输气管道的水力计算.ppt

1、输气管道的水力计算,第4章 输气管道的水力计算,稳定流动气体管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力 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。,稳定流动气体管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力 天然气的净化,第4章 输气管道的水力计算,水平输气管道的流量基本公式,上述公式中常数的

2、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:,，,稳定流动气体管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力 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

3、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,稳定流动气体管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均

4、压力 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

5、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

6、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,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

7、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

8、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,稳定流动气体管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力 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

9、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，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

10、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。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,稳定流动气体管流的基本方程 水平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 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量

11、的影响 输气管的压力分布和平均压力 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