流體力學家庭燃氣管道內(nèi)的損失計算

1、小組成員：小組成員： 劉錫晨劉錫晨 高攀高攀 李建昌李建昌 齊松博齊松博 許帥鵬許帥鵬v天然氣化工的發(fā)展史v以天然氣為能源的的優(yōu)點v家庭燃氣管道v燃氣管道內(nèi)產(chǎn)生損失的原因v減少能量損失的方法目錄中國是最早發(fā)現(xiàn)和開采利用天然氣的國家。西周(約公元前11世紀前771年)時期的周易中就有“澤中有火”的記載。西漢（公元前 206公元25）時中國已出現(xiàn)了天然氣井，據(jù)漢書郊祀志記載：“祠天封苑火井于鴻門?！睂μ烊粴獾拈_采和利用有較詳細的描述則始于西晉張華(232300)著博物志，其中記載：“臨邛火井一所,深二三丈。井在縣南百里,昔時人以竹木投以取火。盆蓋井上,煮鹽(鹵)得鹽?！彼煤?，天然氣的開采和利用不斷

2、發(fā)展，到清代已出現(xiàn)深達1000m的燊海井,1835年完鉆。世界天然氣化工的發(fā)展過程可大致分為三個階段：20世紀20年代至第二次世界大戰(zhàn)，為科學研究和技術(shù)開發(fā)階段；戰(zhàn)后至60年代中期，研究開發(fā)活躍及大規(guī)模工業(yè)發(fā)展的興盛時期；60年代后期起發(fā)展有所停滯，但一些主要產(chǎn)品仍繼續(xù)保持增長。 技術(shù)開發(fā)階段 19世紀末，美國開始利用天然氣制造槽法炭黑。20世紀20年代，美國和德國的天然氣化工研究工作開始興起。美國聯(lián)合碳化物公司研究開發(fā)了從天然氣分離乙烷、丙烷、丁烷技術(shù)，裂解乙烷、丙烷制取乙烯進一步制取乙烯衍生物的新工藝，丙烷、丁烷部分氧化制取甲醛、醋酸等也實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。美國食品機械和化學公司發(fā)明了甲烷氣

3、相硫化制二硫化碳新工藝，比古老的木炭法顯著優(yōu)越。在德國，赫斯特公司研究成功天然氣熱氯化制二氯甲烷，第一個工廠于1941年在美國投產(chǎn)，此后發(fā)展成為生產(chǎn)甲烷氯化物的主要路線。法本公司的L.安德羅索夫于1930年在洛伊納化工廠完成天然氣中甲烷氨化氧化法中間試驗，成為合成氫氰酸經(jīng)濟有效的方法。法本公司先于意大利、美國研究成功天然氣制乙炔新工藝，由赫斯化工廠于1942年在馬爾建立第一座電弧法乙炔工廠,用以生產(chǎn)合成橡膠。此外,1931年美國殼牌公司首先應用天然氣部分氧化法改造合成氨工廠，為合成氨工業(yè)從傳統(tǒng)的煤、焦原料轉(zhuǎn)向天然氣走出了第一步；1940年聯(lián)合碳化物公司建成以天然氣為原料的合成甲醇廠，開創(chuàng)了制取

4、廉價甲醇的生產(chǎn)路線。至40年代初期，天然氣化工已呈現(xiàn)出一定的輪廓。 工業(yè)發(fā)展興盛時期 第二次世界大戰(zhàn)后，美國以其豐富的天然氣資源及戰(zhàn)勝國的優(yōu)勢，在原有的工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，領(lǐng)先發(fā)展天然氣化學工業(yè)。西歐各國及羅馬尼亞、蘇聯(lián)等也相繼積極進行天然氣化工技術(shù)的研究和開發(fā)。1953年，孟山都公司采用巴登苯胺純堿公司的薩克斯技術(shù)，建立第一個天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔的工廠。天然氣制乙炔工藝比傳統(tǒng)的電石法能耗低、費用省、大大促進了乙炔化工的發(fā)展。到1963年末，美國天然氣制乙炔的年產(chǎn)能力達到270kt,占世界烴類制乙炔總能力的37以上；乙炔加工產(chǎn)品有聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙醛、醋酸、氯丁橡膠、異戊橡膠等。

5、天然氣制乙炔，加上經(jīng)濟效益顯著的天然氣制合成氨、甲醇，天然氣中乙烷、丙烷、丁烷制乙烯、丙烯，天然氣制氯甲烷、氫氰酸等一系列天然氣化工技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，形成5060年代天然氣化工的全盛時期，也構(gòu)成了早期石油化工的重要內(nèi)容。 調(diào)整階段 60年代起一系列石油化工新工藝問世，至60年代后期，其經(jīng)濟上的優(yōu)勢使一部分天然氣化工生產(chǎn)方法逐漸失去競爭力；天然氣制乙炔年產(chǎn)量逐年下降；天然氣制氫氰酸，由于丙烯氨化氧化法制取丙烯腈同時副產(chǎn)大量氫氰酸新工藝問世，而被逐步替代。 70年代以后，由于石油價格大幅度波動，天然氣作為相對較廉價的烴原料，在制取氨、甲醇、乙烯和丙烯等大宗產(chǎn)品以及生產(chǎn)二氯甲烷、二硫化碳等產(chǎn)

6、品方面仍一直保持發(fā)展優(yōu)勢。甲烷液化、回收氦工業(yè)也有較大發(fā)展。 天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃國家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)天然氣發(fā)展 “十二五”規(guī)劃的通知:國務院有關(guān)部門、直屬機構(gòu)，各省、自治區(qū)、直轄市及計劃單列市發(fā)展改革委、能源局，有關(guān)企業(yè)：為擴大天然氣利用規(guī)模，促進天然氣產(chǎn)業(yè)有序、健康發(fā)展，我委會同有關(guān)部門研究制訂了天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃（以下簡稱規(guī)劃）。經(jīng)報請國務院同意，現(xiàn)將規(guī)劃印發(fā)你們。請按照執(zhí)行。 國家發(fā)展改革委 2012年10月22日改善能源結(jié)構(gòu)天然氣有大作為 近年來，全球天然氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，有專家預測，到2020年天然氣將取代煤炭成為全球第二大消費能源。我國天然氣產(chǎn)業(yè)能否借機發(fā)展，成為煤炭替

7、代品，從而解決污染、霧霾等問題呢? 在西北地區(qū)，2006年7月，中哈管道全線貫通，2009年12月14日，中亞天然氣管道工程投產(chǎn);在東北地區(qū)，2010年末，中俄原油管道按計劃投產(chǎn)，漠大線開始試運營;在海上，原油碼頭和液化天然氣項目進展順利。2010年9月，中國石油(7.87, 0.03, 0.38%)首個LNG(液化天然氣)碼頭在大連竣工。至此，我國東北、西北、西南和海上四大油氣通道戰(zhàn)略布局已初步完成。我國天然氣管道已建成縱貫南北、橫貫東北和聯(lián)通海外的全國性供氣網(wǎng)絡，形成“西氣東輸、緬氣北上、海氣登陸、就近外供”的供氣格局。 截至目前，我國已建成天然氣管道6萬公里，僅以西氣東輸、陜京、川氣東送

8、、澀寧蘭四大天然氣管道系統(tǒng)為例，每年能輸送1000億立方米天然氣，可替代煤炭2.6億噸，減少二氧化硫等排放4.7億噸，減少灰渣6565萬噸。從供應角度上講，天然氣取代煤炭地位已有一定可能。天然氣優(yōu)點之一安全 天然氣的氣體密度是空氣密度的二分之一，比空氣輕，極易揮發(fā)，不易爆炸，天然氣中所含的甲烷、乙烷、丙烷等本身是無毒性的。 管道氣與瓶裝氣在使用上相比較，其安全性高于瓶裝氣。原因在于管道氣所采用的是氣化站集中儲存、集中供氣的管理方式，避免了瓶裝氣由于家庭發(fā)散儲存，自備自用而造成安全管理上的隱患；管道氣的戶內(nèi)壓力僅相當于自來水壓力的1/130，是瓶裝氣壓力的1/170，燃氣管道自身的儲氣量非常小，

9、以每戶12米的戶內(nèi)管道長計算，大約是瓶裝氣的1/3000，萬一有泄漏或因其他原因引起火災等事故時，只需將戶內(nèi)總閥或單元立管閥門關(guān)閉，即可切斷氣源，排除險情。而瓶裝的石油液化氣在遇到同樣情況時，則很難采取有效措施關(guān)閉或移走石油液化氣鋼瓶，極易造成爆炸。 天然氣優(yōu)點之二經(jīng)濟 經(jīng)濟實惠是天然氣的優(yōu)勢之一，也是管道天然氣得以在全國范圍迅速普及的原因之一，使用管道天然氣在目前與其他燃料市場價格比較：在同等使用量（熱值）的條件下比較使用瓶裝液化石油氣每月節(jié)約費用至少為25%35%左右，不僅會省去購買鋼瓶和鋼瓶定期檢驗費用支出，更會省去日常生活中搬運、更換液化氣所帶來的費用和煩惱。使用天然氣的費用比用電的費

10、用節(jié)約35%以上，使用天然氣的比用柴油、重油的費用節(jié)約25%35%左右。 天然氣優(yōu)點之三環(huán)保 天然氣的98%成分是甲烷，甲烷是由一個碳原子與四個氫原子所組成的簡單分（CH4）。在燃燒時天然氣只產(chǎn)生少量二氧化碳與水蒸氣（CH4+2O2CO2+2H2O）無殘液、無污染、無硫化物產(chǎn)生、推廣和普及天然氣能改善城市環(huán)境，美化我們的家園。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、清潔性、高效的綠色能源，是國家能源政策推廣和普及的能源。 天然氣優(yōu)點之四方便 天然氣通過天然氣管道直接進入城市的千家萬戶，管道輸送源源不絕，沒有斷氣和更換鋼瓶的煩惱，亦不需要在現(xiàn)場儲存或添加，由于其方便性被群眾稱為“自來氣”。對于工業(yè)用戶而言，天然氣設

11、備比燃燒煤及其它礦物燃料的設備簡單、容易操作及方便保養(yǎng)，而且燃燒后須處理固體廢料或灰燼。 沿程損失局部損失當燃氣通過三通、彎頭、閥門、變徑管等管道附件時，由于幾何邊界的急劇改變，燃氣流線發(fā)生變化，產(chǎn)生額外的壓力損失，稱為局部阻力損失。hj=v2/(2g)有一家庭燃氣管道，有一球閥，共有5處彎管，管道長度l=6m，直徑為d=20mm，管內(nèi)燃氣流量為Qv=3m3每小時，燃氣的運動粘度為=10.31*10-6m2/s.流速V=4qv/(d2)=2.655m/s雷諾數(shù)Re=Vd/=51492000 為紊流根據(jù)勃拉休斯經(jīng)驗公式得 =0.3164/Re0.25=0.037沿程損失=3.99m局部損失 90

12、度彎管 取R=10cm d/R=0.2 1=0.132 hj1=1v2/(2g)=0.0474m 2.閥門（球閥）開度90% 2=4.0 hj2=2v2/(2g)=1.44m 總損失hw=hf+hj總=5.67m誤差分析1.速度是平均速度2.數(shù)據(jù)的誤差3.閥門的規(guī)格不清楚4.燃氣灶的損失沒有計算在各種管道的設計中，應盡量減小局部損失。為了減小局部損失，應盡量避免流通截面積發(fā)生突然的變化，在截面積有較大變化的地方常采用錐形過渡，在要求比較高的管道中應采用光滑的流線型壁面。以下舉幾個例子來說明減小局部損失的方法。彎曲管道彎曲管道 由彎管的局部損失計算公式可知，彎管的局部損失取決于管道的直徑、曲率半

13、徑和管道的彎曲角。因此在設計管道時，為了減小局部損失，應盡量避免采用彎轉(zhuǎn)角過大的死彎。對于直徑較小的熱力設備管道，通常采用R/d3.5 。對于直徑較大的排煙風道來說，橫向的二次流動比較突出。為了減小二次流動損失，一方面可以適當?shù)募哟蠊艿赖那拾霃?，以減小流體轉(zhuǎn)彎時的離心力，另一方面通常在彎管內(nèi)安裝導流葉片。這樣既可減小彎道兩側(cè)的壓強差，又可以減小二次流影響的范圍。根據(jù)實驗，在沒有安裝導流葉片的情況下，直角彎管的=1.1 ；安裝簿板彎成的導流葉片后， =0.4 ；當導流葉片呈流線月牙形時=0.25 ?？梢姰敯惭b導流葉片后，并適當選擇導流葉片的形狀，對減小局部損失有明顯的效果。流通截面的變化流通截面的變化 將突然擴張的管道改為漸擴管，由于渦流區(qū)的大小和渦流強度的減小，其局部損失有很大的改善。但是當擴張（或收縮）的面積比一定時，漸變管的長度相應地加長，使得沿程損失有所增加，所以設計時應取最佳值。管長的增加會增加管道設計的成本或帶來制造上的困難。有些情況下，還要受到幾何空間的限制，因此在管道設計中，應根據(jù)具體問題、具體情況全面折衷考慮。 在設計漸擴