第三章管道水力计算.ppt

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 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 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 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5 106 14 106的天然气管道 阻力平方区 3 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 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 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 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