文档介绍：第三届中国 LNG 论坛论文编号:1270401
燃气输配管网工程分析
梁金凤 1,2,郭开华 1,皇甫立霞 1,李宁 1
(,广东广州 510275; ,河北廊坊 065001)
摘要:我国城市燃气事业发展迅速,燃气管网规划与其实际发展不匹配情况已经出现,对燃气管网重新进行计算
分析,有助于了解管网目前运行状况,并且对修正管网规划,优化管网设计也有重要的指导意义。本文介绍了燃气
输配管网工程分析的基本方程,以及国内外工程分析使用的软件情况,并采用某次高压管线及某城市中压管网进行
案例计算与分析。事实证明,燃气输配管网工程分析必将成为企业运营维护与投资决策不可或缺的手段与方法。
关键词:燃气管网;工程分析;模拟
随着清洁能源—天然气的需求量日益增多,以及能源高效利用的技术发展,燃气管网作为能源
输配的重要载体,对其进行工程分析已与燃气公司的许多部门工作密不可分。例如,设计部门在制
定城市燃气专项规划与管网新建、改建计划时,需要对现有燃气管网的运行工况进行“摸底”,调度
部门需要预先判断在特殊工况下,如燃气泄漏、开关阀门后,各类燃气管网终端用户的运行状态。
同时,天然气输配过程中蕴含的压力能,燃气管网中的管存量如何利用,都需要对燃气输配管网进
行深入细致的工程分析。工程分析的基础是对燃气管网建模,还有其他熟知的名称[1],如管网模拟,
管网分析,管网平差等。
1 管道中燃气流动基本方程[2-4]
气体的运动必然满足质量守恒、动量守恒和能量守恒。通过联立运动方程、连续性方程和状态
方程,即可得到燃气在管道内流动的基本方程,这些方程描述了气体的压力 p 、密度ρ、流速ω和
温度T 等量之间的关系。
∂()ρω∂()ρω 2 ∂p λω 2
运动方程+ + + g()ρ−ρ sinα+ ρ= 0
∂t ∂x ∂x a d 2
∂ρ∂()ρω
连续性方程+ = 0
∂t ∂x
状态方程 p = ZρRT
ω—燃气速度,m/s;
ρ—燃气密度,kg/m3;
3
ρ∂—空气密度,kg/m ;
p —燃气压力,Pa;
t —时间,s;
x —管道轴向坐标,m;
g —重力加速度,m/s2;
α—管道与水平面夹角,。;
λ—管道摩阻系数;
d —管道直径,m;
Z —压缩因子;
T —燃气温度,K;
R —气体常数,J/(kg·K)。
从理论上讲,利用上述方程组可以计算出管道中任何位置、任何时刻的运动参数。但是该方程
组是属于非线性偏微分方程组,求解很困难。就工程分析而言,可以忽略一些对计算结果影响不大
的因素。例如,运动方程中的对流项和惯性项在大多数情况下均可忽略不计,这是因为对流项只有
在燃气流速接近声速时,该项才有意义,而惯性项只在管道中燃气流量随时间变化极大时才有意义。
对于长输燃气管道或城市高中压输配管道内的压力越大,则(ρ−ρ a )差值越大, ()ρ−ρ a ≈ρ。
另外,由于燃气管道一般埋于地下(冰冻线以下),管道沿线温度变化比较小,因此在计算分析
中一般不考虑管道内燃气温度变化。此外,在城市燃气管网中,当标高的差值不太大时,运动方程
中的重力项一般也可以忽略不计。