輸氣管道的水力計算.ppt

1、輸氣管道的水力計算,第4章 輸氣管道的水力計算,穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 輸氣管的壓力分布和平均壓力 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。,穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 輸氣管的壓力分布和平均壓力 天然氣的凈化,第4章 輸氣管道的水力計算,水平輸氣管道的流量基本公式,上述公式中常數(shù)的

2、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:,，,穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 輸氣管的壓力分布和平均壓力 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,，,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。,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

3、平線之間所包含面積的代數(shù)和。,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(fù)值。由公式可以看出，當(dāng)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,穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 輸氣管的壓力分布和平均

4、壓力 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) 氣體管流的摩阻系數(shù)在本質(zhì)上與液體沒有區(qū)別。它的值與流動狀態(tài)、管內(nèi)壁的粗糙度、連接方法、安裝質(zhì)量及氣體的性質(zhì)有關(guān)。摩阻系數(shù) 是雷諾數(shù)與管壁粗糙度的函數(shù),1、雷諾數(shù)Re計算及流態(tài)的劃分,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,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)與常用管道流量公式,一般干線輸

5、氣管線都在水力粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)），不滿負(fù)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(dāng)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(nèi)壁涂層 0.0050.008,摩擦阻力系數(shù)

6、與常用管道流量公式,管道的當(dāng)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(nèi)壁涂層，不但減少了內(nèi)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(dá)10。內(nèi)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)：,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,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

7、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)）,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：,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 威莫斯公式： 潘漢德爾B式： 前蘇聯(lián)近期公式：,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(dāng)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。,摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量

8、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(shè)計時在計算公式中加上E值，是為了保證輸氣管投產(chǎn)一段時間后，仍然達(dá)到設(shè)計能力。設(shè)計時，美國一般取E=0.90.95。,摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式,穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 輸氣管基本參數(shù)對流量的影響 輸氣管的壓力分布和平均壓力 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,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

9、因。,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(shè)一個壓氣站, ，則流量 即倍增壓氣站，輸氣量只能增加41 。,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(shè)想，認(rèn)為在解決低溫管材的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)上是可行的。從50降低至70，流量增加59 。,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

10、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,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。,輸氣管基本參數(shù)對流量的影響,壓力平方差還可寫為： 該式說明，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(jìn)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。,輸氣管基本參數(shù)對流量的影響,穩(wěn)定流動氣體管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 輸氣管基本參數(shù)對流量

11、的影響 輸氣管的壓力分布和平均壓力 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(guān)系為一直線，壓力 與 的關(guān)系為一拋物線。,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(yuǎn)，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(jì)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(nèi)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(dá)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(nèi)平衡前后質(zhì)量守恒可得平均壓力： 利