第6章 矿场集输管网

1、1 u掌握矿场集输管网的计算；掌握矿场集输管网的计算；u掌握管径的计算。掌握管径的计算。2 矿场集输管网属于输气管道的一种。输矿场集输管网属于输气管道的一种。输气管道又有气管道又有简单的输气管道简单的输气管道和和复杂输气管道复杂输气管道以及以及输气干线输气干线之分。之分。所谓简单输气管道，是所谓简单输气管道，是指沿整个长度上，管道的直径及流量都不变指沿整个长度上，管道的直径及流量都不变化，且其长度不大，化，且其长度不大，例如气井与集气管道相例如气井与集气管道相连接的支管就属于简单管道；连接的支管就属于简单管道；而所谓复杂输而所谓复杂输气管道，实际上是简单输气管道的组合。气管道，实际上是简单输气

2、管道的组合。例例如沿线有气体输入的集气管道和沿线有气体如沿线有气体输入的集气管道和沿线有气体输出的配气管道，管道中的流量是变化的，输出的配气管道，管道中的流量是变化的，管道直径可以是同径的或变径的，矿场的集管道直径可以是同径的或变径的，矿场的集气管道和城市配气管道就属于气管道和城市配气管道就属于复杂输气管道复杂输气管道。3（1）枝状式集气管网；）枝状式集气管网；（2）放射式集气管网；）放射式集气管网；（3）放射枝状组合式管网；）放射枝状组合式管网；（4）放射环状组合式管网；）放射环状组合式管网；45 当气井在狭长的带状区域内分布且当气井在狭长的带状区域内分布且井网距离井网距离较大时宜较大时宜采

3、用这种结构。沿产气区长轴方向布置采用这种结构。沿产气区长轴方向布置集气干管道后，分枝的集气支管道以距离最短的集气干管道后，分枝的集气支管道以距离最短的方式与集气干管道相连接，进入下游集气站或天方式与集气干管道相连接，进入下游集气站或天然气处理厂。该集气方式站场然气处理厂。该集气方式站场投资相对较大，但投资相对较大，但线路长度短、投资低且管网灵活和便于扩展线路长度短、投资低且管网灵活和便于扩展，可，可满足气田滚动开发和分期建设的需要。实际生产满足气田滚动开发和分期建设的需要。实际生产中线性状集输管网常和其它管网结构方式、特别中线性状集输管网常和其它管网结构方式、特别是放射状管网结构并用。是放射状

4、管网结构并用。6 线性集输管网通常和单井集气工艺流程线性集输管网通常和单井集气工艺流程结合使用，结合使用，天然气在站内经加热、节流、分天然气在站内经加热、节流、分离、计量后外输往下游集气站或集气干线。离、计量后外输往下游集气站或集气干线。7 枝状集气管网形同树枝，集气干线沿枝状集气管网形同树枝，集气干线沿构造长轴方向布置，构造长轴方向布置，将集气干线两侧各气将集气干线两侧各气井的天然气经集气支线纳入集气干线并输井的天然气经集气支线纳入集气干线并输至目的地，各集气支管道的末端与集气站至目的地，各集气支管道的末端与集气站或单井站相连。或单井站相连。单纯枝状式管网布置如下单纯枝状式管网布置如下图。图

5、。8 天然气至净化厂或至外输干线首站 枝状式集输管网布置示意图Sw井场装置；Sgs单井站（集气站）；Lgb集气支线；Lgt集气干线9（1 1）适用范围）适用范围 放射式集气管网适宜在放射式集气管网适宜在气田面积较小、气田面积较小、气井相对集中，单井产量低、气井相对集中，单井产量低、气体处理可以气体处理可以在产气区的中心部位处设置时采用，也可作在产气区的中心部位处设置时采用，也可作为多井集气流程中的一个基本组成单元。为多井集气流程中的一个基本组成单元。10 各气井所产的天然气分别输至集气站，各气井所产的天然气分别输至集气站，并在集气站完成加热、节流、分离、计并在集气站完成加热、节流、分离、计量等

6、工艺过程后进入下游。量等工艺过程后进入下游。 放射状集气管网系统布置是以放射状集气管网系统布置是以集气站集气站或或天然气处理厂天然气处理厂为中心，管线以放射状的形为中心，管线以放射状的形式与多个气井站相连接。其管网布置基本式与多个气井站相连接。其管网布置基本型式见下图：型式见下图： 11天然气至净化厂或至外输干线首站放射式集气管网布置示意图Sw井场装置；Sg多井集气站；Lf采气管线；Lg集气管线12（1 1）适用范围）适用范围 放射枝状组合式集气管网适用于建设两放射枝状组合式集气管网适用于建设两座或两座以上集气站的各类气田座或两座以上集气站的各类气田, ,其适用性其适用性较广。较广。13 放射

7、枝状组合式管网是以多井集气站作为放射枝状组合式管网是以多井集气站作为天然气预处理的中心，将其周边所辖各气井天然气预处理的中心，将其周边所辖各气井的天然气以放射形式通过采气管线输至集气的天然气以放射形式通过采气管线输至集气站，并在此进行节流、分离、计量等预处理。站，并在此进行节流、分离、计量等预处理。 当气田区域当气田区域面积较大，单井数量较多面积较大，单井数量较多，管，管网布置较复杂时网布置较复杂时, ,可采取两条或多条放射枝状可采取两条或多条放射枝状组合式管网集输布置。管网布置型式如下图：组合式管网集输布置。管网布置型式如下图：14 天然气至净化厂或至外输干线首站放射枝状组合式集气管网布置示

8、意图放射枝状组合式集气管网布置示意图 SgsSgs单井站；单井站；SgpSgp多井集气站（或阀组）；多井集气站（或阀组）；LfLf采气管线采气管线 LgbLgb集气支线集气支线 LgtLgt集气干线集气干线15 （1 1）适用范围）适用范围 放射环状组合式管网集输系统流程，适用放射环状组合式管网集输系统流程，适用于于面积较大的方形、圆形或椭圆形气田面积较大的方形、圆形或椭圆形气田。具。具备上述条件的气田，如果地形条件复杂，气备上述条件的气田，如果地形条件复杂，气田处于深山区，则不宜采用，而以采用放射田处于深山区，则不宜采用，而以采用放射枝状组合式管网集输管网布置枝状组合式管网集输管网布置 为宜

9、。为宜。16 放射环状组合式管网是放射环状组合式管网是以多井集气站以多井集气站作为天然气预处理的中心，作为天然气预处理的中心，将其周边所辖将其周边所辖各气井的天然气以放射形式通过采气管线各气井的天然气以放射形式通过采气管线输至集气站，输至集气站，并在此进行节流、分离、计并在此进行节流、分离、计量等预处理。量等预处理。17 放射枝状组合式管网和放射环状组合式放射枝状组合式管网和放射环状组合式管网统称管网统称组合管网组合管网，是在多井集气基础上发，是在多井集气基础上发展起来的管网形式，集气干线与下游净化厂展起来的管网形式，集气干线与下游净化厂或外输首站相连通形成环状。如下图：或外输首站相连通形成环

10、状。如下图： 18天然气至净化厂或至外输干线首站 放射环状组合式集气管网布置示意图放射环状组合式集气管网布置示意图 SgpSgp多井集气站；多井集气站；LfLf采气管线；采气管线；LgbLgb集气支线；集气支线；LgtLgt集气干线集气干线 1920一、基本定律一、基本定律（1 1）雷诺数）雷诺数 雷诺数是关于雷诺数是关于惯性力对粘滞力惯性力对粘滞力之比的无因之比的无因次参数。它可以用下列的一般方程来表示：次参数。它可以用下列的一般方程来表示：DVRe式中式中 ReRe雷诺数；雷诺数； 流体密度，流体密度，kg/mkg/m3 3 ； D D 管子内径，管子内径，m m ； V V 流体速度，流

11、体速度，m/s m/s ； 流体粘度，流体粘度，kg/(mkg/(ms)s)或（或（PaPas s）；）； 21dQSg31017767RecdSQq7767.1Re 22对于液体，上面方程变为：对于液体，上面方程变为： dvGS1000RedQGSL)(14744Re式中式中 d 管子内径，管子内径，mm ； 粘度，粘度，cp. V流速，流速，m/s ； 液体流量，液体流量， m3/d ； 液体的相对密度。液体的相对密度。 QLS.G.23（2 2）流动状态）流动状态层流：层流：ReRe2000 2000 ；过渡区：过渡区： 2000 2000 40004000；湍流：湍流：ReRe4000

12、4000。 根据实验证实，层流存在于根据实验证实，层流存在于ReRe200040004000时存在。雷诺时存在。雷诺数位于数位于20002000和和40004000之间为过渡区，这样，之间为过渡区，这样，其流动可能是层流，或是湍流。其流动可能是层流，或是湍流。24（3 3）伯努利）伯努利( (BernoulliBernoulli）定理定理 22222211122HgVgPZgVgPZ摩阻损失头速度头压力头高程头速度头压力头高程头222111022dhgVdgdpdZ微分形式：微分形式： 25（4）达西方程）达西方程式中式中 ：L L管子长度，管子长度，m m ； D D管子内径，管子内径，m

13、m ； V V流体速度，流体速度，m/s m/s ； f f比例因子。比例因子。 gVDLfHL22DdxgVfdh2226（5 5）Moody Moody 摩阻因子摩阻因子 在上面方程中的比例因子称为在上面方程中的比例因子称为MoodyMoody摩摩阻因子，它可根据图阻因子，它可根据图6-26-2所示的所示的MoodyMoody阻阻力曲线图来确定。摩阻因子 有 时 按力曲线图来确定。摩阻因子 有 时 按FanningFanning摩阻因子来表示，该因子为摩阻因子来表示，该因子为MoodyMoody摩阻因子的四分之一。摩阻因子的四分之一。 摩阻因子是雷诺数摩阻因子是雷诺数ReRe和管子相对粗和

14、管子相对粗糙度糙度E/DE/D的函数。对于层流，的函数。对于层流，f f是是ReRe的函的函数：数：Re64f27（5 5）Moody Moody 摩阻因子摩阻因子 对于湍流，对于湍流，f f是管子相对粗糙度和雷诺是管子相对粗糙度和雷诺数二者的函数，在数二者的函数，在ReRe的值较高时的值较高时f f仅仅是仅仅是E/DE/D的函数。的函数。 在表在表6-16-1中给出了新的和清洁的不同类中给出了新的和清洁的不同类型管子之粗糙度。随着使用的年限，允许型管子之粗糙度。随着使用的年限，允许这些粗糙度值增加这些粗糙度值增加2 24 4倍。倍。28（5 5）Moody Moody 摩阻因子摩阻因子e e

15、管内壁的绝对粗糙度，管内壁的绝对粗糙度，m m；)(Re,fde2 管内壁粗糙度，由于管线类型、材质、制造管内壁粗糙度，由于管线类型、材质、制造方法、清管措施、腐蚀、结垢等的不同而具有方法、清管措施、腐蚀、结垢等的不同而具有不同的数据。油田集输管线不同的数据。油田集输管线e e=0.10.5mm=0.10.5mm。29二、液体流动二、液体流动 液体在管道内的流动规律，可用下列液体在管道内的流动规律，可用下列较为实用的公式来描述较为实用的公式来描述 ：5261058.108dGSfLQPL式中式中 P 压力降，压力降，Pa ； f f Moody摩阻因子，无因次量摩阻因子，无因次量 ； L管道长

16、度，管道长度， m ； QL液体流量，液体流量，m3/d S.G.液相的相对密度；液相的相对密度； d d管子内径，管子内径，mmmm。 （6-126-12）需叠代求解需叠代求解30Hazen-Williams Hazen-Williams 经验公式（供水系统）经验公式（供水系统）二、液体流动二、液体流动LCdQHcLL 85. 163. 20 .41式中式中 H HL L由于摩阻所产生的压头损失，由于摩阻所产生的压头损失，m m，（，（液柱）；液柱）； L L 管道长度，管道长度，m m； d dc c管子内径，管子内径，cmcm C C无因次的摩阻常数；对新的钢管，无因次的摩阻常数；对新的

17、钢管，C=140C=140；对新的铸铁管，对新的铸铁管， C=130C=130；对铆接管，对铆接管，C=100C=100； Q QL L液体流量，液体流量，m m3 3/d/d； （613）31二、液体流动二、液体流动 这个方程是根据这个方程是根据水在湍流条件下得水在湍流条件下得到的；到的；水的粘度为水的粘度为1.131.13厘泊，这相当于厘泊，这相当于水在水在15.515.5时的情况。因为水的粘度从时的情况。因为水的粘度从00到到100100的变化非常可观，所以摩阻的变化非常可观，所以摩阻因子在这两个温度极限之间可以减小或因子在这两个温度极限之间可以减小或增大竟高达增大竟高达40%40%。3

18、2三、气体流动三、气体流动 气体等温流动的一般方程，可用下式表示：12221211222PPPPPDLfVAMln（614）33三、气体流动三、气体流动 假设条件假设条件 1 1在点在点1 1和点和点2 2之间气体没有作功（亦之间气体没有作功（亦即设有压缩机或膨胀机）以及没有高程即设有压缩机或膨胀机）以及没有高程的变化；的变化； 2 2气体在稳态下流动，亦即没有加速气体在稳态下流动，亦即没有加速度的变化。度的变化。 3 3MoodyMoody摩阻因子摩阻因子f f作为长度的函数，作为长度的函数，由于雷诺数的变化，它也有某些变化，由于雷诺数的变化，它也有某些变化，但这个变化很小，所以取但这个变化

19、很小，所以取f f为常数。为常数。34三、气体流动三、气体流动 对于实际应用，由于，前者可以忽对于实际应用，由于，前者可以忽略不计，根据这个假设，并转换为矿场略不计，根据这个假设，并转换为矿场实际应用的单位，则方程（实际应用的单位，则方程（6-146-14）变成）变成下列形式：下列形式：25122221100869gQdLfSZTPP.25172221100869gcQdLfSZTPP.35P1和P2 分别为上流和下流压力MPa（绝）；S气体的相对密度；Qg气体流量，Nm3/d ；Z气体平均压缩系数； T1上流的气体流动温度， K ；fMoody摩阻因子；d和dc 管子内径，单位分别为mm和c

20、m ；L 管道长度，km 。21212132PPPPPPPav151691100100.avPZ25172221100869gcQdLfSZTPP.（6-16）36三、气体流动三、气体流动 重新整理方程（6-16），求解出Qg，得到：如果压力变化小于进口压力的10%，假设：501222151050.LfszTPPdQcg21122212PPPPP2511721105434gcQdPLfszTPPP.需叠代求解需叠代求解37三、气体流动三、气体流动 是以测量压缩空气在是以测量压缩空气在MoodyMoody图中图中E/DE/D曲曲线呈水平（亦即雷诺数很高时）的范围内流线呈水平（亦即雷诺数很高时）的

21、范围内流经经2 23030厘米（厘米（0.80.811.811.8英寸）的管道为基英寸）的管道为基础的。础的。oodyoody摩阻因子在这个范围内与雷诺摩阻因子在这个范围内与雷诺数无关，但与相对粗糙度有关，对于一个给数无关，但与相对粗糙度有关，对于一个给定的绝对粗糙度定的绝对粗糙度，摩阻因子仅仅是直径的，摩阻因子仅仅是直径的函数。对于钢管来说，函数。对于钢管来说，WeymouthWeymouth 数据表明：数据表明： 31043670cdf.38三、气体流动三、气体流动 1.Weymouth1.Weymouth方程方程5 . 012221385020SLZTPPdQcg式中式中 Q Qg g气

22、体流量，气体流量，NmNm3 3/ /d d ； dc dc 管子内径，管子内径，c mc m ； P P1 1和和P P2 2分别为点分别为点1 1 和点和点2 2 的压力，的压力，MPaMPa（绝）；绝）； L L管道长度，管道长度， km km ； S S气体的相对密度；气体的相对密度； T T1 1在管道进口处的气体温度，在管道进口处的气体温度，K K ； Z Z气体的压缩系数。气体的压缩系数。 适用于小管径和适用于小管径和短管线的场合。短管线的场合。 39三、气体流动三、气体流动 这个方程假定摩阻因子可以用Moody图中中等雷诺数区域内的恒定负坡度直线来表示。2 2Panhandle

23、Panhandle方程方程CmflogReloglognCfRe40三、气体流动三、气体流动 2 2PanhandlePanhandle方程方程 53. 251.01961.022210 .11751cgdLZTSPPEQ式中：式中：E E效率因子效率因子 对于优质的新管子对于优质的新管子 ，E E=1.0=1.0 对良好的操作条件，对良好的操作条件，E E=0.95=0.95 对一般的操作条件对一般的操作条件E E=0.92=0.92 对于不利的操作条件，对于不利的操作条件，E E=0.85=0.85 其余符号同前其余符号同前 适用于大管径和适用于大管径和长管线的场合。长管线的场合。 413

24、 3SpitzglassSpitzglass方程方程 三、气体流动三、气体流动5 . 0501181. 0144. 9156.27cccgddSLhwdQ式中：式中：hhw w压力损失，压力损失， m m( (水柱水柱) ) ； d dc c管子内径，管子内径，cmcm； 42三、气体流动三、气体流动 各个气体流动方程的准则：各个气体流动方程的准则：（1 1）对于最为一般的用处，推荐使用一般对于最为一般的用处，推荐使用一般流动方程。流动方程。如果使用一般流动方程的迭代如果使用一般流动方程的迭代程序不方便，或者是程序不方便，或者是WeymouthWeymouth方程和方程和PanhandlePa

25、nhandle方程是否能以应用的话就使用方程是否能以应用的话就使用WeymouthWeymouth方程和方程和PanhandlePanhandle方程二者来计方程二者来计算其结果，并选用算其结果，并选用较高的压力降计算值较高的压力降计算值。43三、气体流动三、气体流动（2 2）WeymouthWeymouth方程仅仅应用于生产设施范围方程仅仅应用于生产设施范围内之内之直径小、长度短的管道直径小、长度短的管道；此时，所期望；此时，所期望的雷诺数比较高。的雷诺数比较高。（3 3）对于大直径、长管线，希望有中等雷诺对于大直径、长管线，希望有中等雷诺数值的场合，只能使用数值的场合，只能使用Panhan

26、dlePanhandle方程。方程。44三、气体流动三、气体流动 （4 4）对于低压力的通风管线，当其直径对于低压力的通风管线，当其直径小于小于300300mmmm时，使用时，使用SpitzglassSpitzglass方程。方程。 （5 5）当流动方程应用于旧管道时，要力）当流动方程应用于旧管道时，要力图通过矿场试验得到适宜的效率因子。图通过矿场试验得到适宜的效率因子。结垢物、腐蚀产物、液体、石蜡等的堆结垢物、腐蚀产物、液体、石蜡等的堆积，可以大大地影响气体流动的效率。积，可以大大地影响气体流动的效率。 45在原油集输工程中讲解在原油集输工程中讲解 4647（1 1） 阻力系数阻力系数Dar

27、cyDarcy 方程可以改写为：方程可以改写为：gVKHrL22DfLKr/阻力系数阻力系数 48（2 2）流动系数）流动系数 5 . 024/1075. 1DfLdCV对于任何阀门或管子附件（其对于任何阀门或管子附件（其C CV V是已知的）的是已知的）的压力降，可如下来计算：压力降，可如下来计算： 23.10895. 6VLCQGSP（6-296-29） （6-276-27） 49（3 3） 相当管长度相当管长度fDKLer251110063. 3VCfdLe（6-306-30） （6-316-31） 50（4 4）层流系数）层流系数 通常以表格形式出版的相当长度是关通常以表格形式出版的相

28、当长度是关于湍流的，当流动是层流，也就是雷诺于湍流的，当流动是层流，也就是雷诺数小于数小于10001000时，可以用下列公式来计算时，可以用下列公式来计算相当长度：相当长度： LeLe1000Re层流51 6.2.4 6.2.4 输气管道中任何一点输气管道中任何一点压力压力(pressure)(pressure)和平均压力和平均压力(average pressure) (average pressure) 52一、输气管道基本方程一、输气管道基本方程矿场上实用单位的输气管道方程为：矿场上实用单位的输气管道方程为： 5 . 012221385020SLZTPPdQcg 式中：式中： 气体流量，气

29、体流量，Nm3/d dc输气管道内径，输气管道内径，cm ； P1和和P2输气管道始端和末端的压力，输气管道始端和末端的压力，MPa（绝）；绝）； L输气管道长度，输气管道长度，km ； T1输气管道内气体的平均温度，输气管道内气体的平均温度，K ； Z输气管道内平均压力下气体压缩系数。输气管道内平均压力下气体压缩系数。 gQ53 输气管道工作时，由于气体流动要输气管道工作时，由于气体流动要消耗能量，所以输气管道内的压力逐步消耗能量，所以输气管道内的压力逐步降低。现在来求输气管道内压力变化的降低。现在来求输气管道内压力变化的规律。规律。 设输气管道的始端和末端压力分别设输气管道的始端和末端压力

30、分别为为P P1 1和和P P2 2，在距离始端在距离始端x x处的压力为处的压力为P Px x。54二、计算输气管道中任意二、计算输气管道中任意一点的压力一点的压力 方程（方程（6-346-34）表示输气管道内压力变化）表示输气管道内压力变化的规律，它是一条抛物线；的规律，它是一条抛物线；5 . 0222121LxPPPPx（6-34） 图图6-12 6-12 输气管道示意图输气管道示意图555 . 015 . 0222115020,38SZTdALPPAQcg而对AC段5 . 0221xPPAQxg对CB段 5 . 022xLPPAQxg二、计算输气管道中任意二、计算输气管道中任意一点的压

31、力一点的压力56二、计算输气管道中二、计算输气管道中任意一点的压力任意一点的压力5 . 0222121LxPPPPx 方程表示输气管道内压力变化的规律，它方程表示输气管道内压力变化的规律，它是一条是一条；在输气管道起始段，压力沿曲；在输气管道起始段，压力沿曲线缓慢降低；而接近末端时压力降低很快。所线缓慢降低；而接近末端时压力降低很快。所以在输气管道内，压力不是按直线规律变化，以在输气管道内，压力不是按直线规律变化，而是按抛物线规律变化。这是与输送液体的管而是按抛物线规律变化。这是与输送液体的管道不同的地方。道不同的地方。57三、计算输气管道内的三、计算输气管道内的平均压力平均压力2122132

32、PPPPPav（635）15. 169. 1100100avanPZ压缩因子压缩因子5859 假如有另外一条输气管道，其直径为假如有另外一条输气管道，其直径为d de e，长度为长度为L Le e，在相同的始端压力在相同的始端压力P P1 1和末端压力和末端压力P P2 2条件下，与原来的输气管道（其直径为条件下，与原来的输气管道（其直径为d dc c, ,长度为长度为L L）具有相同的输气量。则称此管道具有相同的输气量。则称此管道为原来管道的为原来管道的相当管道相当管道。 60eecLLdd316 由方程可以看出，由方程可以看出，如相当管道的直径如相当管道的直径d de e小小于原来管道的直

33、径于原来管道的直径d dc c，则相当管道的长度则相当管道的长度L Le e也也比原来输气管道的长度比原来输气管道的长度L L要短。要短。相当输气管道相当输气管道的概念，在计算复杂输气管道时要应用到。的概念，在计算复杂输气管道时要应用到。6162一、沿线有气体输入（输出）一、沿线有气体输入（输出）的复杂输气管道的复杂输气管道 （1 1）同径输气管道）同径输气管道 图图6-14 6-14 复杂输气管道示意图复杂输气管道示意图 63 设设 是已知的；每一管段的长度及是已知的；每一管段的长度及其流量也是已知的。输气管道内气体的其流量也是已知的。输气管道内气体的温度、压缩系数、相对密度都取常数。温度、

34、压缩系数、相对密度都取常数。 对每一管段来说，是一简单输气管道，对每一管段来说，是一简单输气管道，于是可写出每一管段的输气量方程。于是可写出每一管段的输气量方程。 第一段：第一段：11nPP,5012221138.LPPCdQcg50115020.SZTC64将上面各式相加，得到：将上面各式相加，得到：22212121316PPdCLQcg23222222316PPdCLQcg2212121316nncngnPPdCLQ21222316nncngnPPdCLQ212122316ncigiPPdCLQ65 163212122nigicPPCLQd5 . 02221316cigiiidCLQPP（

35、6-40） （6-39） 利用方程，就可以求得同径输气管道直径。利用方程，就可以求得同径输气管道直径。在求得直径后，也就不难求得各个节点的压力在求得直径后，也就不难求得各个节点的压力: :66例例6-36-3 某矿场集气管道总长L=40Km，P1=4.0 MPa（绝）Pn+1=3.0MPa（绝），此输气管道如下图所示：试求同径输气管道的直径及各节点的压力。试求同径输气管道的直径及各节点的压力。67 由方程（6-38）求常数C：163212122nigicPPCLQd50115020.SZTC68 气体相对密度气体相对密度S S取为取为0.60.6，气体温度，气体温度T T1 1取为取为2882

36、88K K，查第一章的天然气压缩系数查第一章的天然气压缩系数的图，得的图，得Z Z=0.925=0.925，于是于是73962889250601502050.C824242424210725208201090810655104571020.igiLQcmdc323346739102087251632228.69利用方程（利用方程（6-406-40）来求各个节点的压力：）来求各个节点的压力： 绝MPaP988332373967102040052422316. 绝MPaP94533237396510459883052423316. 绝MPaP8033237396810659453052424316

37、.70 从上面关于沿线有气体输入的同径输从上面关于沿线有气体输入的同径输气管道之计算可以看出，在开始时，由于气管道之计算可以看出，在开始时，由于气体流量较小，压力下降很慢；而在终端气体流量较小，压力下降很慢；而在终端时，时，气体流量接近于最大值，压力下降非气体流量接近于最大值，压力下降非常快。常快。很明显，这是因为平均直径是按气很明显，这是因为平均直径是按气体流量介于体流量介于 和和 之间的某个平均流量之间的某个平均流量而计算出来的，所以对输气管线开始部分而计算出来的，所以对输气管线开始部分显得过大，而对于终端部分则过小。显得过大，而对于终端部分则过小。1gQgnQ71 当计算沿线有气体输出（

38、如城市配气管当计算沿线有气体输出（如城市配气管道）时，道）时，在起始管段中气体流量最大，终端在起始管段中气体流量最大，终端管段的气体流量最小，管段的气体流量最小，因此这里的压力变化因此这里的压力变化情况正好与前面的情况相反；在开始时，压情况正好与前面的情况相反；在开始时，压力下降很快，在终端则很慢。力下降很快，在终端则很慢。 基于上述情况，当管段的数目不很多，基于上述情况，当管段的数目不很多，以及输气管道总长很大时，采用哪种管段直以及输气管道总长很大时，采用哪种管段直径随气体流量增加或减少而改变的输气管道径随气体流量增加或减少而改变的输气管道是有利的，是有利的，当有气体输入时，管径增大；有当有

39、气体输入时，管径增大；有气体输出时，管径减小。气体输出时，管径减小。72 （2 2）变径输气管道）变径输气管道 第一步：假定输气管道内压力按直线规律变化，第一步：假定输气管道内压力按直线规律变化，然后求出各个节点的压力然后求出各个节点的压力 1, 2 , 1,111niPPLLPPniii分别为第i管段始端和末端的压力；分别为第i管段的长度和总长。第二步：根据各个节点的压力，由基本方程第二步：根据各个节点的压力，由基本方程求各管段的直径。求各管段的直径。iiPP 和1LLi和73 （2 2）变径输气管道）变径输气管道MPaPPLLPP825317500403044074051112.MPaPP

40、LLPP73125082530304405825351223.MPaPPLLPP53207303044087351334.74 根据各个节点的压力，由基本方程根据各个节点的压力，由基本方程求各管段的直径。求各管段的直径。 即由方程（即由方程（6-216-21）有：）有：8350212.iiigicPPLCQd50115020.SZTC8350212.iiigicPPLCQd50115020.SZTC75 第一管段AC：第二管段第二管段CD：cmdc25148253047396710208350225041.cmdc12197382537396510458350225042.76 第三管段DE：

41、第四管段EB： 同径管的直径对变径管的前面三个管段都偏大；面对第四管段（最后一段）则偏小。cmdc132503737396810658350225043.cmdc525035373962010908350225044.77二、具有不同直径而沿线没有气二、具有不同直径而沿线没有气体输入（或输出）的复杂输气管体输入（或输出）的复杂输气管道（即串联异径管道）道（即串联异径管道） 有两种情况：第一，新设计输气管道时，有两种情况：第一，新设计输气管道时，P P1 1、P P2 2、Q Qg g、L L等参数为已知，算出的管等参数为已知，算出的管径径d dc c不是实际的标准管径，此时可不是实际的标准管径

42、，此时可选用两选用两种标准管径配合使用。种标准管径配合使用。 78 第二，由于气体输量增加，原有管道第二，由于气体输量增加，原有管道满足不了要求（即满足不了要求（即P P1 1和和P P2 2保持不变），此保持不变），此时可在时可在管道后面部分插入一段大直径的管道后面部分插入一段大直径的管段管段。但必须指出，尽管变（异）径管。但必须指出，尽管变（异）径管道有其优点，但由于道有其优点，但由于管径不同，给清管管径不同，给清管等管理措施带来了麻烦等管理措施带来了麻烦，同时也将造成，同时也将造成浪费。浪费。79图图6-15 6-15 5 . 025 . 02221316316cclgdxLdxPPCQ

43、（6-436-43） 80图图6-166-16 316221ccgDdLlLlQQ（6-446-44） 81三、输气管组（平行管组）三、输气管组（平行管组）82 平行铺设的输气管组中每一条管线都有其流平行铺设的输气管组中每一条管线都有其流量，其总流量为各条管线流量之和。量，其总流量为各条管线流量之和。 5 . 05 . 0225 . 01121383838ncnccgngggLdLdLdBQQQQ（6-456-45） 83四、平行副管四、平行副管 增大输气管道的输气量的另一方法增大输气管道的输气量的另一方法是铺设平行副管是铺设平行副管 238211ccFFgddLxLxQQ图图6-18 6-1

44、8 平行副管平行副管 （6-46-46 6） 84 利用方程可以进行各种计算：利用方程可以进行各种计算：为使输气量增加到为使输气量增加到Q QF F，求直径求直径d dCFCF的副管长的副管长度度x x，铺设直径为铺设直径为d dCFCF和长度为和长度为x x的副管后的副管后, ,求求Q QF F的的多少。多少。当副管长度为当副管长度为x x，新增加后的输气量为新增加后的输气量为Q QF F时，时，求副管的直径求副管的直径d dCFCF。四、平行副管四、平行副管 85五、环型集气管网的计算五、环型集气管网的计算 环型集气管网是气田上常用的一种环型集气管网是气田上常用的一种管网。其特点是安全可靠

45、，在管段上任管网。其特点是安全可靠，在管段上任何一点出现事故时，可以不中断输气；何一点出现事故时，可以不中断输气；但这种环型管网消耗钢材较多。其计算但这种环型管网消耗钢材较多。其计算方法如下（见图方法如下（见图6-196-19）：）：86五、环型集气管网的计算五、环型集气管网的计算图图6-19 6-19 环形集气管网示意图环形集气管网示意图87 假定集气站住于图上左边标有假定集气站住于图上左边标有“”附附近，然后从集气站的近，然后从集气站的“O”O”点作一想象的线点作一想象的线如如OAOA（oaoa）将所有气井分割成大致相等的两将所有气井分割成大致相等的两组，则环形管道就变成两支沿线有气体输入

46、组，则环形管道就变成两支沿线有气体输入的管道：上边一支的输气量的管道：上边一支的输气量 通过通过ABOABO输至输至O O点；下边一支的输气量点；下边一支的输气量 通通过过aboabo输至为点。输至为点。BobBob长为长为, ,BOBO段长为段长为x x，则则bobo段长为段长为 。AaAa为零段（或称中立段），为零段（或称中立段），在此管段中假定气体不流动，其压力为在此管段中假定气体不流动，其压力为P P1 1，二半环的汇合点二半环的汇合点O O为为P P2 2。nQQQ21nqqq21xLn88对上边的一支对上边的一支ABOABO：同理，对下边一支同理，对下边一支aboabo： 1632

47、22121122PPCxQLiQdninic163222121122PPCxLnqlqdmimiic89 令令 ，则得到：，则得到： 221111222mnmininmiiiiqQLqLQlqxccdd 如果算出的如果算出的x x为负值，但集气站的位为负值，但集气站的位置又不能作较大范围的移动，此时就得置又不能作较大范围的移动，此时就得重新重新“分割分割”，再进行如上的计算。，再进行如上的计算。9091一、确定管子尺寸的准则一、确定管子尺寸的准则 当选择管线尺寸时，必须考虑压力降和当选择管线尺寸时，必须考虑压力降和流动速度两个因素。流动速度两个因素。管线需要足够大的直管线需要足够大的直径以便有

48、效的压力能驱动流体通过管线。径以便有效的压力能驱动流体通过管线。 管线直径必须依据最小速度和最大速度管线直径必须依据最小速度和最大速度来估算其尺寸。来估算其尺寸。流体必须保持某个低于最流体必须保持某个低于最大速度的速度以防止诸如侵蚀、噪声和水大速度的速度以防止诸如侵蚀、噪声和水击等问题。同时，流体也必须有高于某个击等问题。同时，流体也必须有高于某个最小速度的速度，以减少波动，最小速度的速度，以减少波动，能携带走能携带走砂子和其他固体。砂子和其他固体。 92 当流体以足够大的力冲击管壁，侵蚀掉腐当流体以足够大的力冲击管壁，侵蚀掉腐蚀层膜，将金属暴露给流体，进一步产生腐蚀层膜，将金属暴露给流体，进

49、一步产生腐蚀。流动速度愈高，产生流体侵蚀的趋势就蚀。流动速度愈高，产生流体侵蚀的趋势就愈大。愈大。两相流动两相流动的实验表明，当流动速度超的实验表明，当流动速度超过下列公式所给出的数值时，将产生腐蚀层过下列公式所给出的数值时，将产生腐蚀层膜的侵蚀。膜的侵蚀。 5 . 022. 1meCV（6-496-49） 对连续工作，对连续工作，C C 值取为值取为100100；非连续工作，；非连续工作，C C 值值取为取为125125。 93 液体管线设计尺寸通常要保持流动速液体管线设计尺寸通常要保持流动速度以防止固体颗粒沉降出来。通常推荐度以防止固体颗粒沉降出来。通常推荐最小速度为最小速度为0.90.9

50、m/sm/s。 274.14dQVL式中式中 V V液体速度，液体速度，m/sm/s ； Q QL L液体流量，液体流量，m m3 3/s/s ； d d 管子内径，管子内径，mmmm 。 94 气体管线也必须保持某个最大的速度气体管线也必须保持某个最大的速度和最小的速度。和最小的速度。推荐最小速度推荐最小速度3 34.54.5m/sm/s之间，以便尽量减少液体在低的地点沉降。之间，以便尽量减少液体在低的地点沉降。同时，同时，气体速度通常保持在气体速度通常保持在18182424m/sm/s以以下下，以便尽量减小噪声的影响和对侵蚀的，以便尽量减小噪声的影响和对侵蚀的抑制。抑制。 5 . 0021

51、. 0SPTCVe95 对于压力对于压力小于小于6.96.913.8MPa13.8MPa的大多数情的大多数情况，侵蚀速度都将大于况，侵蚀速度都将大于18 18 m/sm/s，这样，侵这样，侵蚀速度的标准将不起支配作用。在高压下，蚀速度的标准将不起支配作用。在高压下，在确定具有最大速度在确定具有最大速度18 18 m/sm/s的管线尺寸之的管线尺寸之前，有必要检验侵蚀速度。前，有必要检验侵蚀速度。在具有在具有COCO2 2的管的管线系统内，当其含量低到线系统内，当其含量低到1 1% %2%2%，速度应该，速度应该被限制在被限制在15 15 m/sm/s以下。以下。矿场经验表明，矿场经验表明，在在

52、较高的速度下，要抑制较高的速度下，要抑制COCO2 2的腐蚀是困难的的腐蚀是困难的。 96 矿场实用单位的气体实际速度，可由下矿场实用单位的气体实际速度，可由下式来确定：式来确定： gQPdTzv23101 . 5式中式中 Qg气体流量，气体流量，Nm3/d ； T 气体温度，气体温度，K ； P 气体压力，气体压力，MPa（绝）；绝）； Z 气体压缩系数；气体压缩系数； d 管了内径，管了内径，mm； V 气体速度，气体速度，m/s 。 97 常推荐最小速度保持在常推荐最小速度保持在3 34.5m/s4.5m/s之之间，为防止噪声，最大的允许速度可取间，为防止噪声，最大的允许速度可取最低值最

53、低值18 18 m/sm/s；如果有必要抑制如果有必要抑制COCO2 2的腐的腐蚀或者是侵蚀速度，最大的允许速度可蚀或者是侵蚀速度，最大的允许速度可取为取为15 15 m/sm/s。 985 . 0122. 1meCV式中式中 气、液混合物密度，气、液混合物密度，kg/mkg/m3 3 ； P P 操作压力，操作压力，MPaMPa（绝）；绝）； S S 气体相对密度；气体相对密度； R R 气液比，气液比，m m3 3/m/m3 3，；，； S S. .G G. .液体相对密度。液体相对密度。m TZRPpGSRPsm2982.10298923484399 在最大的允许速度下，管子的最小横截在

54、最大的允许速度下，管子的最小横截面积可表示为面积可表示为 VQPTZRAL541010003. 41574. 1（6-55） 式中式中 A A所需要的最小横截面积，所需要的最小横截面积，m m2 2； Q QL L液体流量，液体流量，m m3 3/d/d； V V最大的允许速度，最大的允许速度，m/sm/s。 1005 . 03101 . 574.14VQPZTRdL101二、管壁厚度的标准二、管壁厚度的标准管线壁厚，管线壁厚，mmmm P P管线的设计压力，管线的设计压力，MPaMPaD D 管线的内径管线的内径, ,mmmm焊缝系数，无缝钢管：焊缝系数，无缝钢管： =1=1；直缝管和螺旋焊

55、缝直缝管和螺旋焊缝 管管=1=1；螺旋埋弧钢管螺旋埋弧钢管=0.9=0.9s s钢材的屈服极限，钢材的屈服极限，MPaMPa， F F设计系数，输气管设计系数，输气管F=0.6F=0.6（野外），野外）， F=0.5F=0.5（居住区、居住区、站场内部、公路、铁路）站场内部、公路、铁路）CFpds2102二、管壁厚度的标准（续）二、管壁厚度的标准（续）103104 在输气管道中气体流动分为两个阶段：在输气管道中气体流动分为两个阶段：不等温的（输气管道开始部分）和等温不等温的（输气管道开始部分）和等温的。在等温阶段内，气体温度为常数。的。在等温阶段内，气体温度为常数。输气管道中气体温度变化的规律

56、。输气管道中气体温度变化的规律。 或者或者 于是：于是： xssxetttt1PGCDK xssxetttt1（6-61） 105 从方程（从方程（6-616-61）看出：）看出：管道中介质温度管道中介质温度变化的规律为指数曲线。变化的规律为指数曲线。在距离管道起点比在距离管道起点比较远的地方，管道中介质的温度差不多就与较远的地方，管道中介质的温度差不多就与周围土壤温度相等了。周围土壤温度相等了。 利用方程（利用方程（6-616-61）就可以计算输气管道）就可以计算输气管道中气体温度的变化规律。中气体温度的变化规律。 当管道长度为当管道长度为L L时，根据方程（时，根据方程（6-616-61）

57、不）不难求得整个输气管道内的平均温度难求得整个输气管道内的平均温度tavtav：LssaveLtttt11（6-62）106107 一、压力标准一、压力标准 1 1工作压力工作压力 为了保证管路和设备能为了保证管路和设备能安全工作，根据管路和设备内介质的各种安全工作，根据管路和设备内介质的各种最高工作温度规定的一种最大压力。用最高工作温度规定的一种最大压力。用P P表表示；并在示；并在P P的右下角附加介质最高温度除以的右下角附加介质最高温度除以1010所得的温度。例如所得的温度。例如P P3030表示介质最高工作表示介质最高工作温度为温度为300300时的工作压力。如表时的工作压力。如表6-

58、116-11所示，所示，如最高工作温度如最高工作温度200200时，可略去右下角时，可略去右下角标。标。 108 2 2公称压力公称压力为国家规定的一种标准为国家规定的一种标准压力。压力。它是为了全国统一和使用方便，而它是为了全国统一和使用方便，而对管子、管件和阀门规定的对管子、管件和阀门规定的一系列压力等一系列压力等级；级；其数值正好等于第一级工作温度其数值正好等于第一级工作温度（200200）下的最大工作压力。如公称压）下的最大工作压力。如公称压力等于力等于0.250.25、0.40.4、0.60.6、1.01.0、 1.6 1.6、 2.5 2.5、 4.04.0、 10.0 10.0、 16.0 16.0、 20.0 20.0、 25.0 25.0、32.032.0等。因此，当操作温度高于等。因此，当操作温度高于200200时其工作时其工作压力将降低，其数值如表压力将降低，其数值如表6-116-11所示。公称所示。公称压力用压力用PNPN表示（单位是表示（单位是MPaMPa）