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1、,连续性方程：,稳定流动连续性方程：,管道任意截面上的密度与流速成反比,一、连续性方程,3.1 气体一元流动基本方程,基础是质量守恒定律。,稳定流动：连续性方程：,3.1 气体一元流动基本方程,二、运动方程,运动方程以动量定理推导，基础是牛顿第二定律。,3.2 平坦地区输气管道基本公式,平坦地区输气管道，指的是高差为0，或高差不足以影响计算精确性的输气管道（高差小于200m），可以忽略高差影响；用公式描述天然气沿管道输送过程中压力与流量的关系。 假定等温输送，忽略温度的影响。,选择微元管段,3.2 平坦地区输气管道基本公式,进一步整理为：,101325Pa，293.15K287.1J/kgKC
2、=0.0384,L,s,x,s,同一坡度的直管段,pQ,PZ,dx,ds,3.3 同坡度输气管道基本公式,高差较大时，地形起伏时；压力较高时，高差引起的能量损失增大；地形高差超过200m时，需要考虑高差影响。,3.3 同坡度输气管道基本公式,3.4 简化的同坡度输气管道基本公式,上式是忽略了流速的变化，考虑了高差的输气管道基本公式,如化为标准状况下的体积流量，则,以上两公式为既考虑了高差的影响，又考虑了沿线地形的影响，即所谓地形起伏地区的输气管道基本方程。,把b值代入，得,3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式,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，则输气能力越低，
3、反之亦然,3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式,是考虑线路中间各点相对高程（线路纵断面特征）对输气能力的影响。 沿线地形起伏对输气管道输量有影响。,线路纵断面特征,每一项为每一段管路的线路纵断面与通过起点的水平线围成的面积；各项之和为线路纵断面面积代数和；线路纵断面面积代数和 F 较小的输气管有较大的输气能力；输气管道沿线压力变化，密度随之改变，压力大，密度大，压力小，密度小，上坡段的能量损失不能用下坡段的能量补偿。,3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式,沿线不同高程的线路方案,3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式,一、雷诺数Re,3.6 水力摩阻系数与常用输气公式,天然气的动力粘度，a
4、.s; 天然气的运动粘度，m2/s。 天然气体积流量，m3/s； 空气密度，kg/m3 天然气的相对密度； 管道内径，m 管道截面积，m2 天然气流速，m/s,3.6 水力摩阻系数与常用输气公式,（1）威莫斯公式,1912年由威莫斯从生产实践中归纳出；适用于管径小、输量小、天然气净化程度低、管内壁表面不光滑的矿区集气管道；管壁绝对当量粗糙度选为0.0508mm，为常数；D的单位为m。计算干线输气管比实际输气量小10,阻力平方区,3.6 水力摩阻系数与常用输气公式,（2）潘汉德尔A公式,管径从168.3mm-610mm，雷诺数范围为5106-14106的天然气管道。,阻力平方区,（3）潘汉德尔B
5、公式,3.6 水力摩阻系数与常用输气公式,五、常用输气管道计算公式,威莫斯公式：,3.6 水力摩阻系数与常用输气公式,五、常用输气管道计算公式,潘汉德尔A公式：,3.6 水力摩阻系数与常用输气公式,五、常用输气管道计算公式,潘汉德尔B公式：,3.6 水力摩阻系数与常用输气公式,五、常用输气管道计算公式,E：输气管道效率系数=实际流量/设计流量 =设计摩阻系数/实测摩阻系数,当天然气中含有水分、特别是含有硫化氢时（造成内腐蚀），管壁绝对当量粗糙度将逐渐增加，使水力摩阻系数增大，输量减小。,输气管道沿线低洼处，凝析液和水分容易积聚，使管道水力摩阻增加。,如果有水合物生成，也会导致水力摩阻增大，输气
6、量下降。,输气效率随使用时间降低，可达15%以上。需要定期测定。,用输气效率系数表示输气管道的状况，管路的脏度。 E值越小，说明管路内部沉积物越多，输量越小，我国：0.8-0.9（管径300-800mm）；0.91-0.94（800mm）。美国一般取0.9-0.96,3.7 输气管道压力分布与平均压力,一、沿线压力分布,AB段流量：,BC段流量：,质量流量相同，同为标况，所以：,3.7 输气管道压力分布与平均压力,一、沿线压力分布,3.7 输气管道压力分布与平均压力,一、沿线压力分布,压力 Px与 x 的关系为一抛物线靠近起点压降较慢，距起点越远，压降越快，坡降越陡。前四分之三管段，压力损失约
7、一半；另一半消耗在后四分之一管段上。压力下降，流速加快，摩阻损失增加。高压输气节能，经济性好，终点压力过低经济性较差。前苏联起点压力5.5-7.5MPa，终点压力2.5-4MPa。,判断管段内部状态，确定局部堵塞、漏气点等。,3.7 输气管道压力分布与平均压力,一、沿线压力分布,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,输气管停止供气时，管内压力并不象输油管那样立刻消失。高压端的气体逐渐流向低压端，起点压力下降，终点压力逐渐上升，最后全线达到某一压力值。输气管出现压力平衡现象。根据管内平衡前后质量守恒可求得平均压力。,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,3.7 输气管道压
8、力分布与平均压力,二、平均压力,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,（1）求输气管道的储气能力,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,（2）计算天然气压缩系数,对于干燥天然气,对于脱去轻油的伴生气,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,（3）计算等强度管壁厚,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,压力高于平均压力的管段，可以采用等强度管；压力低于平均压力的管段，应按平均压力设计管段；管子最小壁厚承压能力不能小于平均压力。,3.7 输气管道压力分布
9、与平均压力,二、平均压力,（3）计算等强度管壁厚,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,（3）计算等强度管壁厚,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,（3）计算等强度管壁厚,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,（3）计算等强度管壁厚,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,3.7 输气管道压力分布与平均压力,二、平均压力,3.8 主要工艺参数的特点,增大一倍直径，增大6.1倍流量,3.8 主要工艺参数的特点,一、直径D对流量Q的影响,3.8 主要工艺参数的特点,一、直径D对流量Q的影响,3.8 主
10、要工艺参数的特点,二、长度L对流量Q的影响,增加一座输气站，管长减小一半，流量增大41%,3.8 主要工艺参数的特点,二、温度T对流量Q的影响,冷却气体可以增大输量,3.8 主要工艺参数的特点,二、温度T对流量Q的影响,3.8 主要工艺参数的特点,三、起终点压力对流量Q的影响,提高起终点压力差可以提高输量,3.8 主要工艺参数的特点,三、起终点压力对流量Q的影响,提高起点压力,相减,降低终点压力,提高起点压力比减小终点压力对提高输量的作用更明显,3.8 主要工艺参数的特点,三、起终点压力对流量Q的影响,提高起点压力,3.8 主要工艺参数的特点,三、起终点压力对流量Q的影响,同时提高起、终点压力
11、，也能增大输气量,3.8 主要工艺参数的特点,三、起终点压力对流量Q的影响,高压输气比低压输气有利，因为高压下，气体密度大，流速低，摩阻损失小。,3.8 主要工艺参数的特点,三、起终点压力对流量Q的影响,3.9 复杂输气管道的计算,直径不变流量一致的简单管,简单管并联,变径管,单根管带副管,多根管带副管,1、简单管：直径不变、流量一致的单一管道。2、复杂管：除简单管外的其它管道或管道系统。 一切复杂管都可用简单管公式或将其化为简单管来求解。采用当量管法（转化为流量相等的简单管）或流量系数法。3、流量系数法 假定任何等流量复杂管（包括简单管）的流量都可以由某一标准简单管的流量乘以该管的流量系数求
12、得，而复杂管的流量系数又可由多个简单管的流量系数组合而成。,3.9 复杂输气管道的计算,一、概念,3.9 复杂输气管道的计算,一、概念,3.9 复杂输气管道的计算,二、简单管的流量系数,D1, Q1 , L,D2, Q3 , L,3.9 复杂输气管道的计算,三、平行（并联）输气管道,3.9 复杂输气管道的计算,三、平行（并联）输气管道,例：采用多大直径的一条管路可以代替原计划中的两条直径为1020的平行输气管道？,D1, Q1,D2, Q2,3.9 复杂输气管道的计算,三、不同直径单线（串联）输气管道,3.9 复杂输气管道的计算,三、不同直径单线（串联）输气管道,例：有一输气管道长L，直径D1
13、，流量Q1，为使该输气管道的流量变为Q2，需要把多长的管段改为直径为D2的变径管？,3.9 复杂输气管道的计算,四、既串联又并联的复杂输气管道,第i段m条管段并联的流量系数：,所有管段串联的流量系数：,3.9 复杂输气管道的计算,五、有副管的单线输气管道,3.9 复杂输气管道的计算,五、有副管的单线输气管道,3.9 复杂输气管道的计算,六、有副管的多条输气管道,有副管:,无副管:,3.9 复杂输气管道的计算,六、有副管的多条输气管道,管线数目n越大，副管效果越小，流量增加越小,3.9 复杂输气管道的计算,六、有副管的多条输气管道,例：对于n条平行管线，副管是与一条平行管线相连接效果好，还是与n条平行管线都连接效果好？,D1,D2,D3,A:,B:,A:,B:,副管同时与所有管线相连时，系统将发生流量的重新分配，比与单条管线相连流量大,3.9 复杂输气管道的计算,七、跨接管和连通管,跨接管,连通管,连通管：把副管与管路系统中某一条输气管线连接起来的短管称为连通管。跨接管：平行管线之间的连通管。作用：提高运行可靠性。跨接管长度可略去不计。系统跨接后，输送能力可提高4，但平行管越多，跨接效果越不明显。如果平行管的管径一致，既无副管，又无变径管。各管的压力平方分布一样，即使跨接或连通，也不会提高输送能力，但有利于检修。,
