).doc

燃气管道管径选取方法的探讨 （宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 杨鸿斌 寄玉玉） 摘要：城市燃气管道输配系统流量的计算关系到管网系统的经济性和可靠性，本文以宝鸡市金利苑9号楼为例，分别采用同时工作系数法与采暖热指标法计算燃气用具耗气量，分析不同计算方法对燃气低压架空管道管径选取的影响。 关键词：燃气管道 同时工作系数 采暖热指标 水力计算 Selecting Method of Gas Pipeline Diameter (Baoji China City Gas Development Co.,Ltd. Yang Hongbin Ji Yuyu) Abstract: The calculation of the flow in city gas pipeline transmission and distribution system is related to the economy and reliability of network system. Takes No. 9 building of Jinliyuan Baoji City as an example, this paper calculates the gas consumption of appliances using the simultaneously coefficient method and index of heating method, respectively. In addition, the effect of different calculation methods on the selection of the diameter of gas low-pressure overhead pipeline is studied. Key words: gas pipeline; simultaneously coefficient; heating index; hydraulic calculation 引言 燃气属于易燃易爆物，燃气管道的设计与其它市政工程如供水、供热、供暖等工程相比，有更加严格的规范要求[1]。燃气工程设计要在安全便利、实用可行、美观舒适的基础上提高其经济性，即在规范允许的基础上，减少工程费用，控制工程费用的关键就在于科学的设计[2]。 设计方案的合理性，不仅仅体现在符合相关规范的技术要求，最重要的是将技术与经济相结合，由于设计费一般占工程全费用的很小比例，但却对工程总费用的影响巨大，所以设计方案应该在确保施工图质量的基础上，尽量节省投资，对所有新发展民用户管线作水利计算，能够选择较小管径的不用大管径管线。 1 燃气管网流量的计算 1.1 同时工作系数法 燃气庭院支管和室内管道的设计，是采用同时工作系数法计算其流量的，它是由所有燃具的额定流量及其同时工作系数确定的，计算公式如下[3]： Q＝K∑Nq 式中： Q——燃气管道的计算流量，m3/h； K ——燃具同时工作系数； N ——同一类型燃具的数目； q—— 燃具的额定流量，m3/h。 上式中n、q根据实际情况选取，关键是同时工作系数K值需要确定，其物理含义是：实际流量与各类型燃具额定流量之总和的比值，它是随同一类型燃具的数目的增大而减少，反映了多个燃气用具的集中使用程度。 1.2 采暖热指标法 采暖热指标是城镇供热规划设计与建筑供热设计中一个重要的经济技术评价和控制指标，是确定集中供热系统热源规模的主要依据，一般多用面积热指标表示，即单位时间内对单位建筑面积的供热量。在热力网初步设计阶段或建筑物设计热负荷资料不全时，民用建筑的采暖、通风、空调及生活热水热负荷，可按下列方法计算[4]： Qh=qh×A×10-3 式中：Qh— 采暖热负荷，kW； qh — 采暖热指标，住宅楼的采暖热指标qh取64 W/m2； A — 采暖建筑物的建筑面积，m2。 2 燃气管道水力计算 2.1 低压燃气管道基本计算公式 ＝6.9×106ρ 式中： △P——燃气管道摩擦阻力损失(Pa)； l——燃气管道的计算长度(m)； Q——燃气管道的计算流量(m3/h)； d——管道内径(mm)； ρ——燃气的密度(kg/m3)； T——设计中所采用的燃气温度(K)； T0——273.15(K)； ——燃气的运动粘度(m2/s)； K——管壁内表面的当量绝对粗糙度，对钢管：输送天然气时取0.1mm。 2.2 燃气管道压力降的分配 低压燃气管道允许总压力降的分配按《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）的推荐值，如下表： 表1 低压燃气管道允许总压力降的分配 天然气灶具额定压力 Pn 总压力降△Pd（Pa） 街区 单层建筑 多层建筑 庭院 室内 庭院 室内 2000 1650 1050 300 300 200 400 一般的民用燃具正常工作可允许其压力在±50%范围内波动，但考虑到高峰期一部分燃具不宜处于过低的负荷，因此，取最小压力系数K2=0.75，最大压力系数K1=1.50。这样，低压燃气管网（包括庭院和室内管）总的计算压力降可确定为：△Pd=0.75Pn，加上燃气表的压力损失150Pa，燃气低压管道从调压箱到最远燃具的管道允许阻力损失，可按下式计算：△Pd=0.75Pn+150。 燃具额定压力Pn为2000Pa，燃具前最小压力为1500Pa，燃具前最大压力为3000Pa，如果调压箱出口压力调到3000Pa，室内管道压力损失400Pa，则庭院的最大压力降为3000-1500-400=1100Pa；庭院的额定压力降为3000-2000-400=600Pa。即：庭院压力降范围ΔP=600Pa～1100Pa，压力降大于1100 Pa，管径偏小，压力降小于600Pa，管径偏大。水力计算时以总压降与允许的计算压力降比较，如不合适需要改变个别管段的管径。 3燃气管道水力计算案例 以宝鸡市金利苑9号楼为例，9号楼为12层，共8个系统96户。每户含一台双眼灶和一台壁挂式采暖炉，其中耗气量为0.7Nm3/h的双眼灶96台（计算流量用Q1表示），耗气量为2.0Nm3/h的采暖炉96台（计算流量用Q2表示）；天然气灶具额定压力2000pa；燃气密度ρ取0.75kg/Nm3； 燃气温度T取293.15K；燃气运动粘度υ取15×10-6m2/s。建筑采暖面积均为120m2，1KW热负荷相当于860kcal热量，天然气热值为7940kcal/Nm3，采暖热指标法效率为0.90。 3.1 同时工作系数法对管径选取的影响 表2 水力计算表（同时工作系数法确定计算流量） 管段 编号 用户数N(户) 同时工作系数k 计算流量Q1(m3/h) 计算流量Q2(m3/h) 计算流量Q(m3/h) 管径 d (mm） 管段长度L1(m) 单位长度 压损ΔP/L(Pa/m) 阻力损失ΔP(Pa) 节点压力(Pa) 0～1 96 0.342 22.98 144.00 166.98 80 15.3 10.70 163.77 2636.23 1～2 84 0.348 20.46 126.00 146.46 80 8.20 8.38 68.73 2567.50 2～3 72 0.362 18.24 108.00 126.24 80 9.70 6.36 61.71 2505.79 3～4 60 0.370 15.54 90.00 105.54 80 9.00 4.57 41.14 2464.65 4～5 48 0.388 13.04 72.00 85.04 65 11.60 8.56 99.31 2365.35 5～6 36 0.394 9.93 54.00 63.93 65 9.00 5.06 45.52 2319.82 6～7 24 0.434 7.29 36.00 43.29 50 12.10 9.00 108.90 2210.93 7～8 12 0.516 4.33 18.00 22.33 50 7.30 2.69 19.62 2191.30 使庭院压力降在600～1100Pa之间，DN80需带4个系统，DN65需带2个系统，DN50需带2个系统。 3.2 采暖热指标法对管径选取的影响 表3 水力计算表（采暖热指标法确定计算流量） 管段 编号 用户数N(户) 同时工作系数k 计算流量Q1(m3/h) 计算流量Q2(m3/h) 计算流量Q(m3/h) 管径 d (mm） 管段长度L1(m) 单位长度 压损ΔP/L(Pa/m) 阻力损失ΔP(Pa) 节点压力(Pa) 0～1 96 0.342 22.98 88.73 111.71 65 15.3 14.23 217.65 2582.35 1～2 84 0.348 20.46 77.64 98.10 65 8.20 11.16 91.54 2490.82 2～3 72 0.362 18.24 66.55 84.79 65 9.70 8.52 82.60 2408.22 3～4 60 0.370 15.54 55.46 71.00 65 9.00 6.13 55.21 2353.01 4～5 48 0.388 13.04 44.36 57.40 65 11.60 4.15 48.16 2304.85 5～6 36 0.394 9.93 33.27 43.20 65 9.00 2.47 22.26 2282.59 6～7 24 0.434 7.29 22.18 29.47 50 12.10 4.45 53.82 2228.76 7～8 12 0.516 4.33 11.09 15.43 50 7.30 1.38 10.08 2218.69 使庭院压力降在600~1100Pa之间，DN65需带6个系统，DN50需带2个系统。 3.3对比分析 图1 燃气管道水力计算图 从以上两种计算结果对比可明显看出，壁挂式采暖炉的计算流量在采用同时工作系数法时比较大，用采暖热指标法时比较小，两种方法选取的管径要差一个级别。两种计算方法计算出的结果相差较大，原因在于燃气壁挂炉耗气量的选取，燃器具同时工作系数法选取的是壁挂炉的额定耗气量，它是壁挂炉不停歇运转时的耗气量。采暖热指标选取的是根据壁挂炉供热面积算出的燃气壁挂炉运行及停歇时的平均耗气量[5]。而且，同时工作系数K值和采暖指标Q都是经验数值，会给计算结果带来误差。虽然都是规范给出的数值，但对不同地区的适用性还需要根据实际情况进行验证。 4结束语 （1）同时工作系数与用户生活规律、燃气用具数量、种类及不同地区的气候条件等因素密切相关，因此不同地区、不同规模的设计都要根据具体情况选用不同的同时工作系数，参考不合理的数据，往往会提高管道设计负荷，浪费投资和钢材。目前的一些数据仅具参考性，供设计时选用不够精确可靠。 （2）采暖热指标选取的是根据壁挂炉供热面积算出的燃气壁挂炉运行及停歇时的平均耗气量。热指标的大小