第五章 輸氣管道水力計(jì)算

1、2022-5-13第五章第五章輸氣管道的水力計(jì)算輸氣管道的水力計(jì)算2 天然氣由氣田或氣體處理廠進(jìn)入輸氣干管，其天然氣由氣田或氣體處理廠進(jìn)入輸氣干管，其流量和壓力是穩(wěn)定的，在有壓氣站的長(zhǎng)輸管道兩站流量和壓力是穩(wěn)定的，在有壓氣站的長(zhǎng)輸管道兩站間的管段，起點(diǎn)與終點(diǎn)的流量相同，壓力也是穩(wěn)定間的管段，起點(diǎn)與終點(diǎn)的流量相同，壓力也是穩(wěn)定的，屬于定常流動(dòng)。的，屬于定常流動(dòng)。 長(zhǎng)輸管道的末段，有時(shí)由于城鎮(zhèn)用氣量的不均長(zhǎng)輸管道的末段，有時(shí)由于城鎮(zhèn)用氣量的不均衡，要承擔(dān)城鎮(zhèn)日用氣量的調(diào)峰任務(wù)。即長(zhǎng)輸管道衡，要承擔(dān)城鎮(zhèn)日用氣量的調(diào)峰任務(wù)。即長(zhǎng)輸管道末段在既輸氣又儲(chǔ)氣、供氣的條件下，它的起點(diǎn)和末段在既輸氣又儲(chǔ)氣、供氣

2、的條件下，它的起點(diǎn)和終點(diǎn)壓力，以及終點(diǎn)流量二十四小時(shí)都是不同的，終點(diǎn)壓力，以及終點(diǎn)流量二十四小時(shí)都是不同的，屬于非定常流動(dòng)。屬于非定常流動(dòng)。3第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式 等溫流動(dòng)是認(rèn)為溫度等溫流動(dòng)是認(rèn)為溫度T T已知，實(shí)際上是采用某已知，實(shí)際上是采用某個(gè)平均溫度，如兩個(gè)壓氣站間氣體的平均溫度，這個(gè)平均溫度，如兩個(gè)壓氣站間氣體的平均溫度，這樣在方程組中就去掉了能量方程，使問(wèn)題簡(jiǎn)化。樣在方程組中就去掉了能量方程，使問(wèn)題簡(jiǎn)化。 定常流動(dòng)則連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程中當(dāng)?shù)叵禂?shù)定常流動(dòng)則連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程中當(dāng)?shù)叵禂?shù)項(xiàng)為零。項(xiàng)為零。0AVxAtxVVtVDVgdxdp2sin2

3、連續(xù)性方程連續(xù)性方程運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程4xVVDVgdxdP2sin2兩邊同乘兩邊同乘dxdx，并用，并用22dV代替代替 VdV，dzdz代替代替sindxsindx2222dVgdzVDdxdp2222dVgdzVDdxdp 定常流動(dòng)管道壓降由三部分組成：消耗于摩擦阻定常流動(dòng)管道壓降由三部分組成：消耗于摩擦阻力的壓降，氣體上升克服高差的壓降和流速增大引起力的壓降，氣體上升克服高差的壓降和流速增大引起的壓降。的壓降。0tA0tV整理后得整理后得第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式5所謂所謂平坦地區(qū)平坦地區(qū)輸氣管道，是指高差等于零的管道以及雖然高差不輸氣管道，是指高差等于零

4、的管道以及雖然高差不等于零，但這高差不足以影響計(jì)算的準(zhǔn)確性的輸氣管道，一般當(dāng)?shù)扔诹悖@高差不足以影響計(jì)算的準(zhǔn)確性的輸氣管道，一般當(dāng)沿線地形高差在沿線地形高差在200200米以下米以下時(shí)，可以認(rèn)為是平坦地區(qū)輸氣管道。時(shí)，可以認(rèn)為是平坦地區(qū)輸氣管道。2222dVVDdxdP一、平坦地區(qū)輸氣管道的基本公式第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式由穩(wěn)定流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程：由穩(wěn)定流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程：2222dVgdzVDdxdp6ZRTppAZRTqAqVmm)2(222pdpDdxAZRTqpdpm)ln2(2222ZQmZQppDLAZRTqpp2222dVVDdxdppdpDdxpAZ

5、RTqZRTpdpm2)(21222第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式由氣體狀態(tài)方程和連續(xù)性方程有：由氣體狀態(tài)方程和連續(xù)性方程有：帶入公式帶入公式經(jīng)整理得：經(jīng)整理得：設(shè)管道長(zhǎng)度設(shè)管道長(zhǎng)度L L，起點(diǎn)壓力和終點(diǎn)壓力為起點(diǎn)壓力和終點(diǎn)壓力為p pQ Q、p pZ Z，積分得：積分得：7)ln2()(4)ln2()(422222ZQZQZQZQmppDLZRTDppppDLZRTAppqZRTLDppqZQm522)(4第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式由此得到輸氣管道質(zhì)量流量計(jì)算公式。由此得到輸氣管道質(zhì)量流量計(jì)算公式。對(duì)于長(zhǎng)距離輸氣管道，對(duì)于長(zhǎng)距離輸氣

6、管道，ZQppln2DL與與（如入（如入0.0110.011，L L100000m,D=0.7m,p100000m,D=0.7m,pQ Q=8Mpa=8Mpa，P Pz z=6MPa,=6MPa,則壓力比項(xiàng)則壓力比項(xiàng)0.580.58，另一項(xiàng)，另一項(xiàng)15711571）；距離短，壓力大的管道則必須考慮。）；距離短，壓力大的管道則必須考慮。 相比很小，可以略去相比很小，可以略去80mqQ 0000RTZp000RTp 工程上習(xí)慣于運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量作為計(jì)量工程上習(xí)慣于運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量作為計(jì)量單位，因此把質(zhì)量流量換算成體積流量。單位，因此把質(zhì)量流量換算成體積流量。標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

7、Z Z0 0=1=1，所以所以由氣體狀態(tài)方程由氣體狀態(tài)方程910aaRR000TRpaTLZDPPPRTQZQa52200)(40004PRTCaTLZDPPCQZQ5220)(第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式為了方便計(jì)算，把天然氣的氣體常數(shù)換算成空氣的氣為了方便計(jì)算，把天然氣的氣體常數(shù)換算成空氣的氣體常數(shù)體常數(shù)RaRa則得到體積流量計(jì)算公式：則得到體積流量計(jì)算公式：令令不同的量綱得到不同的0值，計(jì)算時(shí)應(yīng)特別注意。0 0.038410同一坡度輸氣管道同一坡度輸氣管道dxgVDdxdPsin22dxLSdSpZRTqDpAZRTqAqVmmm24dxLSgdxpZRTq

8、DDdppZRTm242162gdSVDdxdP22二、地形起伏地區(qū)輸氣管道的基本公式第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式終點(diǎn)與起點(diǎn)高差的影響終點(diǎn)與起點(diǎn)高差的影響如圖所示的坡度均勻向上的輸氣管道，對(duì)如圖所示的坡度均勻向上的輸氣管道，對(duì)dx微元段寫運(yùn)動(dòng)方程：微元段寫運(yùn)動(dòng)方程：由連續(xù)性方程有：將狀態(tài)方程和上述兩式代入，得11pZRTdxZRTpLSgpDZRTqdpm52221652162DZRTbZRTgadxpLSapbqdpm222dxLSabqpLpSadpm222第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式兩邊同時(shí)除令dxLSaLSabqppdpm22

9、212LSabqEm2dxLSaEppdpxPPxQ022LxSaEpEpxQ22ln令令)1(222SaeLbqePPLxSamLxSaQx整理化簡(jiǎn)后得：整理化簡(jiǎn)后得：13)1(222SaeLbqePPSamSaQZ)1(222SaeLbqPePSamZSaQ0S! 3)(! 2)(132SaSaSaeSaSae)21 ()1 (222SaLbqpSapmZQ)21 ()1 (4522SaZRTLDpSapqZQm)1(222SaeLbqePPSamSaZQ第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式當(dāng)當(dāng)x=L時(shí)：時(shí)：時(shí)即為水平輸氣管道的計(jì)算公式。時(shí)即為水平輸氣管道的計(jì)算公式。

10、將將按級(jí)數(shù)展開按級(jí)數(shù)展開取前面兩項(xiàng)（右邊取三項(xiàng)）代入公式得：取前面兩項(xiàng)（右邊取三項(xiàng)）代入公式得：或或14思路：將實(shí)際輸氣管道看成由不同終點(diǎn)與起點(diǎn)高差、坡度均思路：將實(shí)際輸氣管道看成由不同終點(diǎn)與起點(diǎn)高差、坡度均勻向上或向下的若干直線管段組成。勻向上或向下的若干直線管段組成。第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式沿線地形起伏的影響沿線地形起伏的影響15)1(222SaeLbqpepSamZSaQ)1(222SaeLbqeppSamSaZQ)1(11221211SaeLbqeppSamSaQ)1(222222122SaeLbqeppSamSa)1(332232233SaeLbqe

11、ppSaSam)1(2221ZSaZmSaZZSaeLbqeppZZ第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式由起點(diǎn)、終點(diǎn)高程差輸氣管道計(jì)算公式：由起點(diǎn)、終點(diǎn)高程差輸氣管道計(jì)算公式：對(duì)每一段都可以寫上述形式的方程：對(duì)每一段都可以寫上述形式的方程：或或 161Sae)(12SSae)(11QSSaSa)()()(211212QQSSaSSSSaSSa)()()(311223123QQSSaSSSSSSaSSSa)(11)(12)(21211QSSamSSaQSSaeLbqeppQQ)(12)()(22)(22)(211221SSaeeLbqepepQQQQSSaSSamSSaSS

12、a)(23)()(32)(21)(222332SSaeeLbqepepQQQQSSaSSamSSaSSa)(1)()(2)(2)(2111ZZSSaSSaZmSSaZSSaZSSaeeLbqepepQZQZQZQZ第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式對(duì)上述方程依次乘以對(duì)上述方程依次乘以1，并考慮到，并考慮到 ：，因此上述一系列公式變?yōu)椋阂虼松鲜鲆幌盗泄阶優(yōu)椋?17以上各式相加，并考慮到以上各式相加，并考慮到 SQ=0：)()()(1122112221121ZZaSaSZaSaSQaSaSmaSZQSSaeeLSSaeeLSSaeeLbqeppZZQZ! 3)(! 2)(

13、132aSaSaSeaSSaSSaaSeQZZaSZ1)(11)(21)(2)(1 2)(1)(11211211iiiiiiiiiiaSaSSSaSSaaSaSaSaSSSaeeiiniiiimZZZQZmzZQLSSLaLbqLSSLSSLSSaLLLbqaSpp11212121121222)(21)()()(2)()1 (第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式另外，由于另外，由于因此：因此：18公式分析：公式分析：1）對(duì)比平坦地區(qū)輸氣管道）對(duì)比平坦地區(qū)輸氣管道 由于密度的變化，克服上坡段的能量損失不能在下坡段由于密度的變化，克服上坡段的能量損失不能在下坡段氣體所獲得的位

14、能所補(bǔ)償。氣體所獲得的位能所補(bǔ)償。2）對(duì)比輸油管道的管路特性方程）對(duì)比輸油管道的管路特性方程 輸油管道只考慮起點(diǎn)終點(diǎn)高程差。輸油管道只考慮起點(diǎn)終點(diǎn)高程差。iiizZQmLSSLaZRTLDaSppq)(21)1 (41522iiizZQLSSLaTLZDaSppCQ)(21)1 (15220TLZDPPCQZQ522)(第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式將將b值代入，得到地形起伏地區(qū)的水力計(jì)算公式：值代入，得到地形起伏地區(qū)的水力計(jì)算公式：193）相同起點(diǎn)終點(diǎn)的輸氣管道，如果中間的地形起伏不同，）相同起點(diǎn)終點(diǎn)的輸氣管道，如果中間的地形起伏不同，輸氣能力也不相同。輸氣能力也

15、不相同。第一節(jié)第一節(jié) 輸氣管道流量的基本公式輸氣管道流量的基本公式iiizZQLSSLaTLZDaSppCQ)(21)1 (1522020第二節(jié)第二節(jié) 摩阻系數(shù)與常用輸氣管道流量摩阻系數(shù)與常用輸氣管道流量DQDqDQvDam444Re5 . 127/31211Re27 .59ReDkDk水力摩阻系數(shù)與常用計(jì)算公式水力摩阻系數(shù)與常用計(jì)算公式水力摩阻系數(shù)計(jì)算公式的選用決定著水力計(jì)算的準(zhǔn)確性，不同的水力摩阻系數(shù)計(jì)算公式的選用決定著水力計(jì)算的準(zhǔn)確性，不同的水力摩阻公式得到不同的輸氣管道實(shí)用計(jì)算公式。水力摩阻公式得到不同的輸氣管道實(shí)用計(jì)算公式。水力摩阻系數(shù)與氣體在管道中的流態(tài)和管道內(nèi)壁粗糙度有關(guān)。水力摩

16、阻系數(shù)與氣體在管道中的流態(tài)和管道內(nèi)壁粗糙度有關(guān)。1 1. .雷諾數(shù)雷諾數(shù) 2 2. .流態(tài)的判斷流態(tài)的判斷），粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)，混合摩擦區(qū)，水力光滑區(qū)紊流層流Re2ReRe2 Re Re1Re1Re30003000,Re2000,Re21管壁粗糙度管壁粗糙度 處于阻力平方區(qū)的天然氣管道，粗糙度是確定水力處于阻力平方區(qū)的天然氣管道，粗糙度是確定水力摩阻系數(shù)的決定因素，粗糙度取值的正確與否直接關(guān)系摩阻系數(shù)的決定因素，粗糙度取值的正確與否直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。輸氣管道設(shè)計(jì)時(shí)所采用的粗糙度到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。輸氣管道設(shè)計(jì)時(shí)所采用的粗糙度是指是指絕對(duì)當(dāng)量粗糙度絕對(duì)當(dāng)量粗糙度（或有效粗糙度），它包

17、括了管子（或有效粗糙度），它包括了管子表面粗糙度，焊縫，彎頭以及腐蝕等的綜合影響。因此表面粗糙度，焊縫，彎頭以及腐蝕等的綜合影響。因此絕對(duì)當(dāng)量粗糙度應(yīng)該是管線運(yùn)行時(shí)的平均粗糙度。一般絕對(duì)當(dāng)量粗糙度應(yīng)該是管線運(yùn)行時(shí)的平均粗糙度。一般比管壁粗糙度大比管壁粗糙度大2%2%11%11%。22 目前，在我國(guó)輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范中沒(méi)有對(duì)輸氣目前，在我國(guó)輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范中沒(méi)有對(duì)輸氣管道當(dāng)量粗糙度的取值做出規(guī)定，建議在輸氣管道工程管道當(dāng)量粗糙度的取值做出規(guī)定，建議在輸氣管道工程計(jì)計(jì)算中，對(duì)管內(nèi)壁當(dāng)量粗糙度的取值為：輸氣管道采計(jì)計(jì)算中，對(duì)管內(nèi)壁當(dāng)量粗糙度的取值為：輸氣管道采用直縫鋼管時(shí)，取用直縫鋼管時(shí)，取k

18、=20mk=20m；氣管道采用螺旋鋼時(shí)，?。粴夤艿啦捎寐菪摃r(shí)，取k=30m k=30m ；輸氣管道采用直縫鋼管且采用環(huán)氧內(nèi)涂層時(shí)，；輸氣管道采用直縫鋼管且采用環(huán)氧內(nèi)涂層時(shí)，取取k=7mk=7m。 在天然氣管道輸送技術(shù)比較先進(jìn)的歐美國(guó)家，管道在天然氣管道輸送技術(shù)比較先進(jìn)的歐美國(guó)家，管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)已得到普遍應(yīng)用。國(guó)外許多大口徑、長(zhǎng)內(nèi)涂層減阻技術(shù)已得到普遍應(yīng)用。國(guó)外許多大口徑、長(zhǎng)距離天然氣管道由于采用了此項(xiàng)技術(shù)距離天然氣管道由于采用了此項(xiàng)技術(shù), ,不僅保證了管道的不僅保證了管道的安全運(yùn)行，而且取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。安全運(yùn)行，而且取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。23管道內(nèi)涂層優(yōu)點(diǎn)管道內(nèi)涂層優(yōu)點(diǎn)(1)(

19、1)增大輸氣量。增大輸氣量。(2)(2)擴(kuò)大增壓站站間距，減少增壓站的數(shù)目。擴(kuò)大增壓站站間距，減少增壓站的數(shù)目。(3)(3)節(jié)約管材費(fèi)用和施工費(fèi)用。節(jié)約管材費(fèi)用和施工費(fèi)用。管道內(nèi)壁涂刷涂層后，由于粗糙度減少，使水力摩阻減少，管徑管道內(nèi)壁涂刷涂層后，由于粗糙度減少，使水力摩阻減少，管徑的設(shè)計(jì)值可減小，這樣相應(yīng)的管材費(fèi)用也就減少。管徑減小，管的設(shè)計(jì)值可減小，這樣相應(yīng)的管材費(fèi)用也就減少。管徑減小，管道的施工費(fèi)用也減少，管道綜合造價(jià)就節(jié)約了。道的施工費(fèi)用也減少，管道綜合造價(jià)就節(jié)約了。(4)(4)防止內(nèi)壁腐蝕，減少管道事故，保證輸送天然氣高質(zhì)量。防止內(nèi)壁腐蝕，減少管道事故，保證輸送天然氣高質(zhì)量。鋼管出廠

20、后，一般不會(huì)立即使用，到鋪管時(shí)往往已經(jīng)銹蝕，如有鋼管出廠后，一般不會(huì)立即使用，到鋪管時(shí)往往已經(jīng)銹蝕，如有內(nèi)涂層，可長(zhǎng)期儲(chǔ)存，并保持鋼管內(nèi)表面光滑。當(dāng)輸送介質(zhì)含有內(nèi)涂層，可長(zhǎng)期儲(chǔ)存，并保持鋼管內(nèi)表面光滑。當(dāng)輸送介質(zhì)含有腐蝕性，采用耐腐蝕的內(nèi)涂層，可防止腐蝕，避免腐蝕產(chǎn)物聚集腐蝕性，采用耐腐蝕的內(nèi)涂層，可防止腐蝕，避免腐蝕產(chǎn)物聚集污染氣質(zhì)。這一點(diǎn)，對(duì)于經(jīng)干燥、凈化后的天然氣輸送尤為重要。污染氣質(zhì)。這一點(diǎn)，對(duì)于經(jīng)干燥、凈化后的天然氣輸送尤為重要。(5)(5)減少維護(hù)費(fèi)用，清管頻率明顯下降。減少維護(hù)費(fèi)用，清管頻率明顯下降。24水力摩阻系數(shù)計(jì)算公式水力摩阻系數(shù)計(jì)算公式（1）水力光滑區(qū)（2）混合摩擦區(qū)（3

21、）阻力平方區(qū) 1）威莫斯公式 2）Panhandle A式 168.3D610 4）前蘇聯(lián)早期公式 5）前蘇聯(lián)近期公式（4）紊流區(qū)通用公式2 . 0Re1844. 02 . 02Re158067. 0Dk25. 0Re6811. 0Dk3009407. 0D1461. 0Re81.1110392. 0Re03.6814 . 02383. 0Dk2 . 02067. 0DkRe51. 27 . 3lg21Dk2526272829303132局部摩阻由于干線輸氣管道中氣體的流態(tài)一般總是處于由于干線輸氣管道中氣體的流態(tài)一般總是處于阻力平方區(qū)，因此，局部阻力對(duì)輸氣管道流量阻力平方區(qū)，因此，局部阻力對(duì)輸

22、氣管道流量的影響較大，必須考慮由于焊縫，閥門，彎頭，的影響較大，必須考慮由于焊縫，閥門，彎頭，三通，過(guò)濾器等引起的局部摩阻。但在實(shí)際中，三通，過(guò)濾器等引起的局部摩阻。但在實(shí)際中，通常不單獨(dú)計(jì)算，而是使水力摩阻系數(shù)通常不單獨(dú)計(jì)算，而是使水力摩阻系數(shù)增加增加5%5%，作為對(duì)局部摩阻的考慮。，作為對(duì)局部摩阻的考慮。33常用輸氣管道計(jì)算公式n將不同的水力摩阻計(jì)算公式代入水力計(jì)算公式中，可得到不同的實(shí)用公式。n 威莫斯公式(1912年美國(guó)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，比實(shí)際小10左右)：n潘漢德?tīng)朅式：n潘漢德?tīng)朆式（GB50251-2003）：n前蘇聯(lián)早期公式：n前蘇聯(lián)近期公式：34(1) 高差小于高差小于200m的水平

23、管道的水平管道威莫斯公式：潘漢德?tīng)朅式：潘漢德?tīng)朆式：前蘇聯(lián)早期公式：前蘇聯(lián)近期公式：5 . 0*2Z2Q38TLZPPD3967. 0Q5394. 08539. 0*2Z2Q6182. 2TLZPPED3144. 0Q51. 0961. 0*2Z2Q53. 2TLZPPED3913. 0Q5 . 0*2Z2Q7 . 2TLZPPD4102. 0Q5 . 0*2Z2Q6 . 2TLZPPED3930. 0Q35(2) 高差大于高差大于200m的起伏管道的起伏管道 威莫斯公式：5 . 0Z1ii1ii*2Z2Q38LZZL2a1TLZZa1PPD3967. 0Q潘漢德?tīng)朅式：5394. 0Z1i

24、i1ii8539. 0*2Z2Q6182. 2LZZL2a1TLZZa1PPED3144. 0Q潘漢德?tīng)朆式：51. 0Z1ii1ii8539. 0*2Z2Q53. 2LZZL2a1TLZZa1PPED3931. 0Q36前蘇聯(lián)早期公式：5 . 0Z1ii1ii*2Z2Q7 . 2LZZL2a1TLZZa1PPD4102. 0Q前蘇聯(lián)近期公式：5 . 0Z1ii1ii*2Z2Q6 . 2LZZL2a1TLZZa1PPED3930. 0Q37公式說(shuō)明：（1）前蘇聯(lián)近期公式中引入流態(tài)修正系數(shù)和墊環(huán)修正系數(shù)；（2）公式中引入了輸氣管道效率系數(shù)E 由于在實(shí)際中，管道的水力摩阻系數(shù)逐漸增大，使輸氣能力降

25、低，因此引入E表示輸氣管道的實(shí)際輸氣能力偏離理論輸氣能力的層度。規(guī)范推薦：DN 300800 E=0.8 0.9 DN800 E=0.91 0.94rrQQE38輸氣管道壓力分布與平均壓力沿線壓力分布沿線壓力分布 為了好分析把流量公式寫成如下形式對(duì)前段： 對(duì)后一段流量相等，因此有所以沿線任意點(diǎn)壓力沿線任意點(diǎn)壓力5 . 022)(LPPKQZQ5 . 05 . 20)1(TZDCK5 . 022)(xPPKQxQ5 . 022)(xLPPKQZxxLPPxPPZxxQ2222LxPPPPZQQx)(22239公式分析：公式分析： 1）輸氣管道沿線壓力呈拋物線分布，靠近起點(diǎn)壓降慢，靠近終點(diǎn)壓降快，

26、前3/4壓力下降一半，而后1/4下降一半（Why?），因此，輸氣管道進(jìn)站壓力不能定得太低。2）P2與x呈直線關(guān)系（沿線的壓力平方分布是一條直線）由 有： 其中：TxZDPPCQxQ522)(xDBQPPQx5222TZCB2140平均壓力平均壓力（1）壓力平衡現(xiàn)象（2）平均壓力（3）平均壓力的實(shí)際應(yīng)用 1）求管道儲(chǔ)氣能力 2）計(jì)算Z 3）設(shè)計(jì)壁厚 平均壓力點(diǎn)前采用等強(qiáng)度管，后采用等壁厚管（實(shí)際都按等強(qiáng)度或等承壓能力設(shè)計(jì)）。由任意一點(diǎn)的壓力公式，得 dxLxPPPLdxPLPLZQQLxCP02220)(11ZQZQCPPPPPP232TZPPVVCPTs15.2930LPPPPxZQCPQCP

27、2222LxPPPPCPZQQCP)(22241當(dāng)PZ0 當(dāng)PZ PQ ， 而： 所以 即： PZ PQ 時(shí)， 因此可以認(rèn)為，在壓力平衡過(guò)程中有：QZQZQCPPPPPPP32322LLLPPPPxZQCPQCP56. 0952222ZCPCPPPZCPCPPPZQCPQPPPPPPPPPPPPQZQZQZ2222limlimlim22222)(23232)(ZQZZQZZQZQCPPPPPPPPPPPP21232limlimlim2222ZQZZQCPPPZCPCPPPZQCPQPPPPPPPPPPPPPPPQZQZQZconstLxCP5 . 0LxCP5 . 042輸氣管道的基本參數(shù)包括

28、：直徑、長(zhǎng)度、溫度、起終點(diǎn)壓力，這些參數(shù)對(duì)流量的影響各不相同。1。管徑的影響。管徑的影響 用前蘇聯(lián)近期公式進(jìn)行分析 管徑增加一倍，流量增加22.6=6.1，因此輸氣管道向大口徑方向發(fā)展。 5 . 0226 . 211)(393. 0TLZPPDQZQ5 . 0226 . 222)(393. 0TLZPPDQZQ6 . 21212DDQQ2 . 02067. 0Dk輸氣管道基本參數(shù)對(duì)輸氣能力的影響432輸氣管道長(zhǎng)度（站間距）的影響輸氣管道長(zhǎng)度（站間距）的影響 輸氣管道的流量與計(jì)算長(zhǎng)度的0.5次方成反比。若長(zhǎng)度縮短一半（倍增壓縮機(jī)站），則 增大41%。3溫度對(duì)流量的影響溫度對(duì)流量的影響 輸氣管道的

29、流量與溫度的0.5次方成反比，輸氣管道內(nèi)氣體的溫度越低，輸氣量越大，因此冷卻氣體可以增大輸量，但并不顯著 。 一般不采用降溫的方法來(lái)提高管道的輸送能力，但壓縮機(jī)出口若溫度過(guò)高，則必須進(jìn)行冷卻。5 . 01226 . 21)(393. 0TLZPPDQZQ5 . 02226 . 22)(393. 0TLZPPDQZQ5 . 02112LLQQ112414. 12QQQ5 . 02112TTQQ44n公式中的公式中的T T是以絕對(duì)溫度表示的氣體的平均溫度，即是以絕對(duì)溫度表示的氣體的平均溫度，即 T=273+tCPT=273+tCP，273273是個(gè)常數(shù)，且數(shù)值又大，是個(gè)常數(shù)，且數(shù)值又大，tCPtC

30、P只是只是T T值中的一個(gè)較小的數(shù)值。值中的一個(gè)較小的數(shù)值。因此，總的講，冷卻氣體對(duì)輸氣量的增加并不顯著（除非深度因此，總的講，冷卻氣體對(duì)輸氣量的增加并不顯著（除非深度冷卻或冷至液化、并輔以高壓）。冷卻或冷至液化、并輔以高壓）。n為使流量增加為使流量增加5 %5 %，應(yīng)使，應(yīng)使tCPtCP= 50= 50的氣體冷卻到什么溫度？的氣體冷卻到什么溫度？即需要把氣體從即需要把氣體從5050冷卻到冷卻到2020（平均溫度）才能使流（平均溫度）才能使流量增加量增加5 5。因此，如要采取冷卻氣體的措施來(lái)提高。因此，如要采取冷卻氣體的措施來(lái)提高輸氣量，必須從經(jīng)濟(jì)上證明是合理可行的。輸氣量，必須從經(jīng)濟(jì)上證明是

31、合理可行的。 454提高起點(diǎn)壓力或降低終點(diǎn)壓力對(duì)流量的影響提高起點(diǎn)壓力或降低終點(diǎn)壓力對(duì)流量的影響 很顯然，提高起點(diǎn)壓力或降低終點(diǎn)壓力都可以使管道輸量增加，但效果不一樣。 提高起點(diǎn)壓力比降低終點(diǎn)壓力對(duì)流量增加的影響更有效。另外： 可見(jiàn)，即便是保持起、終點(diǎn)壓差不變，同時(shí)提高起、終點(diǎn)壓力也可以使流量顯著增加。這就是輸氣管道日益向高壓方向發(fā)展的原因。 222222)(ZQQZQPPPPPPPP222222)(ZZQZQPPPPPPPP0)(22)(22ZQZQPPPPPPPPPPPPPPPPPZQZQZQZQ)()(225 . 0226 . 2)(393. 0TLZPPDQZQpQ增加Pz減小兩式相減

32、46第三節(jié)第三節(jié) 復(fù)雜干線輸氣管道水力計(jì)算復(fù)雜干線輸氣管道水力計(jì)算n直徑不變，流量一致的單一管道稱為簡(jiǎn)單管。n除此之外的其它管道或管道系統(tǒng)稱為復(fù)雜管。n一切復(fù)雜管都可以用簡(jiǎn)單管公式或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單管求解。n復(fù)雜輸氣管道按沿線各斷面流量可分為等流等流量量和非等流量非等流量?jī)深?。變徑管，副管等均屬于等流量?fù)雜管；而途中有氣體輸入，輸出的管道則屬于非等流量復(fù)雜管。4725222522220052214ABLDBQPPDAKLKQPPTZRPTTZCADLPPAQZQZQaZQ第三節(jié)第三節(jié) 復(fù)雜干線輸氣管道水力計(jì)算復(fù)雜干線輸氣管道水力計(jì)算具體的方法包括當(dāng)量管法當(dāng)量管法和流量系數(shù)法流量系數(shù)法。為了分析，

33、公式改寫成如下形式481平行（并聯(lián)）輸氣管道平行（并聯(lián)）輸氣管道對(duì)并聯(lián)輸氣管道有： 對(duì)單根輸氣管道：則： 如果用一條大的輸氣管道，在其它條件不變的情況如果用一條大的輸氣管道，在其它條件不變的情況下，使它能通過(guò)的流量等于平行輸氣管道所能通過(guò)的流下，使它能通過(guò)的流量等于平行輸氣管道所能通過(guò)的流量，我們稱這樣的簡(jiǎn)單輸氣管道為當(dāng)量輸氣管道，而這量，我們稱這樣的簡(jiǎn)單輸氣管道為當(dāng)量輸氣管道，而這種方法稱為當(dāng)量管法。種方法稱為當(dāng)量管法。設(shè)當(dāng)量管的直徑為DR，則其流量為 由此有： niiQQ1iiZQiDLPPAQ522niiiZQDLPPAQ1522RRZQDLPPAQ522niRRiiDD15549 對(duì)于

34、干線輸氣管道一般都處于阻力平方區(qū)，采用前蘇聯(lián)近期公式，此時(shí)代入公式中，得 若n條平行輸氣管道直徑相同，則有： 或：流量系數(shù)法流量系數(shù)法： 以任意直徑D0的簡(jiǎn)單輸氣管道作為標(biāo)準(zhǔn)輸氣管道，在與復(fù)雜輸氣管道同樣的條件下，其流量為Q0，通過(guò)計(jì)算復(fù)雜輸氣管道流量與標(biāo)準(zhǔn)輸氣管道流量的比值（流量系數(shù)，kp）來(lái)使計(jì)算得到簡(jiǎn)化的方法，稱為流量系數(shù)法。 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)輸氣管道：2 . 02067. 0DkniiRDD16 . 26 . 26 . 26 . 2nDDRDnDR384. 0050220DLPPAQZQ50 設(shè)需要計(jì)算的管道其流量為Q，其與Q0的關(guān)系：很顯然知道了kp，就等于知道了Q。對(duì)于簡(jiǎn)單輸氣管道因此有：

35、 所以：對(duì)于阻力平方區(qū)： 即為簡(jiǎn)單輸氣管道的流量系數(shù)。通過(guò)簡(jiǎn)單輸氣管道的流量系數(shù)和復(fù)雜輸氣管道的結(jié)構(gòu)關(guān)系，可以方便的進(jìn)行復(fù)雜輸氣管道的水力計(jì)算。 pkQQ0ppZQZQkQkDLPPADLPPAQ00502252222500252221ABkLDBQLDBQPPpZQ0505DDkp6 . 20)(DDkp51對(duì)并聯(lián)輸氣管道： 而所以：2串聯(lián)輸氣管道串聯(lián)輸氣管道 各式相加： 對(duì)簡(jiǎn)單輸氣管道：piZQpiikDLPPAkQQ050220piipkQQkQQ00pipkk2500222)(piZQkLDBQPP25002221222500222212115002212pnnZnppQkLDBQPP

36、kLDBQPPkLDBQPPnipiiZQkLDBQPP125002222500222pZQkLDBQPP52因此有： 所以：若不采用變徑管，如直徑統(tǒng)一為D1，則其流量為：由此可以求出變徑管的長(zhǎng)度22piipkLkL5 . 012)(nipiipkLLk5 . 012050220nipiiZQpkLLDLPPAkQQ105022101pZQpkDLPPAkQQ5 . 012111)/(nipiipppkLLkkkQQ11)()/(221215 . 0222111pppppkkLxQQkxkxLLkQQ6 . 20226 . 2011)()(DDkDDkpp11)(2 . 52121DDLxQQ

37、533既串聯(lián)又并聯(lián)的復(fù)雜輸氣管道既串聯(lián)又并聯(lián)的復(fù)雜輸氣管道 由并聯(lián)輸氣管道和串聯(lián)輸氣管道的流量系數(shù)計(jì)算公式很容易計(jì)算既串聯(lián)又并聯(lián)的復(fù)雜輸氣管道的流量系數(shù)。串聯(lián)： 并聯(lián) ：因此，既串聯(lián)又并聯(lián)為： ，對(duì)如圖所示系統(tǒng)： 5 . 012)(nipiipkLLkimjpijpikk15 . 0121)(nimjpijipikLLk5 . 023332313222212211321)()(pppppppkkkLkkLkLLLLk54對(duì)于只有一條副管的單線輸氣管道對(duì)于只有一條副管的單線輸氣管道 如果沒(méi)有副管：與有副管相比：如果等直徑副管：5 . 022121)(ppppkkxkxLLk2211111pppp

38、pkkkLxkk105022101pZQpkDLPPAkQQ2211212111pppppkkkLxkkQQLkkkQQxppp2211211)(121)(134QQLx554 有副管的多線輸氣管道有副管的多線輸氣管道 設(shè)有n條輸氣管道并帶有一段副管，可以用串、并聯(lián)輸氣管道的流量系數(shù)來(lái)表示其流量系數(shù)。 若無(wú)副管時(shí)的流量為Q1，則： 流量增流量增 加系數(shù)加系數(shù)2111111nipinipinipipkkLxkk5 . 0211110502211nipinipinipiZQkkLxkDLPPAQ5 . 021111111nipinipikkLxQQ56 若已知需要增加的流量，則所需的副管長(zhǎng)度為x，

39、可以看出，管線數(shù)目越大，流量增加系數(shù)越小，副管效果越不明顯。211121)11 (nipinipikkLx5 . 021111111nipinipikkLxQQ57副管與主管的連接方式對(duì)流量的影響副管與主管的連接方式對(duì)流量的影響 與n條平行輸氣管道中的一條連接好呢？還是與所有n條平行輸氣管道都相連接好？ 2321212111ppppppppkkkkkLxkkk23222111ppppppkkkLxkkk58 若各管徑相同，且x=L/2，則： 可見(jiàn)，同時(shí)連接時(shí)流量增大，因?yàn)椋寒?dāng)副管同時(shí)與所有的管線相連接時(shí)，整個(gè)輸氣管道系統(tǒng)內(nèi)將發(fā)生流量的重整個(gè)輸氣管道系統(tǒng)內(nèi)將發(fā)生流量的重新分配新分配。 把副管與管

40、路系統(tǒng)中某一管線連接起來(lái)的短管稱為連連通管通管。連通管在副管中可以使系統(tǒng)的流量增加，連通后與連通前流量之比稱為連通管的效率，另外，在輸氣管道的直徑發(fā)生改變的地方，將該管道與其它管道相連，將使流量發(fā)生從新分配，從而使輸氣能力增加。 連通的管線數(shù)目越多，連通管的效果越小，管段直徑之間的差異越小，連通效率也隨之降低。1353. 2ppkk 1265. 2ppkk039. 1/ppkk595沿線有進(jìn)分氣支線的輸氣管道沿線有進(jìn)分氣支線的輸氣管道 特點(diǎn)特點(diǎn)：管道沿線的輸氣量是逐段變化的。（1 1）平坦地區(qū)輸氣管道）平坦地區(qū)輸氣管道 上面各式子相加52225222DCTZKLKQLQDCTZPPZQ1212

41、2221222112212)()(nnjjZxnxxxQLqQKPPLqQKPPLKQPP)()(1212211222nnjjZQLqQLqQLQKPP60 化簡(jiǎn)整理后得到方程組其解為： 如果沿線是進(jìn)氣，則：02cbQaQ11222KPPNMLLMQZQnjnnjjqLqLqLM11213122112213212)()(njnnjjqLqLqLN11222KPPNMLLMQZQKLa KMLqKbniijij2)(2111 )()()(22221112ZQZQniijijPPKNPPLqKc 61 如果沿線既有分氣，也有進(jìn)氣則公式均可用，只是qi的正負(fù)號(hào)要發(fā)生相應(yīng)的改變。 計(jì)算出Q后，就可以計(jì)

42、算各個(gè)進(jìn)分氣點(diǎn)的壓力。如果知道Q則可求出管徑。（2）地形起伏地區(qū)輸氣管道）地形起伏地區(qū)輸氣管道m(xù)iiiiZQLSSLaLKQSaPP1122221)1 (62（2）地形起伏地區(qū)輸氣管道）地形起伏地區(qū)輸氣管道 111112121221)1 (xiiiixQLSSLaLKQSaPP211222122212121)()1 ()1 (xxiiiixxLSSLaLqQKSaPSaPmxniiiinnnjjZnxnLSSLaLqQKSaPSaP111212221)()1 ()1 (mxniiiinnnjjxxiiiixiiiiZQLSSLaLqQLSSLaLqQLSSLaLQKSaPP11121211222111111222212121)1 (63 化簡(jiǎn)整理后得到方程組其解為： 如果沿線是進(jìn)氣，則：02cbQaQ1)1 (122020000KSaPPNMLLMQZQ1)1 (122020000KSaPPNMLLMQZQ0KLa 02KMb)1 (220SaPPKNcZQ64 以上兩種情況都是解決沿線有分氣、進(jìn)氣支線且