輸氣管道的水力計算

1、 輸氣管道的水力計算第4章 輸氣管道的水力計算q 穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程 消耗于摩阻的壓降，氣體上升克服高差的壓降和流速增大引起的壓降。2222dwgdswDdxpdq 穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的

2、水力計算水平輸氣管道的流量基本公式上述公式中常數(shù)的數(shù)值隨各參數(shù)所用的單位而定。如果公式中所有的參數(shù)均采用法定單位:TLZDppCQZQ*5220)(KT2930aPP1013250KsmRa21 .287121250.03848. 01 .2871001325. 12934kgKsmC,，0004pTRCaq 穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的水力計算地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式,，TLZDppCQZQ

3、*5220)()(21 )1 (11*5220iZiiiZZQlssLaTLZDasppCQ 是輸氣管終點與起點高差對輸氣管輸送能力的影響.終點比起點位置越高(相對高程越大),則輸氣能力越低,反之亦然。 Zas地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式 考慮線路中間各點相對高程對輸氣能力的影響,也就是線路縱斷面特征對輸氣能力的影響。因為乃是線路縱斷面線與從起點開始所畫的水平線之間所包含面積的代數(shù)和。iZiiilssLa11)(2FlssiZiii11)(21地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式 縱斷面線高于水平線的地方，面積取正值，低于水平線的面積取負值。由公式可以看

4、出，當其它條件相同時，面積的代數(shù)和F比較小的輸氣管，有較大的輸氣能力。輸氣管1-2-3-4的輸氣能力小于長度一樣、管徑一樣的輸氣管15，這不僅是由于s4s5，而且是由于F1-5=0，而 F1-2-3-40的緣故。地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的水力計算摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式輸氣管道的摩阻系數(shù)輸氣管道的摩阻系數(shù) 氣體管流的摩阻系數(shù)在本質上與液體沒有區(qū)別。它的值與流

5、動狀態(tài)、管內壁的粗糙度、連接方法、安裝質量及氣體的性質有關。摩阻系數(shù) 是雷諾數(shù)與管壁粗糙度的函數(shù)DKRee,eR)(DKe1、雷諾數(shù)Re計算及流態(tài)的劃分DvQvDFQvwDRe40*, uvDuQRe0*43/206. 10mkgDuQRe*536. 1摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式1、雷諾數(shù)Re計算及流態(tài)的劃分5.12781)2/(11)2/(7 .59DKRDKReeee摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式層流： Re 2000過渡區(qū)：2000 Re 4000紊流區(qū) 水力光滑區(qū)：4000Re Re1 混合摩擦區(qū): Re1 Re Re2 水力粗糙區(qū)： Re Re2 (阻力平方區(qū)）摩擦阻力系數(shù)與常用

6、管道流量公式一般干線輸氣管線都在水力粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)），不滿負荷時在混合摩擦區(qū)。城市及居民區(qū)的配氣管道多在水力光滑區(qū)。摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式2、管壁粗糙度輸氣管的管壁粗糙度一般比輸油管小。對于新管，美國一般取當量粗糙度0.02mm，前蘇聯(lián)平均取0.03mm，我國通常取0.05mm 。美國氣體協(xié)會測定了輸氣管在各種狀況下的絕對粗糙度，其平均值如下:摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式表面狀態(tài) 絕對粗糙度,mm新鋼管 0.0130.019室外暴露6個月 0.0250.032 12個月 0.038清管器清掃 0.0080.013噴砂 0.0050.008內壁涂層 0.0050.008摩擦阻力系數(shù)

7、與常用管道流量公式 管道的當量粗糙度考慮了管道形狀損失的影響，一般比絕對粗糙度大211 。 從上面的數(shù)據(jù)可以看出，輸氣管加上了內壁涂層，不但減少了內腐蝕，更主要的是使粗糙度下降了很多，在同樣的條件下使輸氣管輸氣量增加58，有的甚至達10。內壁涂層的費用一般只占鋼管費用的23 ，只要輸氣量能提高1，就能很快地收回其投資。摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 3、摩阻系數(shù)的計算公式層流區(qū)：臨界區(qū)：eR6430025. 0eR摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式紊流區(qū)：柯列勃洛克公式阿里特蘇里公式前蘇聯(lián)近年使用的公式)51. 27 . 3(21eeRDKIg25.0)68(11. 0eeRDK2.0)1582(

8、067. 0eeRDK摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 4、輸氣干線常用的阻力系數(shù) 由于輸氣管幾乎都在阻力平方區(qū)。各國提出了一些干線輸氣管摩阻系數(shù)的專用公式： 威莫斯（Weymouth）公式： 潘漢德爾公式（A）： (水力光滑區(qū)） 潘漢德爾公式（B）: (水力粗糙區(qū)）3009407. 0D1461. 0207305. 00847. 0)872. 6(4eeRR0392. 0201961. 00147. 0)49.16(4eeRR摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 前蘇聯(lián)近年來使用的公式： 2 . 0009588. 0D摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 常用的輸氣管流量公式常用的輸氣管流量公式 威莫斯公

9、式： 潘漢德爾B式： 前蘇聯(lián)近期公式：5 . 0*2283)(TLZppDCQZQw51.0961. 0*2253.2)(TLZppEDCQZQp5.0*226.2)(TLZppEDaCQZQs摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 上述公式中Cw、Cp、Cs，的值，隨公式中各參數(shù)的單位不同而異 ； 為修正系數(shù)，當流態(tài)處于阻力平方區(qū)時， 1，如偏離阻力平方區(qū)，可依下式計算: 為管道接口的墊環(huán)修正系數(shù)。無墊環(huán)， 1；墊環(huán)間距12m， 0.975；墊環(huán)間距6m， 0.95。1 . 02)92. 21 (QD摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式E為輸氣管輸氣效率系數(shù)。E表示輸氣管輸氣能力的變化：設計時在計算公式中

10、加上E值，是為了保證輸氣管投產(chǎn)一段時間后，仍然達到設計能力。設計時，美國一般取E=0.90.95。 sLLsQQE摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的水力計算輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 直徑對流量的影響5.22121)(DDQQ5.0*512201)(TLZDppCQZQ5.0*522202)(TLZDppCQZQ若直徑增加一倍， 則流量是原來的5.66倍。由此可見，加大直徑是

11、增加輸氣管流量的好辦法。也是輸氣管向大口徑發(fā)展的主要原因。115 . 2266. 52QQQ122DD 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 長度對流量的影響即輸氣量與長度的0.5次方成反比，即輸氣量與長度的0.5次方成反比。若站間距縮小一半，例如在兩個壓氣站之間增設一個壓氣站, ，則流量 即倍增壓氣站，輸氣量只能增加41 。5.01221)(LLQQ1221LL 11241. 12QQQ輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 輸氣溫度對流量的影響流量與輸氣的絕對溫度的0.5次方成反比。輸氣溫度越低，輸氣能力越大。目前，國外已提出在70左右輸氣的設想，認為在解決低溫管材的基礎上，經(jīng)濟上是可行的。從50降低至70，流

12、量增加59 。5.01221)(TTQQ115 . 0259. 1)7027350273(QQQ輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 起、終點壓力對流量的影響 輸氣量與起、始壓力的平方差的0.5次方成正比,改變起、終點壓力都能影響流量，但效果是不同的。 起點壓力增加，壓力平方差為 終點壓力減少，壓力平方差為222222ZPPQQZPQPPPPP222222ZPPZQPZQPPPPP輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 兩式右端相減，得：上式說明，改變相同的 時，提高起點壓力對流量增大的影響大于降低終點壓力的影響。提高起點壓力比降低終點有利。 0222PZQpPP輸氣管基本參數(shù)對流量的影響P壓力平方差還可寫為：該式

13、說明，如果壓力差不變，同時提高起、終壓力，也能增大輸氣量，此處更進一步說明高壓輸氣比低壓輸氣有利。因為高壓下，氣體的密度大，流速低，摩阻損失就小。 PPPPPPPPPZQZQZQZQ22輸氣管基本參數(shù)對流量的影響q 穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的水力計算輸氣管的壓力分布和平均壓力 1、沿線壓力分布： 上二式說明輸氣管道的壓力平方 和 的關系為一直線，壓力 與 的關系為一拋物線。2xpxxPxxLppppZQQx2222LxppppZQQx)(222 輸氣管的壓力分布和平均壓力 從上圖可以看出，靠近起點壓力降落比較慢，距起點越遠，壓力降落越快，坡度越陡。在前3/4的管段上，壓力損失約占一半，另一半消耗在后面的1/4管段上，因為隨著壓力下降，流速增大，單位長度的摩阻損失也增加。這也說明高壓輸氣節(jié)省能量，經(jīng)濟性好。輸氣管的壓力分布和平均壓力 2、平均壓力 輸氣管停止輸氣時，管內壓力并不象輸油管那樣立刻消失。而是高壓段的氣體逐漸流向低壓端，起點壓力逐漸下降，終點壓力逐漸上升，最后全線達到某一壓力值，即平均壓力。這就是輸氣管的壓力平衡現(xiàn)象。根據(jù)管內平衡前后質量守恒可得平