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1第四章輸氣管的水力計(jì)算王武昌儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院2目錄第一節(jié)穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程第二節(jié)水平輸氣管的流量基本公式第三節(jié)地形起伏地區(qū)輸氣管的流量基本公式第四節(jié)摩擦阻力系數(shù)與常用的輸氣管流量公式第五節(jié)輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響第六節(jié)輸氣管的壓力分布和平均壓力第七節(jié)等流量復(fù)雜管計(jì)算第八節(jié)環(huán)狀集氣管網(wǎng)的計(jì)算3第一節(jié)穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程連續(xù)性方程運(yùn)動(dòng)方程4一、簡化條件氣體在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)(3-2)

這與正常工況的輸氣管基本相符。

52.氣體在管道中的流動(dòng)過程為等溫過程

實(shí)際上,氣井出口、壓氣站出口的氣體溫度都高于地溫,沿途會(huì)散熱降溫。有很長一段氣管溫度接近甚至低于地溫。這一假定與實(shí)際情況有出入。

63.水力摩阻系數(shù)沿管長不變

λ=f(Re,ε)在大型輸氣管中,氣體流態(tài)主要處于阻力平方區(qū)或混合摩擦區(qū),穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)全線Re變化不大,故λ完全或主要取決于ε。

λ=const是符合輸氣管實(shí)際情況的。7穩(wěn)定流動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程:氣管壓降由三部分組成:摩阻損失、克服高差的壓降損失、由于流速變化產(chǎn)生的壓降損失。

(4-1)8第二節(jié)水平輸氣管的流量基本公式當(dāng)?shù)匦纹鸱卟钚∮?00m時(shí),認(rèn)為是水平輸氣管(2003年規(guī)范)即:ds=0

(4-2)9第二節(jié)水平輸氣管的流量基本公式10第二節(jié)水平輸氣管的流量基本公式111、輸氣管基本流量公式輸氣管的質(zhì)量流量:

注:公式中P、T用絕對(duì)壓力和絕對(duì)溫度

(4-5)12長距離輸氣管:L=100km,D=1m,λ=0.01,PQ=60×105pa,PZ=30×105pa∴對(duì)長管路可忽略影響不大13短距離放空管:L=100m,D=0.5m,λ=0.01,PQ=60×105pa,PZ=3×105pa∴對(duì)短距離放空管路不可忽略14長距離水平輸氣管:

(4-6)152、工程輸氣管流量公式

天然氣工業(yè)中,習(xí)慣用工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積來表示天然氣的貯量、產(chǎn)量和輸氣管輸量,需把M換算成工程標(biāo)況,即:1.01325×105pa,20℃時(shí)的體積流量Q。天然氣特性常數(shù)不好求,用空氣特性常數(shù)Ra和天然氣相對(duì)密度取代。

16

(4-9)17表4-1C0值參數(shù)的單位單位的系統(tǒng)C0壓力p長度L管徑D流量QPa(N/m2)mmm3/s我國法定單位0.03848kgf/m2mmm3/s秒0.377kgf/cm2kmcmm3/d混合103.10kgf/cm2kmmmMm3/d混合0.326*106105PakmmmMm3/d我國法定單位0.332*106MPakmmmMm3/d我國法定單位0.332*10518輸氣管設(shè)計(jì)規(guī)范2003Q---氣體(工程標(biāo)況,101325Pa,293K)的流量(m3/d)T----輸氣管內(nèi)的平均溫度,KP—都是絕壓MPaD----cmL---Km19第三節(jié)地形起伏地區(qū)輸氣管流量基本公式起終點(diǎn)高程差大于200米,要考慮高程的影響。輸氣管沿線地形起伏情況也會(huì)影響輸氣量的大小?

20一、起終點(diǎn)高差的影響21二、地形起伏地區(qū)輸氣管流量公式工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量:(4-16)

:輸氣管終點(diǎn)與起點(diǎn)高差的影響

:線路縱斷面特征對(duì)輸氣能力的影響

22圖4-2線路縱斷面特征示意圖線路起伏對(duì)輸氣管參數(shù)有影響,是由于氣體的可壓縮性造成的。

23第四節(jié)摩阻系數(shù)與常用的輸氣管流量公式一、雷諾數(shù)西氣東輸一期,120億Nm3/年,350天工作,流量為396.82Nm3/s,相對(duì)密度在0.6的天然氣的動(dòng)力粘度:1.073*10-5Pa.s(10℃,2MPa

):

Re=2.92*10724二、管壁粗糙度表面狀態(tài)絕對(duì)粗糙度,mm

新鋼管0.013~0.091

室外暴露6個(gè)月0.025~0.03212個(gè)月0.038

清管器清掃0.008~0.013

噴砂0.005~0.008

內(nèi)壁涂層0.005~0.008對(duì)于新管,我國通常當(dāng)量粗糙度取0.05mm25減阻內(nèi)涂層技術(shù)

使內(nèi)壁光滑,粗糙度降低至0.005mm,輸量一般可提高5~10%。一般的管道運(yùn)行過程中粗糙度會(huì)增大,而帶內(nèi)涂層的增加很少減少管內(nèi)壁腐蝕保持天然氣凈化,以免天然氣攜帶鋼管的銹蝕物減少清管次數(shù),降低操作費(fèi)用26西氣東輸管道采用減阻內(nèi)涂層技術(shù):1.管內(nèi)壁加上內(nèi)涂層之后,可節(jié)省3座壓氣站,減去涂層的費(fèi)用,一次性投資就可節(jié)約資金約7億元。2.每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)1.55億元左右。27三、輸氣管常用水力摩阻系數(shù)威莫斯(Weymouth)公式

潘漢德爾(Panhandle)公式

28前蘇聯(lián)天然氣研究所公式

規(guī)范推薦柯列勃洛克公式:29四、常用的輸氣管流量公式

威莫斯公式:規(guī)范中推薦手算時(shí)采用潘漢德爾B式:E輸氣管效率系數(shù):管道公稱直徑DN300-800E取0.8-0.9;

>DN800E取0.91-0.9430表4-2系數(shù)參數(shù)的單位單位的系統(tǒng)系數(shù)壓力p長度L管徑D高程s流量QCwCpPa(N/m2)mmmm3/s我國法定單位0.3967039314kgf/m2mmmm3/s秒3.894.0355kgf/cm2kmcmmm3/d混合493.411077.48kgf/cm2kmmmmMm3/d混合1.063*1063.18*106105PakmmmmMm3/d我國法定單位1.084*1063.224*106MPakmmmmMm3/d我國法定單位1.084*1053.224*105MPakmcmmm3/d規(guī)范1152231第五節(jié)輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響

決定輸氣管輸量的管道參數(shù)包括:

D、T、L、PQ、PZ

32一、管道直徑對(duì)流量的影響加大直徑是增加輸氣管流量的主要措施!D2=2D1

33二、輸氣溫度對(duì)流量的影響

壓縮機(jī)出口溫度一般為50℃,如果要提高將流量提高5%,溫度需要降低多少?

19.95℃

低溫輸送有利;輸氣管設(shè)計(jì)時(shí)水力計(jì)算應(yīng)該取全年最高月平均地溫

34三、站間距對(duì)流量的影響輸氣管管道的站間距一般在110Km到150Km。L2=1/2L1

35四、起、終點(diǎn)壓力對(duì)流量的綜合影響高壓輸送是輸氣管增加流量的另外一個(gè)主要措施。

改變相同的δp時(shí),提高起點(diǎn)壓力對(duì)流量增大的影響大于降低終點(diǎn)壓力的影響。36五、終點(diǎn)壓力對(duì)輸氣量的影響δ:0→1

37Q=0.866Qmax

目前在輸氣管線上有縮短站間距,減小壓比的趨勢(shì)。

38小結(jié)增大管徑是提高輸量的主要方法;減小站間距、減小壓比對(duì)提高輸量作用很大,但是要經(jīng)濟(jì)比較考慮。低溫輸送有利于增加輸量,但是輸氣管是否采用低溫輸送要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。高壓輸送是提高輸量的另一個(gè)主要途徑、末端壓力波動(dòng)對(duì)輸量影響不大,進(jìn)站壓力一般保持在。39第六節(jié)輸氣管的壓力分布和平均壓力全線流量相等:

(4-38)

一、沿線壓力分布40圖4-3px和的變化41

7063.85749.240沿線壓力的變化輸氣管壓力高一些,對(duì)降低能耗和輸氣成本有利;42二、平均壓力按停輸前后管路內(nèi)氣體質(zhì)量不變?yōu)樵瓌t計(jì)算平均壓力。

(4-39)

43平均壓力的應(yīng)用

求輸氣狀態(tài)的物性參數(shù)計(jì)算管線中的儲(chǔ)氣量(穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài))44確定管壁厚度,等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。工程上近似可取x0≈0.5L,即輸氣管后一半管段要按平均壓力選擇壁厚。45第七節(jié)等流量復(fù)雜管計(jì)算主干線和豫魯支干線上下游直徑并不一致,這種管線稱為變徑管。沿線有分氣點(diǎn),上下游流量發(fā)生變化,整個(gè)干線又為一個(gè)不等流量管。46靖邊天然氣凈化廠47復(fù)雜管的求解目的:已知流量、壓降等參數(shù),求管徑,設(shè)計(jì)用。已知管徑等參數(shù)、求該管允許通過的流量或者壓降。校核,運(yùn)行用。48一、當(dāng)量管法定義:復(fù)雜管以簡單管代替,使其輸氣效果相同(相同的出入口壓力,相同的輸氣量),該簡單管稱該復(fù)雜管的當(dāng)量管。當(dāng)量管徑法當(dāng)量管長法491、當(dāng)量管徑法50

例題:如果兩條舊1m平行管用一條新的管線代替,P1、P2、Q、L相同,則新管直徑?當(dāng)量管徑:512、當(dāng)量管長法

當(dāng)量管長:

52二、流量系數(shù)法流量系數(shù)法:假定任何等流量復(fù)雜管的流量都可以由某一標(biāo)準(zhǔn)簡單管的流量乘以該復(fù)雜管的流量系數(shù)求得。53管徑D0為某一標(biāo)準(zhǔn)值(一般取D0=1m)的管子代替復(fù)雜管中的任一根管子,1m的管子稱標(biāo)準(zhǔn)管,并假設(shè):標(biāo)準(zhǔn)管和所代替的管子長度相同;P1、P2、K、△、T、Z相同。54標(biāo)準(zhǔn)管的流量為:非標(biāo)準(zhǔn)的簡單管:

非標(biāo)準(zhǔn)簡單管的流量系數(shù):551、平行管562、變徑管變徑管的流量系數(shù):57變徑管是提高流量或終點(diǎn)壓力的措施之一應(yīng)改建的長度:

583、副管多線副管的流量系數(shù):

594、跨接管60兩管跨接之前流量系數(shù):

兩管跨接之后流量系數(shù):

61平行的管數(shù)愈多,跨接的效果愈不明顯。可以用于檢修過程保證輸量62小結(jié)流量系數(shù)法的本質(zhì)就是要簡化復(fù)雜的管道系統(tǒng)。流量系數(shù)只與復(fù)雜管系的結(jié)構(gòu)有關(guān),在計(jì)算復(fù)雜關(guān)系的時(shí)候,首先根據(jù)其結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的其流量系數(shù),就可以比較簡單的計(jì)算流量和壓降了。當(dāng)量管法也是同樣的道理。

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