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城镇燃气管道沿线任意点燃气温度的计算
方媛媛1，白丽萍2，于燕平1，雷素敏1，周凡1
（1.北京市燃气集团研究院， 北京 100011；2.北京市燃气集团有限责任公司， 北京 100035）
摘要：建立燃气管道与周围环境传热过程热平衡方程，通过分析证明，当不考虑节流效应时，GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》中第3.3.3条，输气管道沿线任意点的燃气温度计算式，可用于城镇燃气管道沿线任意点燃气温度的计算。对一段燃气管道的传热过程进行分析，证明该式既适用于城镇燃气埋地管道，也适用于架空管道。埋地敷设时，管道外壁与环境的表面传热系数，为管道外壁与土壤之间的对流换热及导热过程的复合传热系数。架空敷设时，为管道外壁与空气之间对流换热及辐射换热过程的复合传热系数。
关键词：城镇燃气管道；燃气温度计算；公式推导与验证
参考文献示例：
方媛媛，白丽萍，于燕平，等. 城镇燃气管道沿线任意点燃气温度的计算［J］. 煤气与热力，2025，45（1）：B06-B08.
天然气是我国城市的主要气源，2022年我国的城市天然气用气人数逾4.56×108 人，城市天然气管道长度逾98.04×104 km，供气总量逾1 700×108 m3。城镇燃气公司和上游供气企业在进行燃气贸易结算时所用的流量计均带有温压补偿装置，可将燃气流量计量结果折算到基准状态下（绝对压力为0.101 325 MPa，温度20 ℃）的燃气流量。膜式燃气表通常不设置温压补偿装置，燃气温度每降低1 ℃，燃气体积流量计量结果降低约0.34%［1］。城镇燃气购销差计算中，需要分析用户处燃气温度对计量结果的影响。GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》第3.3.3条给出了输气管道沿线任意点温度的计算公式，本文就该公式是否适用于城镇燃气管道任意点温度的计算展开讨论。
依据GB 50251—2015第3.3.3条，当不考虑节流效应时，输气管道沿线任意点的温度应按下式计算：
α的计算式为：
将式（2）代入（1），可得输气管道沿线任意点的温度计算式，见下式：
燃气管道输送燃气的过程中，不断与周围环境进行热量交换［2］，如果管道足够长，燃气温度与环境温度最终趋于一致。将传热过程简化为稳态传热，燃气管道与周围环境传热过程见图1，图中大部分参数说明见式（4）。
对图1所示的微元管段进行热平衡分析，热平衡方程为：
整理得：
式（5）两端分别积分，见下式：
整理得：
由此得到tx计算式为：
引入燃气相对密度和基准状态下空气密度来表示燃气密度。已知标准状态（绝对压力为0.101 325 MPa，温度为0 ℃）下空气密度为1.293 kg/m3，利用理想气体状态方程可计算出基准状态下空气密度为1.205 kg/m3。
燃气质量流量计算见下式：
将式（9）、（10）代入式（8），得到：
式中π取3.141 592 6，用x替换x2，得：
长输管道和城镇燃气管道在输送燃气时，差异较大的是燃气压力、管道材质、管道壁厚等参数，推导过程中，这些参数并不影响最终结果。因此，式（3）适用于城镇燃气管道沿线任意点燃气温度的计算。
GB 50251—2015第3.3.3条中，传热系数的定义是输气管道中燃气到土壤的总传热系数，但城镇燃气管道的敷设方式除了埋地敷设之外，还有架空敷设，式（3）是否适用于架空管道需进一步分析。
对长度为l的一段燃气管道的传热过程进行分析，其传热过程由3部分组成，分别是燃气与管道内壁之间的对流换热，燃气管道内壁与外壁之间的导热，燃气管道外壁与环境的传热［3］。传热过程的总热阻为：
由上式可知，K主要与与λ、hi、ho有关［4］。其中ho取决于燃气管道的敷设方式。燃气管道埋地敷设时，ho为管道外壁与土壤之间的对流换热与导热过程的复合传热系数。燃气管道架空敷设时，ho为管道外壁与空气之间对流换热以及辐射换热过程的复合传热系数。因此式（3）不仅适用于埋地燃气管道，也适用于架空燃气管道。
① 在不考虑节流效应的情况下，GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》第3.3.3条中，输气管道沿线任意点的燃气温度计算式，可用于城镇燃气管道燃气温度的计算。
② 该式既适用于城镇燃气埋地管道，也适用于架空管道。埋地敷设时，管道外壁与环境的表面传热系数，为管道外壁与土壤之间的对流换热及导热过程的复合传热系数。架空敷设时，为管道外壁与空气之间对流换热及辐射换热过程的复合传热系数。
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