输气管道的水力计算

1、 输气管道的水力计算第4章 输气管道的水力计算q 稳定流动气体管流的基本方程q 水平输气管道的流量基本公式q 地形起伏地区输气管道的流量基本公式q 摩擦阻力系数与常用管道流量公式q 输气管基本参数对流量的影响q 输气管的压力分布和平均压力q 天然气的净化稳定流动气体管流的基本方程 消耗于摩阻的压降，气体上升克服高差的压降和流速增大引起的压降。2222dwgdswDdxpdq 稳定流动气体管流的基本方程q 水平输气管道的流量基本公式q 地形起伏地区输气管道的流量基本公式q 摩擦阻力系数与常用管道流量公式q 输气管基本参数对流量的影响q 输气管的压力分布和平均压力q 天然气的净化第4章 输气管道的

2、水力计算水平输气管道的流量基本公式上述公式中常数的数值随各参数所用的单位而定。如果公式中所有的参数均采用法定单位:TLZDppCQZQ*5220)(KT2930aPP1013250KsmRa21 .287121250.03848. 01 .2871001325. 12934kgKsmC,，0004pTRCaq 稳定流动气体管流的基本方程q 水平输气管道的流量基本公式q 地形起伏地区输气管道的流量基本公式q 摩擦阻力系数与常用管道流量公式q 输气管基本参数对流量的影响q 输气管的压力分布和平均压力q 天然气的净化第4章 输气管道的水力计算地形起伏地区输气管道的流量基本公式,，TLZDppCQZQ

3、*5220)()(21 )1 (11*5220iZiiiZZQlssLaTLZDasppCQ 是输气管终点与起点高差对输气管输送能力的影响.终点比起点位置越高(相对高程越大),则输气能力越低,反之亦然。 Zas地形起伏地区输气管道的流量基本公式 考虑线路中间各点相对高程对输气能力的影响,也就是线路纵断面特征对输气能力的影响。因为乃是线路纵断面线与从起点开始所画的水平线之间所包含面积的代数和。iZiiilssLa11)(2FlssiZiii11)(21地形起伏地区输气管道的流量基本公式 地形起伏地区输气管道的流量基本公式 纵断面线高于水平线的地方，面积取正值，低于水平线的面积取负值。由公式可以看

4、出，当其它条件相同时，面积的代数和F比较小的输气管，有较大的输气能力。输气管1-2-3-4的输气能力小于长度一样、管径一样的输气管15，这不仅是由于s4s5，而且是由于F1-5=0，而 F1-2-3-40的缘故。地形起伏地区输气管道的流量基本公式q 稳定流动气体管流的基本方程q 水平输气管道的流量基本公式q 地形起伏地区输气管道的流量基本公式q 摩擦阻力系数与常用管道流量公式q 输气管基本参数对流量的影响q 输气管的压力分布和平均压力q 天然气的净化第4章 输气管道的水力计算摩擦阻力系数与常用管道流量公式输气管道的摩阻系数输气管道的摩阻系数 气体管流的摩阻系数在本质上与液体没有区别。它的值与流

5、动状态、管内壁的粗糙度、连接方法、安装质量及气体的性质有关。摩阻系数 是雷诺数与管壁粗糙度的函数DKRee,eR)(DKe1、雷诺数Re计算及流态的划分DvQvDFQvwDRe40*, uvDuQRe0*43/206. 10mkgDuQRe*536. 1摩擦阻力系数与常用管道流量公式1、雷诺数Re计算及流态的划分5.12781)2/(11)2/(7 .59DKRDKReeee摩擦阻力系数与常用管道流量公式层流： Re 2000过渡区：2000 Re 4000紊流区 水力光滑区：4000Re Re1 混合摩擦区: Re1 Re Re2 水力粗糙区： Re Re2 (阻力平方区）摩擦阻力系数与常用

6、管道流量公式一般干线输气管线都在水力粗糙区（阻力平方区），不满负荷时在混合摩擦区。城市及居民区的配气管道多在水力光滑区。摩擦阻力系数与常用管道流量公式2、管壁粗糙度输气管的管壁粗糙度一般比输油管小。对于新管，美国一般取当量粗糙度0.02mm，前苏联平均取0.03mm，我国通常取0.05mm 。美国气体协会测定了输气管在各种状况下的绝对粗糙度，其平均值如下:摩擦阻力系数与常用管道流量公式表面状态 绝对粗糙度,mm新钢管 0.0130.019室外暴露6个月 0.0250.032 12个月 0.038清管器清扫 0.0080.013喷砂 0.0050.008内壁涂层 0.0050.008摩擦阻力系数

7、与常用管道流量公式 管道的当量粗糙度考虑了管道形状损失的影响，一般比绝对粗糙度大211 。 从上面的数据可以看出，输气管加上了内壁涂层，不但减少了内腐蚀，更主要的是使粗糙度下降了很多，在同样的条件下使输气管输气量增加58，有的甚至达10。内壁涂层的费用一般只占钢管费用的23 ，只要输气量能提高1，就能很快地收回其投资。摩擦阻力系数与常用管道流量公式 3、摩阻系数的计算公式层流区：临界区：eR6430025. 0eR摩擦阻力系数与常用管道流量公式紊流区：柯列勃洛克公式阿里特苏里公式前苏联近年使用的公式)51. 27 . 3(21eeRDKIg25.0)68(11. 0eeRDK2.0)1582(

8、067. 0eeRDK摩擦阻力系数与常用管道流量公式 4、输气干线常用的阻力系数 由于输气管几乎都在阻力平方区。各国提出了一些干线输气管摩阻系数的专用公式： 威莫斯（Weymouth）公式： 潘汉德尔公式（A）： (水力光滑区） 潘汉德尔公式（B）: (水力粗糙区）3009407. 0D1461. 0207305. 00847. 0)872. 6(4eeRR0392. 0201961. 00147. 0)49.16(4eeRR摩擦阻力系数与常用管道流量公式 前苏联近年来使用的公式： 2 . 0009588. 0D摩擦阻力系数与常用管道流量公式 常用的输气管流量公式常用的输气管流量公式 威莫斯公

9、式： 潘汉德尔B式： 前苏联近期公式：5 . 0*2283)(TLZppDCQZQw51.0961. 0*2253.2)(TLZppEDCQZQp5.0*226.2)(TLZppEDaCQZQs摩擦阻力系数与常用管道流量公式 上述公式中Cw、Cp、Cs，的值，随公式中各参数的单位不同而异 ； 为修正系数，当流态处于阻力平方区时， 1，如偏离阻力平方区，可依下式计算: 为管道接口的垫环修正系数。无垫环， 1；垫环间距12m， 0.975；垫环间距6m， 0.95。1 . 02)92. 21 (QD摩擦阻力系数与常用管道流量公式E为输气管输气效率系数。E表示输气管输气能力的变化：设计时在计算公式中

10、加上E值，是为了保证输气管投产一段时间后，仍然达到设计能力。设计时，美国一般取E=0.90.95。 sLLsQQE摩擦阻力系数与常用管道流量公式q 稳定流动气体管流的基本方程q 水平输气管道的流量基本公式q 地形起伏地区输气管道的流量基本公式q 摩擦阻力系数与常用管道流量公式q 输气管基本参数对流量的影响q 输气管的压力分布和平均压力q 天然气的净化第4章 输气管道的水力计算输气管基本参数对流量的影响 直径对流量的影响5.22121)(DDQQ5.0*512201)(TLZDppCQZQ5.0*522202)(TLZDppCQZQ若直径增加一倍， 则流量是原来的5.66倍。由此可见，加大直径是

11、增加输气管流量的好办法。也是输气管向大口径发展的主要原因。115 . 2266. 52QQQ122DD 输气管基本参数对流量的影响 长度对流量的影响即输气量与长度的0.5次方成反比，即输气量与长度的0.5次方成反比。若站间距缩小一半，例如在两个压气站之间增设一个压气站, ，则流量 即倍增压气站，输气量只能增加41 。5.01221)(LLQQ1221LL 11241. 12QQQ输气管基本参数对流量的影响 输气温度对流量的影响流量与输气的绝对温度的0.5次方成反比。输气温度越低，输气能力越大。目前，国外已提出在70左右输气的设想，认为在解决低温管材的基础上，经济上是可行的。从50降低至70，流

12、量增加59 。5.01221)(TTQQ115 . 0259. 1)7027350273(QQQ输气管基本参数对流量的影响 起、终点压力对流量的影响 输气量与起、始压力的平方差的0.5次方成正比,改变起、终点压力都能影响流量，但效果是不同的。 起点压力增加，压力平方差为 终点压力减少，压力平方差为222222ZPPQQZPQPPPPP222222ZPPZQPZQPPPPP输气管基本参数对流量的影响 两式右端相减，得：上式说明，改变相同的 时，提高起点压力对流量增大的影响大于降低终点压力的影响。提高起点压力比降低终点有利。 0222PZQpPP输气管基本参数对流量的影响P压力平方差还可写为：该式

13、说明，如果压力差不变，同时提高起、终压力，也能增大输气量，此处更进一步说明高压输气比低压输气有利。因为高压下，气体的密度大，流速低，摩阻损失就小。 PPPPPPPPPZQZQZQZQ22输气管基本参数对流量的影响q 稳定流动气体管流的基本方程q 水平输气管道的流量基本公式q 地形起伏地区输气管道的流量基本公式q 摩擦阻力系数与常用管道流量公式q 输气管基本参数对流量的影响q 输气管的压力分布和平均压力q 天然气的净化第4章 输气管道的水力计算输气管的压力分布和平均压力 1、沿线压力分布： 上二式说明输气管道的压力平方 和 的关系为一直线，压力 与 的关系为一抛物线。2xpxxPxxLppppZQQx2222LxppppZQQx)(222 输气管的压力分布和平均压力 从上图可以看出，靠近起点压力降落比较慢，距起点越远，压力降落越快，坡度越陡。在前3/4的管段上，压力损失约占一半，另一半消耗在后面的1/4管段上，因为随着压力下降，流速增大，单位长度的摩阻损失也增加。这也说明高压输气节省能量，经济性好。输气管的压力分布和平均压力 2、平均压力 输气管停止输气时，管内压力并不象输油管那样立刻消失。而是高压段的气体逐渐流向低压端，起点压力逐渐下降，终点压力逐渐上升，最后全线达到某一压力值，即平均压力。这就是输气管的压力平衡现象。根据管内平衡前后质量守恒可得平