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第1章 城市燃气负荷1

1.1概述1

1.1.1燃气负荷的定义及应用1

1.1.2燃气负荷的分类2

1.2燃气负荷的工程指标系统3

1.2.1用气量指标3

1.2.2用气不均匀系数4

1.2.3用气量高峰系数7

1.2.4城市燃气输配系统小时计算流量7

1.2.5最大日不均匀系数与日高峰系数的区别8

1.2.6同时工作系数及支管计算流量9

1.2.7储气系数10

1.3燃气负荷指标的制订11

1.3.1燃气用气定额及用气小时高峰系数12

1.3.2同时工作系数13

1.4燃气负荷用气工况14

1.4.1用气工况的性质14

1.4.2燃气负荷模型分类15

1.5燃气负荷工况模型16

1.5.1曲线拟合模型16

1.5.2傅立叶级数模型18

1.5.3回归模型19

1.5.4弹性系数22

1.5.5人工神经网络模型23

1.5.6灰色预测模型25

1.5.7指数平滑预测模型29

1.5.8时间序列分析预测模型30

1.5.9负荷模型的组合34

1.6燃气负荷中、长期预测36

参考文献38

第2章 管道中燃气的流动40

2.1概述40

2.1.1城市燃气输配管网系统的压力级制40

2.1.2燃气管道内的流动状态41

2.2管道中燃气流动基本方程42

2.3燃气不稳定流动方程46

2.3.1解析法46

2.3.2数值法48

2.4燃气非等温流动50

2.4.1燃气非等温流动方程及其简化50

2.4.2燃气非等温稳定流动53

2.4.3燃气非等温不稳定流动56

2.5常用状态方程58

2.5.1对比态原理与通用压缩因子59

2.5.2范德华方程60

2.5.3BWR方程60

2.5.4BWRS状态方程61

2.5.5精度比较62

2.5.6BWRS方程的应用63

2.6流动摩阻系数66

参考文献71

第3章 天然气长输管道工程分析72

3.1概述72

3.1.1长距离管道输气系统72

3.1.2长距离管输技术现状73

3.1.3发展趋势74

3.2输气管道的稳定流动分析75

3.2.1稳定流动简化方程75

3.2.2输气管道的水力计算76

3.2.3输气管基本参数对流量的影响78

3.3长输管道输气过程的模拟80

3.3.1慢瞬变流的隐式中心有限差分法求解82

3.3.2快瞬变流的显式特征差分法求解84

3.4输气管道的增压输送90

3.4.1压气站与管路的联合工作90

3.4.2干线输气管的工况分析92

3.4.3末段储气93

3.4.4压气站布置95

3.4.5工艺参数优化选择97

3.5输气管道运行优化100

3.5.1输气管道运行优化的特点及发展100

3.5.2运行优化模型102

3.5.3输气系统的动态模拟105

参考文献106

第4章 燃气输配管网水力分析与动态模拟107

4.1概述107

4.1.1燃气管道分类107

4.1.2燃气管网108

4.2分配管网的水力分析基础109

4.2.1燃气管网计算图论基础110

4.2.2稳定流动方程113

4.3城市燃气管网水力分析114

4.3.1燃气管网水力分析数学模型114

4.3.2燃气管网水力分析的3种解法115

4.3.3各种算法的比较与评价118

4.4燃气管网流量迭代节点法水力分析119

4.4.1流动方程的简化形式119

4.4.2节点方程及管网节点关联矩阵119

4.4.3管网稳态分析方程120

4.4.4节点法计算121

4.5燃气输配管网不稳定流动模拟的解析解法124

4.5.1输配管网数学模型的修正与简化124

4.5.2输配管网不稳定流动数学模型求解127

4.5.3城市高压输气管道不稳定流的计算133

4.6燃气输配管网不稳定流动模拟的数值解法137

4.6.1不稳定流动模拟的有限差分格式137

4.6.2不稳定流动模拟的差分方程求解140

4.6.3实例运用143

4.7城市天然气输气管道稳定流动147

参考文献148

第5章 燃气输配管网结构分析与优化150

5.1概述150

5.2燃气输配管网的结构分析150

5.2.1燃气管网结构与结构分析150

5.2.2管网的结构因素151

5.2.3管网结构特性指标158

5.2.4管网结构分析技术160

5.3城市燃气管网优化设计161

5.3.1城市天然气输配管网优化模型162

5.3.2城市燃气管网成本函数164

5.3.3城市燃气管网优化计算方法165

5.4拉格朗日乘数法管网优化的计算170

5.5遗传算法管网设计优化172

5.5.1遗传优化算法的基本原理172

5.5.2遗传优化算法燃气管网优化应用177

5.6燃气管网综合优化原理179

5.6.1准边值管网180

5.6.2管网压力储备与综合优化原理181

5.6.3燃气管网综合优化模型183

5.6.4小结185

参考文献185

第6章 燃气输配管网系统可靠性评价187

6.1概述187

6.2可靠性的度量指标及分布函数187

6.2.1可靠性基本函数187

6.2.2故障率分布函数188

6.2.3维修性189

6.2.4系统的可靠性190

6.2.5系统的状态转移191

6.3燃气管网系统的供气可靠性194

6.3.1管网供气可靠度194

6.3.2燃气管网供气可靠度算例196

6.4燃气管网可靠性故障树分析199

6.4.1燃气管网故障树199

6.4.2故障树数学模型202

参考文献206

第7章 燃气输配管网运行调度宏观模型207

7.1概述207

7.2管网水力计算确定供气调度方案的弊端207

7.3管网运行工况宏观模型208

7.3.1无运行信息的宏观模型208

7.3.2有运行信息的宏观模型209

7.4建模原始数据与应用要点209

7.5模型应用特性与应用范围210

7.6模型的应用示例211

7.7模型的应用说明214

参考文献215

第8章 城市燃气输配系统风险评价216

8.1概述216

8.2燃气输配系统危险源辨识221

8.3故障树分析（FTA）模型223

8.3.1故障树的分析流程224

8.3.2故障树分析的基本名词和符号225

8.3.3故障树的最小割集及其算法227

8.3.4底事件概率确定方法231

8.4模糊数学及模糊综合评价方法232

8.4.1模糊数学232

8.4.2模糊综合评价236

8.4.3利用模糊数学方法确定故障树底事件的发生概率239

参考文献244

第9章 燃气输配管网故障诊断245

9.1概述245

9.2燃气管网故障诊断特征空间246

9.2.1模式识别的基本方法246

9.2.2燃气管网节点压力特征空间247

9.3燃气管网故障诊断的模式识别方法248

9.3.1位势函数法248

9.3.2正态模式参数判别法249

9.3.3特征提取与选择251

9.4燃气管网的现场泄漏检测252

参考文献255

第10章 液化石油气输送与储存工程分析256

10.1概述256

10.2LPG管道输送258

10.2.1管道输送系统年费用的计算258

10.2.2经济流速260

10.2.3管道输送的经济规模262

10.2.4小结264

10.3LPG贮罐储存压力与设计压力264

10.3.1LPG贮罐储存压力问题264

10.3.2合理确定LPG贮罐设计压力的意义265

10.3.3国内外对LPG贮罐设计压力的规定及应用情况267

10.3.4LPG贮罐设计压力问题的基本内容、实质270

10.3.5确定LPG贮罐设计压力的途径271

10.3.6LPG球罐贮存压力计算模型及数值解273

10.3.7研究实例278

10.4LPG冷冻贮存参数的优化280

10.4.1冷冻贮存的设计问题281

10.4.2冷冻降压贮存的参数优化282

10.4.3冷冻常压贮存的参数优化292

10.4.4算例294

10.5LPG卸车公式294

10.5.1LPG卸车系统294

10.5.2LPG卸车公式推导295

10.5.3卸车公式的应用302

10.6LPG容器过量灌装危险分析307

10.6.1LPG容器过量灌装危险307

10.6.2LPG容器全充满温胀破裂的解析模型307

10.6.3算例及小结310

10.7LPG管道安全阀的设计参数311

10.7.1LPG液相管道安全问题311

10.7.2管道安全阀工作过程分析311

10.7.3管道安全阀结构参数的设计控制与配置通用公式314

10.7.4小结315

10.8叶片泵工艺分析316

10.8.1叶片泵工作原理与性能特点316

10.8.2叶片泵的流量317

10.8.3双作用叶片泵的定子曲线318

参考文献321

第11章 液化石油气分配与供应工程分析323

11.1概述323

11.1.1气瓶供气量问题323

11.1.2液化石油气贮罐自然气化分析323

11.1.3液化石油气露点直接计算公式324

11.1.4管道供气防凝结问题（防再液化）324

11.1.5气化器负荷模型及热力计算问题324

11.1.6引射混合器性能与设计325

11.1.7供气系统的压力缓冲问题325

11.2LPG气瓶组供气非稳态分析325

11.2.1气瓶自然气化供气及气瓶工作基本方程325

11.2.2气瓶定用气量供气327

11.2.3气瓶工作的约束条件330

11.2.4气瓶变用气量供气330

11.3LPG贮罐自然气化供气334

11.3.1卧式贮罐液相工作容积334

11.3.2卧式贮罐自然气化液相温度方程335

11.4LPG露点的直接计算336

11.4.1拟合LPG的饱和蒸气压与温度的关系336

11.4.2露点直接计算公式338

11.5LPG管道供气无凝动态分析340

11.5.1LPG管道供气无凝动态分析的必要性340

11.5.2气态LPG压力、温度沿管道的变化340

11.5.3气态LPG管道供气无凝动态分析342

11.5.4管道的停气凝结343

11.6LPG气化器气化模型及热负荷计算345

11.6.1气化器的应用及存在问题345

11.6.2LPG气化模型345

11.6.3气化器的热负荷计算348

11.6.4气化器的热负荷计算实例350

11.6.5小结352

11.7燃气引射混合器353

11.7.1燃气引射混合器的新研究353

11.7.2混合器自由射流模型与结构参数353

11.7.3燃气引射混合器的基本方程356

11.7.4燃气引射混合器的供气压力极限与？效率357

11.7.5计算式的推导358

11.7.6小结361

11.8混气系统供气量调节与储气罐容量分析361

11.8.1混气系统供气量的调节361

11.8.2储气罐的工况分析362

11.8.3混气系统储气罐容量364

参考文献366

第12章 压缩天然气系统工程分析368

12.1概述368

12.2压缩天然气供气调压368

12.2.1压缩天然气供气调压工艺368

12.2.2焦耳—汤姆逊效应369

12.2.3供气调压设备的状态参数372

12.3压缩天然气储气分区375

12.3.1压缩天然气储气分区工艺375

12.3.2储气分区方程组376

12.3.3储气分区的参数和性质378

12.3.4设计实用方法380

12.4天然气引射器特性方程与工况380

12.4.1特性方程式与最佳结构参数380

12.4.2运行工况分析383

12.4.3小结386

参考文献386

第13章 吸附天然气工程分析388

13.1概述388

13.2ANG吸附剂389

13.2.1超级活性炭的制备389

13.2.2超级活性炭的微孔容积390

13.2.3吸附作用与吸附理论391

13.3ANG吸附过程及热效应393

13.3.1van’tHoff方程393

13.3.2吸附与解吸热力学循环394

13.4ANG吸附模型396

13.4.1SLD高压吸附模型397

13.4.2超临界吸附模型399

13.4.3基于N2吸附的确定PSD的HK模型403

13.5ANG储气模型405

13.5.1Vasiliev模型405

13.5.2Chang-Talu模型408

13.6克劳修斯—克拉伯龙热力图与吸附热力循环410

参考文献412

第14章 液化天然气系统工程分析413

14.1概述413

14.1.1LNG的生产、输送与应用413

14.1.2LNG接收站的工艺系统414

14.2LNG储运工艺分析416

14.2.1LNG计量416

14.2.2LNG的气化420

14.2.3LNG自增压供气421

14.3LNG储运的传热与流动分析427

14.3.1绝热技术427

14.3.2LNG储罐传热与流动分析432

14.4LNG储罐涡旋分析437

14.4.1LNG储罐的分层与涡旋437

14.4.2分层与涡旋的预测模型440

14.4.3防止涡旋的措施449

14.5LNG冷能回收分析450

14.5.1冷能回收意义450

14.5.2冷能利用原理与有用能分析451

14.5.3LNG冷能的利用455

14.5.4LNG冷能发电456

14.5.5LNG冷能用于空气分离装置459

14.5.6冷能利用技术经济简析461

参考文献462

第15章 天然气地下储气库数值模拟465

15.1概述465

15.1.1天然气地下储气库类型与特性465

15.1.2天然气地下储气库数值模拟进展467

15.2枯竭气藏天然气地下储气库数值模拟469

15.2.1枯竭气藏储气库物理描述470

15.2.2枯竭气藏储气库数学模型470

15.2.3模型有限差分法求解473

15.3含水层天然气地下储气库数值模拟474

15.3.1含水层特性475

15.3.2含水层储气库数学模型479

15.3.3模型有限元法求解486

15.3.4模型应用——单井注采模拟494

15.4盐穴天然气地下储气库数值模拟512

15.4.1盐穴地下储气库物理描述512

15.4.2盐穴储气库数学模型513

15.4.3模型数值法求解520

参考文献525

第16章 燃气置换与混合529

16.1概述529

16.2配制天然气置换气529

16.2.1燃气互换性与判定529

16.2.2天然气置换气的配制533

16.2.3配制气燃烧稳定性的判定537

16.2.4小结538

16.3燃气混合安全性538

16.3.1燃气爆炸极限538

16.3.2混合型燃气爆炸上限的直接计算公式540

16.3.3混合燃气的爆炸上限函数540

16.3.4燃气混合安全性定律542

16.3.5燃气混合安全性分析实例545

参考文献551