摘 要

燃氣工程水力等計算軟件最新版目前包括24個功能模塊，其中管網水力計算收費，其他功能限時免費，通過本站購買可額外獲得點數獎勵。

管網水力計算

一.功能及特點

 

• 計算枝狀燃氣管網的水力工況。可計算任意復雜度的枝狀管網。

• 計算環狀燃氣管網的水力工況。可計算多氣源，多壓力的環狀管網。

• 計算速度快。采用了先進的計算核心，計算100個節點的復雜管網只需5秒。

• 結果輸出全面，明確。輸出的所有壓力（中，低壓管網）均為kPa表壓，用戶無須再進行轉換，且用戶可以將結果另存或打印。

• 可從CAD直接導入數據，可按兩種方式導出CAD計算圖。

二.使用介紹

本計算表由最上面是基本參數設置，中間是計算表，下面是一些功能按鈕。

        1.基本參數設置

        當基本數據表沒選擇“輸入輸出”表時，基本參數設置一些燃氣性質等參數；運動粘度、燃氣密度按實際情況填寫，具體請到混合氣體計算模塊根據當地氣質情況計算，一般情況下，運動粘度天然氣是14.1，液化氣是3.2；密度天然氣是0.75，液化氣是2.35左右；設計溫度按實際情況填寫；鋼管的當量絕對粗糙度一般是0.2，PE管一般是0.01；局部阻力比例系數一般按照0.05~0.1填寫；

        收斂限值是程序迭代時的收斂依據，計算時，當最大誤差小于收斂限值時，程序認為計算完成。一般設置為0.01，初算為了加快計算速度，可設置大一點，但是不能大于等于1，可設置為0.99。流速上下限是結果分析用的，超過上限的管段流速將以紅色表示，低于流速下限的管段流速將以綠色表示。

        當基本數據表選擇了“輸入輸出”表時，基本參數設置一些CAD輸入輸出的參數；

        節點輸出樣式Q/P表示上面顯示流量，下面顯示壓力。管段輸出樣式 DN-L/Q-EP 表示上面顯示為管徑-管長，下面顯示流量-管段壓降。

        輸出文字高度、節點圓圈半徑、節點網格間距根據實際情況的圖紙比例設置，可以先按默認值輸出，根據效果再調整。

        讀CAD數據時節點手動編號是為了輸入時方便手動改編號設置的，一般情況程序會自動給節點編號，如果想自己手動編號，請勾上這個選擇框，手動編上節點編號。不推薦手動編號，因為手動編號可能出錯或者遺漏。可以先點主程序界面的讀取CAD數據，這樣程序會給節點編號，然后對個別節點手動修改，避免出錯。

        管段標注時管徑替代這個功能是為了輸出計算圖美觀設計的，計算的時候，管徑一般輸入內徑，輸出的計算圖用外徑看著直觀。替代管徑在結果分析右側設置。

        節點標注帶箭頭和管段標注箭頭居中根據個人愛好設置。

 

2.水力計算表

        本程序中的水力計算由“基本數據”，“管段數據”，“結果分析”和“輸入輸出”四個表格組成。 藍色部分是程序計算結果，白色是輸入區域，雙擊可輸入數據。

2.1“基本數據”表

        該表中可輸入水力計算所必須的燃氣性質，管道性質，管網集中流量和區域途瀉流量。

        節點：可以是燃氣輸配系統中任何一點，如氣源點、用氣點、管道分支點、管道轉向點或管道上任意一點。應用節點法作水力計算時，理論上編制的節點越多，計算越準確，但同時數據輸入的工作量也就越大，因此往往只把燃氣管網上的特征點編為節點。 

        可對管網中任何特征點如氣源點、用氣點、分支點、變徑點等編號，編號為從1開始的自然數，每個節點可編寫任意序號，沒有次序，但總體上編號必須連續。例如對于有五個節點的管網，編號可以是2，1，3，5，4，但如果編號為1，2，4，5，6，則因沒有節點3而無法進行正確的計算。另外注意，輸入數據的行中不能出現空行，程序將忽略空行后的所有數據，如果出現空行，應該刪除該行。 

        集中流量：一般是指工業或商業用戶用氣的計算流量，這些用戶的用氣量能夠通過調查明確得出。對于沒有集中流量的節點如分支點、變徑點、氣源點等，無須輸入，程序將該節點的集中流量設置為0。 

        區域：及途瀉流量區域，是指由若干管段供氣的用氣區，這樣的區域內用戶多為民用戶后小商業用戶，無法詳細統計處每一戶的位置和用氣量，計算時可假定其用氣由包圍該區域的管段均勻供給。區域可以是封閉的，也可以是敞開的，如矩形區域的四個角節點號為1，2，3，4，區域由所有的管段供氣，則區域號一欄輸入“1-2-3-4-1”，若管段3-4，4-1不為該區域供氣則區域號一欄輸入“1-2-3”即可。注意，在輸入區域號時可以從區域的任意一角點開始，但節點號要按區域的幾何形狀順序輸入。 

        區域號"0"表示除過氣源外的其他所有管段。可用于全局自動分配流量。

        區域流量是指包含在區域內的用戶總用氣量。 

2.2“管段數據”表

 在該表中用戶需輸入所有管段的管長和管徑，并可在計算后得到管段流量，壓力降等管段計算數據。 

        管段號即管段起終點的節點號，無輸入順序要求，如管段的兩個端點節點號分別為2和5則可以輸入2  5,也可以輸入5 2，且可以以任意管段開始輸入，但總體上必須將所有管段數據都輸入，如有遺漏程序將不能正常計算，所以建議按節點號從低到高的順序輸入。管段號之間的氣流方向是計算結果，輸入時不用考慮。 

        管長的單位為千米，管徑的單位為毫米。管徑為試算值，輸入時須初擬管徑，理論上初擬管徑可為任何值，但實際中為減少試算次數，加快收斂速度，用戶應根據經驗設定合理的初始值，這樣只需要一兩次調整不合理管徑就能得到合理的水力計算數據。 

   2.3“結果分析”表

左邊是對計算結果的一些分析數據，幫助用戶進行決策調整。 

        右邊是管材統計的數據。管徑替代是為了輸出的計算圖美觀設置的，計算是用的內徑，輸出的計算圖如果要輸出外徑，可在此設置替代管徑。

   2.4“輸入輸出”表

該表主要涉及CAD輸入及輸出計算圖的部分。

        如果管段及節點數據都是手動輸入的，那么節點的坐標值一般都還沒有，這樣可以通過這個表生成模擬的坐標值；在坐標表格填上節點的相對位置，點下方的生成CAD坐標，節點的模擬坐標值即可生成在右側表格中；

        如果管段及節點數據是從CAD直接讀入的，則坐標值一般都在讀取CAD數據時一同讀入了，不需要再生成模擬坐標值了。

        如果電腦上裝有多個版本的CAD，軟件是和上一次啟動的CAD關聯的，如果想和另外一個版本的CAD關聯，則將該版本CAD啟動一次再關閉，然后使用軟件即可。

3.功能按鈕區

 

藍焰”,這個按鈕是導入藍焰2007格式存檔的按鈕，藍焰2007也是一款管網水力計算軟件，存檔也采用XLS格式。

        “導入數據（xls）”,“導出數據（xls）”這兩個是導入導出excel文件的按鈕，可以將計算結果存下來，方便以后查看。

        “計算”按鈕是程序開始平差的按鈕，是本程序的核心；

        “清空數據”是為了再次計算快速清除界面數據用的，清空之前，建議先導出數據；基本參數設置區域的數據不會清空；

        “連接CAD環境”，這個按鈕是啟動CAD作為錄入數據用的，CAD啟動后，即和程序關聯，此時點“讀取CAD數據”，符合要求的數據將會讀入程序。

        “停止”按鈕是是用來中途退出計算用的，有些管網計算，當參數不合適時，很難收斂，此時可以用此按鈕退出；

        “強制停止”按鈕也是中途退出的，不同的是，強制停止將立即退出當前線程的計算，并丟棄本次未完成的迭代數據，界面結果區域顯示的是上次迭代的結果；而點擊了停止時，程序會計算完當次迭代才會退出；無論點了“停止”或者“強制停止”，程序將不會校驗結果的正確性；

        “轉換CAD坐標”可以將輸入輸出坐標表格的節點相對位置，轉化成模擬的CAD坐標，并顯示在輸入輸出表的右邊；

        “輸出CAD計算圖”是繪制計算圖用的，點擊本按鈕，CAD將會啟動，并在其中繪出計算圖。

三.示例

問題一：單一管段水力計算。如圖：

用戶用氣量為150Nm3/h，低壓天然氣供氣，氣源壓力2500Pa，普通鋼質管道，管長100米，試求需要的管徑。

        解:先根據經驗初擬管徑為DN80，將基本數據輸入計算表格

再將管段數據輸入計算表格

這樣就完成了所有的數據輸入，單擊主窗口上的“計算”按鈕即可得到計算結果

用戶可對計算結果進行分析，若覺不符，可將管徑的數值進行調整，如將管徑調整為100，再進行計算，直到管徑符合要求。

        問題二：燃氣管網的水力計算。作為一個一般性的示例如圖：

 此例中1，4兩節點為氣源點，且壓力不同，各用氣點有集中流量，其中區域2-3-6-5-2成環，區域內分布流量為600Nm3/h,求各管段管徑。 

        解:根據經驗初擬管徑為DN100，將基本數據和管段數據輸入計算表格；供氣區域號“2-3-6-5-2”也可以用“0”代替，因為在本例中，管網規模較小，“0’就表示了除過氣源節點外的所有其他區域；

輸入管段數據：

 

 單擊主窗口上的“計算”按鈕即可得到計算結果

        切換到工作表“結果分析”可得到水力計算結果分析數據

        從以上兩表可知,管段2-5，6-3的流速和壓力降明顯太小，因此需減小這些管段的直徑，本例將上述管段調整為DN80，調整后的結果為

計算完后切換到輸入輸出界面，設置相關參數，在左邊表格填上節點的相對位置，然后點擊 “轉換CAD坐標”按鈕，右側會生成CAD的坐標值。如果是從CAD讀入的數據，那么坐標已經有了，不需要從表格生成模擬的坐標值。下面這個表格只能表示管網的相對關系，不代表坐標點的實際情況；

然后點擊右下角的“輸出CAD計算圖”按鈕,稍等片刻，CAD會自動啟動并繪制出計算圖：

 

問題三：對問題二所示燃氣管道作事故工況分析 

        若氣源4停止供氣，求燃氣管網的水力工況。 

        解：非常簡單，只要將管段4-5的管徑改為0，重算即可。 

        若管段2-5斷開，求燃氣管網水力工況。 

        解：只要將管段2-5的管徑改為0，將區域號改為2-3-6-5,重算即可。

        問題四：一個管網要做水力計算，管段較多，如何快速輸入及避免出錯？ 

        解：使用程序的CAD輸入功能即可。 先點擊程序界面的“連接CAD環境”按鈕。稍等片刻，CAD程序會自動啟動。

        在CAD中用多段線繪出燃氣管段，有節點的地方必須斷開，管段的圖層名設置為相應的管徑。

        在節點的地方插入塊，塊名為“jdbz”,如果節點是氣源時，塊的圖層設置成氣源，標記A填寫氣源壓力，節點不是氣源，塊的圖層設置成節點，標記A填寫節點流量；

        節點編號不需要填寫，程序會自動編號；

        保證每個節點上有一個jdbz的塊，即使節點流量為零，無節點標注的孤立多段線的數據將會被丟棄；

        請按管網的實際情況繪圖，管段的長度單位是米；

        一個設置好的CAD管網如下圖所示：

 

點程序界面“讀取CAD數據”按鈕，CAD中的數據將會讀入軟件，讀入的數據分三部分，分別是節點數據（壓力或流量）、管段數據（管長、管徑）和節點坐標數據；

        然后點擊“計算”按鈕，程序將計算出結果；

        如果對結果不滿意，可以調整管徑等參數，可以在原來CAD圖上調整，調整完重新讀取計算.....也可以直接在程序數據界面修改；

        從CAD讀取的數據自帶節點坐標，所以管徑調整好后可以直接點“輸出CAD計算圖”按鈕，輸出計算圖。

四.其他說明

        本程序根據《燃氣工程設計手冊》(嚴銘卿)的第11章編寫，采用的是節點法。 水力摩阻系數采用的GB50028-2006的6.2.6-2條“柯列伯洛克”公式。

        本程序關于CAD讀寫部分采用的是AutoCAD® ActiveX®接口，由于本接口只為32位CAD系統設計，所以只支持32位的CAD。

        本程序中已考慮中高壓氣體壓縮問題，無須用戶手動輸入壓縮因子。 

        程序設計思想為簡約實用，已在實際設計工作中使用多年，效果十分好，數據準確。用戶在使用中如有意見和建議，歡迎不吝提出，本程序將不斷更新完善。

        本程序借鑒了《藍焰2007網絡版》的界面設計和幫助文件，在此向其作者李其表示感謝。

 

五.參考資料

        1.《城鎮燃氣設計規范》（GB50028-2006）

        2.《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》（CJJ63-2008）

        3.《燃氣輸配》（第三版，中國建筑工業出版社）

        4.《燃氣工程設計手冊》（中國建筑工業出版社）

        5.《建筑燃氣設計手冊》（中國建筑工業出版社）

        6.《天然氣管道輸送》(石油工業出版社)

        7.《燃氣管網水力計算研究》(田貫三 劉燕 江億)

        8.《節點法燃氣管網平差計算方法》(馮良 張同 全惠君 周偉國)

        9.《求解病態線性方程組的共軛向量基算法》(鄭洲順 黃光輝)

        10.《計算方法》(機械工業出版社)

        11.《VisualBasic+SQL2000系統開發實錄》(電子工業出版社)

        12.《ActiveX 和 VBA 開發人員手冊》(Autodesk, Inc.)

 

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