1、 輸氣管道的水力計(jì)算第4章 輸氣管道的水力計(jì)算q 穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程 消耗于摩阻的壓降，氣體上升克服高差的壓降和流速增大引起的壓降。2222dwgdswDdxpdq 穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的

2、水力計(jì)算水平輸氣管道的流量基本公式上述公式中常數(shù)的數(shù)值隨各參數(shù)所用的單位而定。如果公式中所有的參數(shù)均采用法定單位:TLZDppCQZQ*5220)(KT2930aPP1013250KsmRa21 .287121250.03848. 01 .2871001325. 12934kgKsmC,，0004pTRCaq 穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的水力計(jì)算地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式,，TLZDppCQZQ

3、*5220)()(21 )1 (11*5220iZiiiZZQlssLaTLZDasppCQ 是輸氣管終點(diǎn)與起點(diǎn)高差對(duì)輸氣管輸送能力的影響.終點(diǎn)比起點(diǎn)位置越高(相對(duì)高程越大),則輸氣能力越低,反之亦然。 Zas地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式 考慮線路中間各點(diǎn)相對(duì)高程對(duì)輸氣能力的影響,也就是線路縱斷面特征對(duì)輸氣能力的影響。因?yàn)槟耸蔷€路縱斷面線與從起點(diǎn)開始所畫的水平線之間所包含面積的代數(shù)和。iZiiilssLa11)(2FlssiZiii11)(21地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式 縱斷面線高于水平線的地方，面積取正值，低于水平線的面積取負(fù)值。由公式可以看

4、出，當(dāng)其它條件相同時(shí)，面積的代數(shù)和F比較小的輸氣管，有較大的輸氣能力。輸氣管1-2-3-4的輸氣能力小于長(zhǎng)度一樣、管徑一樣的輸氣管15，這不僅是由于s4s5，而且是由于F1-5=0，而 F1-2-3-40的緣故。地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的水力計(jì)算摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式輸氣管道的摩阻系數(shù)輸氣管道的摩阻系數(shù) 氣體管流的摩阻系數(shù)在本質(zhì)上與液體沒有區(qū)別。它的值與流

5、動(dòng)狀態(tài)、管內(nèi)壁的粗糙度、連接方法、安裝質(zhì)量及氣體的性質(zhì)有關(guān)。摩阻系數(shù) 是雷諾數(shù)與管壁粗糙度的函數(shù)DKRee,eR)(DKe1、雷諾數(shù)Re計(jì)算及流態(tài)的劃分DvQvDFQvwDRe40*, uvDuQRe0*43/206. 10mkgDuQRe*536. 1摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式1、雷諾數(shù)Re計(jì)算及流態(tài)的劃分5.12781)2/(11)2/(7 .59DKRDKReeee摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式層流： Re 2000過渡區(qū)：2000 Re 4000紊流區(qū) 水力光滑區(qū)：4000Re Re1 混合摩擦區(qū): Re1 Re Re2 水力粗糙區(qū)： Re Re2 (阻力平方區(qū)）摩擦阻力系數(shù)與常用

6、管道流量公式一般干線輸氣管線都在水力粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)），不滿負(fù)荷時(shí)在混合摩擦區(qū)。城市及居民區(qū)的配氣管道多在水力光滑區(qū)。摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式2、管壁粗糙度輸氣管的管壁粗糙度一般比輸油管小。對(duì)于新管，美國(guó)一般取當(dāng)量粗糙度0.02mm，前蘇聯(lián)平均取0.03mm，我國(guó)通常取0.05mm 。美國(guó)氣體協(xié)會(huì)測(cè)定了輸氣管在各種狀況下的絕對(duì)粗糙度，其平均值如下:摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式表面狀態(tài) 絕對(duì)粗糙度,mm新鋼管 0.0130.019室外暴露6個(gè)月 0.0250.032 12個(gè)月 0.038清管器清掃 0.0080.013噴砂 0.0050.008內(nèi)壁涂層 0.0050.008摩擦阻力系數(shù)

7、與常用管道流量公式 管道的當(dāng)量粗糙度考慮了管道形狀損失的影響，一般比絕對(duì)粗糙度大211 。 從上面的數(shù)據(jù)可以看出，輸氣管加上了內(nèi)壁涂層，不但減少了內(nèi)腐蝕，更主要的是使粗糙度下降了很多，在同樣的條件下使輸氣管輸氣量增加58，有的甚至達(dá)10。內(nèi)壁涂層的費(fèi)用一般只占鋼管費(fèi)用的23 ，只要輸氣量能提高1，就能很快地收回其投資。摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 3、摩阻系數(shù)的計(jì)算公式層流區(qū)：臨界區(qū)：eR6430025. 0eR摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式紊流區(qū)：柯列勃洛克公式阿里特蘇里公式前蘇聯(lián)近年使用的公式)51. 27 . 3(21eeRDKIg25.0)68(11. 0eeRDK2.0)1582(

8、067. 0eeRDK摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 4、輸氣干線常用的阻力系數(shù) 由于輸氣管幾乎都在阻力平方區(qū)。各國(guó)提出了一些干線輸氣管摩阻系數(shù)的專用公式： 威莫斯（Weymouth）公式： 潘漢德爾公式（A）： (水力光滑區(qū)） 潘漢德爾公式（B）: (水力粗糙區(qū)）3009407. 0D1461. 0207305. 00847. 0)872. 6(4eeRR0392. 0201961. 00147. 0)49.16(4eeRR摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 前蘇聯(lián)近年來使用的公式： 2 . 0009588. 0D摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 常用的輸氣管流量公式常用的輸氣管流量公式 威莫斯公

9、式： 潘漢德爾B式： 前蘇聯(lián)近期公式：5 . 0*2283)(TLZppDCQZQw51.0961. 0*2253.2)(TLZppEDCQZQp5.0*226.2)(TLZppEDaCQZQs摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式 上述公式中Cw、Cp、Cs，的值，隨公式中各參數(shù)的單位不同而異 ； 為修正系數(shù)，當(dāng)流態(tài)處于阻力平方區(qū)時(shí)， 1，如偏離阻力平方區(qū)，可依下式計(jì)算: 為管道接口的墊環(huán)修正系數(shù)。無墊環(huán)， 1；墊環(huán)間距12m， 0.975；墊環(huán)間距6m， 0.95。1 . 02)92. 21 (QD摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式E為輸氣管輸氣效率系數(shù)。E表示輸氣管輸氣能力的變化：設(shè)計(jì)時(shí)在計(jì)算公式中

10、加上E值，是為了保證輸氣管投產(chǎn)一段時(shí)間后，仍然達(dá)到設(shè)計(jì)能力。設(shè)計(jì)時(shí)，美國(guó)一般取E=0.90.95。 sLLsQQE摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的水力計(jì)算輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響 直徑對(duì)流量的影響5.22121)(DDQQ5.0*512201)(TLZDppCQZQ5.0*522202)(TLZDppCQZQ若直徑增加一倍， 則流量是原來的5.66倍。由此可見，加大直徑是

11、增加輸氣管流量的好辦法。也是輸氣管向大口徑發(fā)展的主要原因。115 . 2266. 52QQQ122DD 輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響 長(zhǎng)度對(duì)流量的影響即輸氣量與長(zhǎng)度的0.5次方成反比，即輸氣量與長(zhǎng)度的0.5次方成反比。若站間距縮小一半，例如在兩個(gè)壓氣站之間增設(shè)一個(gè)壓氣站, ，則流量 即倍增壓氣站，輸氣量只能增加41 。5.01221)(LLQQ1221LL 11241. 12QQQ輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響 輸氣溫度對(duì)流量的影響流量與輸氣的絕對(duì)溫度的0.5次方成反比。輸氣溫度越低，輸氣能力越大。目前，國(guó)外已提出在70左右輸氣的設(shè)想，認(rèn)為在解決低溫管材的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)上是可行的。從50降低至70，流

12、量增加59 。5.01221)(TTQQ115 . 0259. 1)7027350273(QQQ輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響 起、終點(diǎn)壓力對(duì)流量的影響 輸氣量與起、始?jí)毫Φ钠椒讲畹?.5次方成正比,改變起、終點(diǎn)壓力都能影響流量，但效果是不同的。 起點(diǎn)壓力增加，壓力平方差為 終點(diǎn)壓力減少，壓力平方差為222222ZPPQQZPQPPPPP222222ZPPZQPZQPPPPP輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響 兩式右端相減，得：上式說明，改變相同的 時(shí)，提高起點(diǎn)壓力對(duì)流量增大的影響大于降低終點(diǎn)壓力的影響。提高起點(diǎn)壓力比降低終點(diǎn)有利。 0222PZQpPP輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響P壓力平方差還可寫為：該式

13、說明，如果壓力差不變，同時(shí)提高起、終壓力，也能增大輸氣量，此處更進(jìn)一步說明高壓輸氣比低壓輸氣有利。因?yàn)楦邏合?，氣體的密度大，流速低，摩阻損失就小。 PPPPPPPPPZQZQZQZQ22輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響q 穩(wěn)定流動(dòng)氣體管流的基本方程q 水平輸氣管道的流量基本公式q 地形起伏地區(qū)輸氣管道的流量基本公式q 摩擦阻力系數(shù)與常用管道流量公式q 輸氣管基本參數(shù)對(duì)流量的影響q 輸氣管的壓力分布和平均壓力q 天然氣的凈化第4章 輸氣管道的水力計(jì)算輸氣管的壓力分布和平均壓力 1、沿線壓力分布： 上二式說明輸氣管道的壓力平方 和 的關(guān)系為一直線，壓力 與 的關(guān)系為一拋物線。2xpxxPxxLppppZQQx2222LxppppZQQx)(222 輸氣管的壓力分布和平均壓力 從上圖可以看出，靠近起點(diǎn)壓力降落比較慢，距起點(diǎn)越遠(yuǎn)，壓力降落越快，坡度越陡。在前3/4的管段上，壓力損失約占一半，另一半消耗在后面的1/4管段上，因?yàn)殡S著壓力下降，流速增大，單位長(zhǎng)度的摩阻損失也增加。這也說明高壓輸氣節(jié)省能量，經(jīng)濟(jì)性好。輸氣管的壓力分布和平均壓力 2、平均壓力 輸氣管停止輸氣時(shí)，管內(nèi)壓力并不象輸油管那樣立刻消失。而是高壓段的氣體逐漸流向低壓端，起點(diǎn)壓力逐漸下降，終點(diǎn)壓力逐漸上升，最后全線達(dá)到某一壓力值，即平均壓力。這就是輸氣管的壓力平衡現(xiàn)象。根據(jù)管內(nèi)平衡前后質(zhì)量守恒可得平