输气管道的水力计算.

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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。 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

2、管道的水力计算 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: , ， 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 地形起伏地区输气管道的流量基本公式 , ， 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。 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

3、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。 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1 5，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

4、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 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 1、雷诺数Re计算及流态的划分 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 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

5、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

6、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： 摩擦阻力系数与常用管道流量公式

7、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 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） 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： 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 威莫斯公式： 潘汉德尔B式： 前苏联近期公式： 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

8、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。 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。 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

9、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 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。 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 。 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，

10、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，流量增加59 。 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 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。 输气管基本参数对流量的影响 压力平方差还可写为： 该式说明，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

11、。 因为高压下，气体的密度大，流速低，摩阻损失就小。 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。 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

12、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 守恒可得平均压力： 利用平均压力可求输气时压缩因子Z以及输气管中的储气 量。 输气管的压力分布和平均压力 1、对于稳定流动的天然气管道，天然气的压力 损失消耗在哪些方面？ 2、在输气管线其他条件相同的情况下，若管道 直径增加一倍，输气量增加多少？ 3、为何高压输气比低压输气有利？ 4、若一段管道的起点压力为6.0MPa，末端压力 为3.0MPa，求此段管线的平均压力？ 测试问题？