中国石油大学输气管道设计与管理期末复习题

输气管道设计与管理第1页共1页《输气管道设计与管理》课程综合复习资料一、填空题1．对于长距离输气管线，当Q、D、P1max、P2min一定时，输气管末段的最大长度为：，此时管末段的储气能力为0。储气能力最大的末段长度为Lmax的（）倍。答案：0.52．对如图所示的两条简单管路，如果起点压力相同，在任一长度x处，线路1的各点流速小于线路2的流速，线路1的终点压力大于线路2的终点压力。这主要是由于气体的（）造成的。答案：可压缩性3.“输气管道工程设计规范(GB50251-2003)”中规定：进入输气管道的气体必须清除机械杂质，水露点应比输送条件下最低环境温度低5℃；烃露点应低于最低环境温度，气体中的（）不应对于20mg/m3答案：H2S含量4.管输天然气最主要的三项质量指标为：热值、含水量、H2S和（）。答案：CO25.输气管设计中，常采用压力表示压气机站供给的能量和输气管消耗的能量，而输油管则常用液柱高度表示，这是因为气体（）之故。答案：具有压缩性6.天然气是指从地层内开发生产出来的、可燃的、烃和非烃混合气体，这种气体有的是基本上以气态形式从气井中开采出来的，称为气田气；有的是随液石油一块儿从油井中开采出来的，称为（）。答案：油田伴生气7．天然气工业中最常用的脱水方法有三种分别是：低温脱水、固体吸附脱水和（）。答案：甘醇脱水8．首站入口压力一定的多压气站输气干线，若某站停运，则停运站号愈小，输量下降愈（）。答案：大9．在工程上，一般根据水露点判断管线内的含水量是否达到形成水合物的条件。管线内形成水合物后采取（）方法可迅速使水合物分解，管路畅通。答案：降压10.输气管内能否形成水合物主要取决于：(1)压力和温度；(2)足够的水分。密度（）的天然气易形成水合物。答案：大二、问答题1.汽车以天然气为燃料时，每立方米天然气可行使15公里。那么100升水合物释放的天然气可以供汽车行驶多少公里?答：225～270（每立方水合物释放150～180立方米天然气，在此范围内即可）2.根据图示，说明分子筛脱水的工作步骤。答：1#和2#吸附塔吸附脱水，3#冷却，4#再生。湿天然气进1#和2#吸附塔进行脱水，干气外输，同时在压力调节器前引出少量含水天然气对已再生好的3#热吸附塔进行冷却，该气再经加热后，进入4#塔，加热已吸饱水的干燥剂，进行再生。热气流被水饱和后经空气冷却器和冷水冷却器冷却，分离出冷凝液后，又与含水天然气汇合送去脱水。3.请说明长距离输气管道上某压气站停运对整条管道运行的影响。答：⑴站c停运时系统流量下降。停运站的标号c越小，即停运站越靠前，则输气管的输气量下降越显著。⑵停运站以前的各站进出口压力PZx、PQx都增大。⑶停运站以前的各站进出口压力增加量△PZx、△PQx随站的标号x的增大而增大，即越靠近停运站c则压力增大越多。若c站原来出口压力接近管材强度，则c站停运后上游c-1站出口可能超压。⑷停运站c以后各站进出压力减小。⑸停运站c以后x站进出口压力减小量|△PZx|、|△PQx|随站的标号x的增大而减小，即越靠近停运站c则压力减少越多，越远则越小。4.与不可压缩流体相比，输气管道温降变化特点是什么？答：⑴沿程温降的比较：气体密度小，质量流量小，输送介质热容量小，同样散热条件下，沿程温降快。⑵由于节流效应输气温度可能低于环境温度。公式中最后一项是随压力下降，气体膨胀，内动能转化为内位能，使温度也下降的过程。在低于环境温度下仍可进行。5.从能量平衡的角度，说明某站停运对输气管输量和压缩机站进出站压力的影响？答：（1）站数减少一个，压缩机提供的总能量降低，根据能量平衡，管路消耗的能量降低，因此流量下降。（2）输量减少，压比增大，各站给气体的压能增加，停运站间管路长度增加一倍，摩阻增大。（3）停运站前，压能逐渐积累，愈靠近停运站，进出站压力愈高，故c+1站进出站压力最低，气体继续往前流动时，由于流量减小，各站出力大，进出站压力随而逐渐上升。6.简述天然气调峰的主要措施。答：(1)随用气量的变化及时调节气源的供气能力或者设置机动气源。(2)利用一些大型工业企业作为城市用气的缓冲用户，气体多余时，让它用气，少时让它改用其他燃料。(3)实行峰谷气价，不同类型用户价格随季节浮动，通过价格变化，鼓励具有双燃料的发电行业在夏季多用气，冬季少用气，客观上起到调峰的作用。(4)设置各种储气设施，解决月、日或小时的不均衡，可采用不同的储气方法，通过建设调峰设施满足调峰需求。调峰方式主要包括地下储气库调峰、液化天然气调峰、液化石油气调峰、上游调峰、管道调峰、管束调峰和储气罐调峰等。7.输气管在输送过程中尽管输量保持不变，但沿线各处的压降梯度并不相同，其原因是什么？答：（1）随着输送距离的增大，压力越来越小；（2）气体的密度与压力成反比，压力越小，密度越大，输送条件下流量越大，流速越高；（3）压力梯度是流体的流动速度的函数，速度越大压力损失越大，因此沿线各处的压降梯度并不相同。8.对比往复式压缩机和离心式压缩机的特点。答：与往复式压缩机相比，离心式压缩机有如下优点：(1)结构紧凑，尺寸小，重量轻。(2)排气均匀，连续，不需级间的缓冲容器，可以直接进行串联运行。(3)无往复运动部件，振动小，易损件少，不需庞大而笨重的基础。(4)除轴承外，机件内部不需要润滑，节省油料，且不会污染所输送的气体。(5)转速高，可与蒸汽轮机或燃气轮机直接联动，便于调节流量，利于节能。(6)维修工作量小，调节方便。9.某天然气管道输送气体的组成、温度、压力均已知，现在想得到该天然气的相对密度，请简述计算过程。答：（1）由天然气的组成，得到每个组分的临界参数，并根据kay法则计算视临界参数；（2）计算对比温度和对比压力；（3）通过通用压缩因子图或状态方程计算压缩因子；（4）由状态方程计算密度；（5）由相对密度的计算公式得到相对密度。10.说明长输天然气管道压气站常用的备用方式及特点。答：通常有机组备用、功率备用、混合备用、主机备用、机组交换等方式。三、分析题1.某压气站有两台压缩机串联运行，已知两台压缩机的特性方程分别为、，推导压缩机站特性方程。答：若第一台压气机特性方程：若第二台压气机特性方程：由状态方程，第一级进出口流量有如下关系：，m－多变指数，范围1.25～1.35。串联后压气站特性：，－首级压气站入口状态下流量，用工程标准状态下的输量Q代替，串联压气站进出口压力P1，P2代替ε，则有：，2.已知输气管压力分布方程为：，推导平均压力计算公式以及平均压力点距起点的距离在0.5L附近变化的依据。答案：（1）输气管停止输气时，全线最终达到某一压力，即平均压力。根据管内平衡前后质量守恒可得平均压力：==（2）输气管道上压力为平均压力的点距起点的距离：当时，得：x0=5/9L≈0.55L当时，得：根据求极限的洛必达法则，以为变量求导，得：故从0变化到，从0.55L变化到0.5L。3.结合输气管沿线的温降公式，画图分析管道沿线温降规律及其影响因素。答：时，由温降公式，得：将T=T0，代入温降公式，则可求得：4.输气管的流量基本公式为：，请说明管径、管长、温度对输量的影响。答案：（1）管径。输气管的通过能力与管径的2.67次方成正比。管径越大，输气量越大。直径增大1倍，流量增大6.4倍。故加大直径是增加输气管流量的好办法。（2）管长。流量与长度的0.5次方成反比。长度越短，输气能力越大。长度减小1半，流量增加41.4%。（3）温度。流量与输气温度的0.5次方成反比。输气温度越低，输气能力越大。5．图示两组管系起、终点压力相同，管径、管长等参数相同，求下述不同连接方式的输量比Qb/Qa。答案：由于两组管系起终点压力相同，管径管长等参数相同，故输气量之比就是流量系数之比，设长度的单独管道流量系数为K。故6.已知某输气管内P=44×105Pa，T=278.15K，气体的容积组成为CH4=97％，C2H6=2％，C3H8=0.5％，C4H10=0.5％，计算该天然气的平均分子量、工程标准条件下天然气的密度和相对密度。答案：平均相对分子质量工程标准条件下天然气的密度相对密度。7.图示两组管系起、终点压力相同，管径、管长等参数相同，求下述不同连接方式的输量比Qb/Qa。解：对于A管系，流量系数为：所以：对于B管系，流量系数为：所以：输量比8.某水平输气管，末站间距150km，管内径1m，正常情况下的输量Q=3x107Nm3/d，管线允许最高压力及配气网允许最低压力分别为60x105Pa，及5x106Pa，已知天然气的△*=0.b，Z=0.9，t=27℃。试求输气管末段的储气能力（用潘汉德尔B式计算）。答：λ=0.009236(≈7.492×10-3C=λZ△*TCp1min=p2min2+ClzQ2≈p2max=p1min2-ClzQ2≈ppjmin=23(p1minppjmax=23(pVmin=ppjminVZ0T0Vmax=ppjmaxVZ0所以Vs=Vmax-Vmin=3.4×即储气能力为3.4×106m39.论述天然气脱水方法选择的原则和依据。答：各种脱水方法都有特定的适用范围。选用哪种脱水工艺，首先要明确脱水目的和要求，过高的要求本身就是一种浪费；最后通过综合分析比较来确定。(1)从露点降低来看，不少方法都能满足管道输气的要求。对于天然气液化和轻烃回收前的深度脱水，以分子筛法为最优。但它是造价最高的方法，实际设计中往往要注意以下问题。①采用低压气再生时，卸压和充压速度过快，导致分子筛粉碎。有的甚至只使用一两个月就需要连续注甲醇来弥补。为此需要经过计算，选用合适的充压和卸压阀。②分子筛寿命一般应达到3年以上，但实际往往只能使用2年。这除与气流污染和充卸压过快有关外，还与未按实际吸附能力调整吸附周期有关。新分子筛的吸附能力比设计取值可高出40%或更多，在第一年如适当延长运行周期，可减少再生次数和延长分子筛寿命。到第三年以后还可考虑适当缩短切换时间。这在设计中应当考虑到。③4A(o)型分子筛能吸附二氧化碳，会出现干气中含碳先低后高现象。这是因为吸附开始阶段，床层内吸附了很多二氧化碳，随后又被水置换出来。采用3A(o)型分子筛不存在这个问题，但不能吸附二氧化碳。(2)从投资、操作费用和操作技术的要求来看，液体吸收法——三甘醇法有突出优点，不但投资省，操作费用低，操作技术也不复杂，而且检修容易，能连续运转，易于实现自动化。(3)芳烃气提甘醇脱水法适用于气中含芳烃较多的场合，造价和成本低于分子筛，在国外已经成熟，但国内缺少经验。如果芳烃含量高，应考虑引进。(4)脱水方法的选择还要同集输流程的规划统一考虑。如果净化厂就在集气站附近，集气管道短，先脱硫后脱水，对脱