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1、a.管網(wǎng)閥門配置狀況長(zhǎng)期以煤制氣為主要?dú)庠矗芫W(wǎng)一般為中低壓兩級(jí)系統(tǒng),中壓管網(wǎng)壓力不高于0.2MPa,且管網(wǎng)規(guī)模不大大量的低壓管網(wǎng)幾乎不配置截?cái)嚅y門。中壓管網(wǎng)配置數(shù)量有限的閥門,并無(wú)一定之規(guī)。第1頁(yè)/共72頁(yè)b.配置閥門無(wú)一致的方法 20世紀(jì)80年代初哈爾濱建成氣源為高壓氣化煤氣的大型城市中壓管網(wǎng)系統(tǒng)(管段數(shù)1700);以及進(jìn)入21世紀(jì)后,以天然氣為氣源,各地大量建設(shè)中壓管網(wǎng)為主體的城市燃?xì)庀到y(tǒng),都面臨了各級(jí)管網(wǎng)如何配置閥門的問(wèn)題 區(qū)域隔離配置的設(shè)計(jì)指標(biāo),例如按(12萬(wàn)戶區(qū)域)配置閥門 閥門密度=0.51.0個(gè)km作為配置指標(biāo)第2頁(yè)/共72頁(yè)c.高壓燃?xì)忾y門及閥門井綜合單價(jià)40 5080100
2、150200250300400024681012141618x 104Pipe Diameter mmCost Yuan第3頁(yè)/共72頁(yè)d.閥門配置方式的共同不足點(diǎn) 經(jīng)驗(yàn)的方式只注意到影響閥門配置的單一因素 缺乏明確的拓?fù)湟?guī)則 第4頁(yè)/共72頁(yè)燃?xì)夤芫W(wǎng)的閥門配置原則閥門配置定理閥門規(guī)則配置模式規(guī)則配置閥門計(jì)數(shù)公式 閥門配置公式燃?xì)夤芫W(wǎng)閥門配置方法 第5頁(yè)/共72頁(yè)1. 燃?xì)夤芫W(wǎng)的管段與閥門定義:燃?xì)夤芫W(wǎng)的管段定義為管徑、材質(zhì)不變以及其上無(wú)分流或合流的一段管道。這是嚴(yán)格定義的管段概念 定義:限定其上無(wú)分流或合流的一段管道,這是管段的寬泛定義 “水力計(jì)算管段”的定義 忽略管段被細(xì)分的情況 :配氣支
3、管用于分配途泄流量 第6頁(yè)/共72頁(yè)支管、支閥、端閥 支管:只有一根管段的枝形管道支閥:支管連向干管的閥門端閥:支管端點(diǎn)的閥門 第7頁(yè)/共72頁(yè)2. 閥門的理論配置與理論配置定理 “逐管段隔離原則” :管網(wǎng)的任一管段發(fā)生故障時(shí),都能用與其相關(guān)的閥門將其與管網(wǎng)的其他部分隔離 “理論配置”模式 :閥門按逐管段隔離原則配置 理論配置可以實(shí)現(xiàn)逐管段用閥門將故障管段有效地從管網(wǎng)的其他部分隔離 第8頁(yè)/共72頁(yè)理論配置第9頁(yè)/共72頁(yè)理論配置模式的數(shù)量表達(dá)式 fv=nv-1 (1)fv管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在相關(guān)管段上設(shè)置的閥門數(shù);nv節(jié)點(diǎn)的度數(shù)(圖論概念), 即與節(jié)點(diǎn)相連的管段數(shù)對(duì)管網(wǎng)支管端點(diǎn): fv=nv (1a)
4、第10頁(yè)/共72頁(yè)管網(wǎng)閥門理論配置 節(jié)點(diǎn)nvfv 節(jié)點(diǎn) nv fv 1 32 8 1 1 2 21 9 1 1 3 43 10 1 1 4 32 11 1 1 5 32 12 1 1 6 21 13 1 1 7 32第11頁(yè)/共72頁(yè)理論配置定理 對(duì)某一級(jí)燃?xì)夤芫W(wǎng),管段數(shù)為B,環(huán)數(shù)為H,進(jìn)行閥門理論配置,則閥門數(shù)量為: JB+H -1 (2) J某一級(jí)燃?xì)夤芫W(wǎng)閥門理論配置,除端閥外的閥門總數(shù) B某一級(jí)管網(wǎng)管段數(shù) H某一級(jí)管網(wǎng)環(huán)數(shù) 第12頁(yè)/共72頁(yè) (對(duì)管網(wǎng)的全部管道) JB+H -113+1-113包括端閥: JSB+H+TE -113+1+6-119第13頁(yè)/共72頁(yè)3. 燃?xì)夤芫W(wǎng)閥門的規(guī)
5、則配置與閥門計(jì)數(shù)公式從工程實(shí)際出發(fā)考慮管網(wǎng)閥門配置 采取“區(qū)域隔離原則”, 即劃定一定區(qū)域、將若干管段作為一個(gè)隔離對(duì)象 閥門有較高的故障率 截?cái)嚅y出現(xiàn)故障,其影響范圍將會(huì)是隔離管段數(shù)影響范圍的兩倍 第14頁(yè)/共72頁(yè)閥門規(guī)則配置-從理論配置模式出發(fā)-對(duì)干管減少截?cái)嚅y,變?yōu)椤懊縨根管段隔離” 形成區(qū)域隔離(稱為m級(jí)配置)-保留支閥第15頁(yè)/共72頁(yè)完全規(guī)則配置(1)m=3 第16頁(yè)/共72頁(yè) 完全規(guī)則配置(2)m=3 第17頁(yè)/共72頁(yè)規(guī)則配置m=3 第18頁(yè)/共72頁(yè)孤立組組中管段數(shù)少于級(jí)數(shù)m的管段組稱為 孤立組規(guī)則配置的管網(wǎng)可能存在n個(gè)剩余組各剩余組 i 中分別有Ri根管段因而規(guī)則配置的管網(wǎng)
6、有Ri根孤立管道第19頁(yè)/共72頁(yè)例:按3級(jí)規(guī)則配置的管網(wǎng)第20頁(yè)/共72頁(yè) 管網(wǎng):管段數(shù)B=67,環(huán)數(shù)H =14,支管數(shù)T =18本管網(wǎng)配置了多少閥門?下面分析此問(wèn)題,進(jìn)行定量的討論第21頁(yè)/共72頁(yè)完全規(guī)則配置可以產(chǎn)生的管段組數(shù)(不包括支管) mTBZ第22頁(yè)/共72頁(yè)實(shí)際產(chǎn)生ZE個(gè)m級(jí)管段組,所以m級(jí)管段組組數(shù)少: mRZZZiE/第23頁(yè)/共72頁(yè) mTBmJm1規(guī)則減閥數(shù)完全規(guī)則配置相對(duì)于理論配置的干管減閥數(shù) (B-T)是干管數(shù)第24頁(yè)/共72頁(yè)孤立管段組減閥數(shù) niiRRJ11第25頁(yè)/共72頁(yè)余閥 出現(xiàn)管段組中可取消的無(wú)隔離作用的閥門,稱為余閥出現(xiàn)包含環(huán)的管段組。在進(jìn)行規(guī)則配置時(shí)
7、,某個(gè) m級(jí)(m3)管段組存在h個(gè)環(huán)時(shí),可以看為是從組內(nèi)恰有m+h-1個(gè)閥門的理論配置開(kāi)始,取消(m-1)個(gè)閥門,形成規(guī)則配置;組內(nèi)無(wú)需閥門,仍有h個(gè)閥門可以取消,即為余閥,管段組中的環(huán)即為通環(huán)。 第26頁(yè)/共72頁(yè)規(guī)則減閥及余閥 mJmJ(B= =m=7,J= m+H-1=7+2-1=8,=6,=H=2)組外規(guī)則配置閥門 規(guī)則減閥 余閥 第27頁(yè)/共72頁(yè)余閥數(shù) 余閥數(shù)等于通環(huán)數(shù) 可由通環(huán)數(shù)獲知余閥數(shù)mmHJ第28頁(yè)/共72頁(yè)未取消的閥門數(shù) 規(guī)則配置相對(duì)于完全規(guī)則配置 未取消的閥門數(shù) /mRmZmJiZ) 1() 1(第29頁(yè)/共72頁(yè)閥門計(jì)數(shù)公式 TJJmLPZRmmJJJmTBmHBJ1
8、1包括支閥:不包括支閥:包括端閥:EmSTJJ第30頁(yè)/共72頁(yè)例: 管網(wǎng)B=33,H=10,T=0。 進(jìn)行m=4級(jí)配置, Z= 組 8433第31頁(yè)/共72頁(yè)理論配置閥門數(shù) 421-1033J第32頁(yè)/共72頁(yè)mTBmJm124403314mJ第33頁(yè)/共72頁(yè),0mJ1iRRJ有7個(gè)小于m的孤立管段組(管段旁伴有虛線) 有一個(gè)m=3的管段組減閥2個(gè)余閥數(shù)為0JR =2第34頁(yè)/共72頁(yè)規(guī)則配置時(shí),未實(shí)現(xiàn)的m級(jí)管段組數(shù)249mRZi第35頁(yè)/共72頁(yè) ZmJZ) 1((規(guī)則配置管段組數(shù)為ZE=6 組)或= (4-1) 2=664) 1111113() 1(4) 1() 1(/mRmZmJiZ
9、第36頁(yè)/共72頁(yè)總減閥數(shù) ZRmmJJJJ第37頁(yè)/共72頁(yè)管網(wǎng)配置閥門數(shù) Jm=42-(24+0+2-6)=22 52. 042/22/JJm第38頁(yè)/共72頁(yè)管網(wǎng)m級(jí)規(guī)則配置方法 分為3步進(jìn)行 :-全管網(wǎng)進(jìn)行理論配置 -對(duì)干管,取消管段組內(nèi)(m-1)個(gè)閥門 -取消余閥 ,取消孤立管段組內(nèi)閥門 第39頁(yè)/共72頁(yè)例:管網(wǎng)(B=67, H=14,T=18)(支管全設(shè)支閥) 第40頁(yè)/共72頁(yè)不同級(jí)別的閥門配置 配置級(jí)別m 2 4 816 J 80 80 80 80 Jm 24 36 42 45 Jm 0 0 2 6 Jm+Jm 24 36 44 51 Jm 56 44 36 29 Jm/ J
10、 0.70 0.55 0.45 0.36第41頁(yè)/共72頁(yè)規(guī)則配置性質(zhì) 規(guī)則配置不是唯一的,能有多種型式; 形成規(guī)則配置,可以按任意自然數(shù) 2,3,(B-T)級(jí)的數(shù)目隔離; 對(duì)一個(gè)管網(wǎng)可以采用混合級(jí)別的 規(guī)則配置。 實(shí)際管網(wǎng),一般配置成規(guī)則配置,且配置級(jí)別不大于4級(jí)(m4),一般余閥數(shù)為0 。 第42頁(yè)/共72頁(yè)規(guī)則配置改進(jìn)為完全規(guī)則配置調(diào)整某些節(jié)點(diǎn)的閥門在管段上的位置調(diào)整管段組劃分變?yōu)橥耆?guī)則配置,可減少閥門第43頁(yè)/共72頁(yè) 比較:(充分的)完全規(guī)則配置,0ZJ21-31RJR)(,21mJ)()J第44頁(yè)/共72頁(yè)第45頁(yè)/共72頁(yè)4.閥門規(guī)則配置公式 由閥門密
11、度定義,按配置閥門計(jì)數(shù)公式,忽略 得到閥門密度與相應(yīng)配置級(jí)別的關(guān)系:mJRJBLHmTBkLP1第46頁(yè)/共72頁(yè)閥門規(guī)則配置級(jí)別 配置級(jí)別m的適用指標(biāo)值它可用于指導(dǎo)實(shí)際的管網(wǎng)閥門配置設(shè)計(jì) BHLkBTmLP11第47頁(yè)/共72頁(yè)5.規(guī)則配置的各因素分析 管網(wǎng)形狀 11.522.533.544.555.5600.511.5Valve Density k set/kmArangment Level枝狀管網(wǎng)長(zhǎng)形環(huán)網(wǎng)方形環(huán)網(wǎng)第48頁(yè)/共72頁(yè) 管網(wǎng)環(huán)密度 0.150.20.250.30.350.40.450.500.511.522.5配置級(jí)別m=1到m=6Loop Density H/BValve
12、Density k LP配置級(jí)別m=1到m=6考察方環(huán)形管網(wǎng),有同樣大小的敷設(shè)面積但有不同的環(huán)密度(H/B) 第49頁(yè)/共72頁(yè) 管段平均長(zhǎng)度 0.511.501234H/B=0.15m=16Section Average Lenth L (km)Valve Density on Loop k LP0.511.501234H/B=0.2m=16Section Average Lenth L (km)Valve Density on Loop k LP0.511.501234H/B=0.3m=16Section Average Lenth L (km)Valve Density on Loop
13、k LP0.511.501234H/B=0.4m=16Section Average Lenth L (km)Valve Density on Loop k LP第50頁(yè)/共72頁(yè) 管網(wǎng)規(guī)模0501001502002503000.20.30.40.50.60.70.80.91LR kmkLP Set/km100144256324361H=400100144256324361H=400m=3第51頁(yè)/共72頁(yè) 配置級(jí)別配置級(jí)別愈多,閥門密度愈小1、2級(jí)之間相差較大,但在4級(jí)以后這種變化即不顯著 第52頁(yè)/共72頁(yè)4. 燃?xì)夤芫W(wǎng)閥門的現(xiàn)行配置010020030040050060070080000.
14、511.522.533.54L km kLP第53頁(yè)/共72頁(yè)5. 結(jié)論 燃?xì)夤芫W(wǎng)閥門理論配置定理是解決燃?xì)夤芫W(wǎng)閥門配置問(wèn)題的科學(xué)基礎(chǔ)。 規(guī)則配置方法及其閥門配置公式可作為工程設(shè)計(jì)原理及實(shí)用方法。 區(qū)別對(duì)待不同規(guī)模的管網(wǎng),按設(shè)定的管網(wǎng)管段平均長(zhǎng)度L,管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征(H-1)/B、T /B,考慮采用的經(jīng)濟(jì)性的閥門密度kLP,可得到應(yīng)采用的相應(yīng)配置級(jí)別m的適用指標(biāo)值。第54頁(yè)/共72頁(yè) 從規(guī)則配置可以看到,閥門故障一般會(huì)影響到2m根管段。因此規(guī)則配置級(jí)別不能太大。 配置閥門的注意點(diǎn) 配置的優(yōu)先原則:對(duì)一節(jié)點(diǎn)各相關(guān)管段,優(yōu)先在較小管徑的管段上設(shè)閥門; 使管段組盡量靠近為一小區(qū)進(jìn)行閥門配置,以便于管理
15、; 可對(duì)實(shí)際的配置方案作若干調(diào)整,以接近充分的完全規(guī)則配置。第55頁(yè)/共72頁(yè)閥門理論配置定理證明 用數(shù)學(xué)歸納法。對(duì)2根管段(B=2,H=0)的管網(wǎng)系統(tǒng),需用1個(gè)閥門與另1管段隔離 J=B+H-1=2+0-1=1 第56頁(yè)/共72頁(yè)對(duì)3根管段的管網(wǎng)有兩種型式a),b)第57頁(yè)/共72頁(yè)a)B=3,H=0,需用2個(gè)閥門將各管段隔離: J=B+H-1=3+0-1=2b)B=3,H=1,需用3個(gè)閥門將各管段隔離: J=B+H-1=3+1-1=3第58頁(yè)/共72頁(yè) 若對(duì)管段數(shù)為B,環(huán)數(shù)為H,為使每一管段都可與整個(gè)管網(wǎng)隔離,需要的閥門數(shù)為J,且符合定理的計(jì)算,有: J=B+H-1或 J-(B+H-1)=
16、0第59頁(yè)/共72頁(yè) 考察管段數(shù)為B=B+1,環(huán)數(shù)為H , 需要閥門數(shù)為J 的情況。對(duì)管網(wǎng)增加一根管段, 即管段數(shù)B=B+1的型式只有a),b)兩類第60頁(yè)/共72頁(yè)a)B=B+1,H =H+0,需用J =J+1個(gè)閥門將各管段隔離 第61頁(yè)/共72頁(yè) J -(B+ H -1) =(J+1)-(B+1)+(H+0)-1有 J -(B+ H -1)=J-(B+H-1) =0 J = B+ H -1第62頁(yè)/共72頁(yè)b)B=B+1,H =H+1,需用J =J+2個(gè)閥門將各管段隔離 第63頁(yè)/共72頁(yè) J -(B+ H -1) =(J+2)-(B+1)+(H+1)-1有 J -(B+ H -1)=J-
17、(B+H-1) =0 J = B+ H -1定理得證|第64頁(yè)/共72頁(yè)關(guān)于余閥的引理定義:對(duì)管段組中的環(huán),取消其上余閥后,成為無(wú)閥門的環(huán),稱為通環(huán)。由通環(huán)定義可知,對(duì)一個(gè)管段組,余閥與通環(huán)是一個(gè)對(duì)應(yīng)。對(duì)實(shí)際管網(wǎng),閥門配置級(jí)別高于3級(jí)時(shí),有可能出現(xiàn)包含環(huán)的管段組。第65頁(yè)/共72頁(yè)在進(jìn)行規(guī)則配置時(shí),某個(gè) m級(jí)(m3)管段組存在h個(gè)環(huán)時(shí),可以看為是從組內(nèi)恰有m+h-1個(gè)閥門的理論配置開(kāi)始,取消(m-1)個(gè)閥門,按管段組的定義,組內(nèi)無(wú)需閥門,此時(shí)必定仍有h個(gè)閥門可以取消,此仍可取消的閥即為余閥,管段組中的環(huán)即為通環(huán)。參見(jiàn)圖3。第66頁(yè)/共72頁(yè)mJmJ(B= =m=7),J= m+H-1=7+2-1=8,=6,=Hm=2)組外規(guī)則配置閥門; 規(guī)則減
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