天然气由气田或气体处理厂进入输气干线,其流量和压力是稳定的。在有压缩机站的长输管道两站间的管段,起点与终点的流量是相同的,压力也是稳定的,即属于稳定流动。长输管道的末段,有时由于城镇用气量的不均衡,要承担城镇日用气量的调峰,则长输管道末段在既输气又储气、供气的条件下,它的起点和终点压力,以及终点流量二十四小时都是不同的,属不稳定流动(流动随时间而变)。天然气的温度在进入输气管时,一般高于(也可能低于)管道埋深处的土壤温度。并且随着起点到终点的压力降,存在焦耳-汤姆逊节流效应产生温降,但由于管道与周围土壤的热传导,随着天然气在管道的输送过程,天然气的温度会缓慢地与输气管道深处的地层温度逐渐平衡。所以天然气在输气干管中流动状态,也不完全是等温过程,为便于理解,我们先给出稳定流动下的水力计算基本公式,再介绍沿线温度分布规律和平均温度。 ??? 计算公式随地形条件差异而不同。 ??? 在平坦地带,由于气体密度低,对于输气管道任意两点间的相对高差小于200m的管道,可视为水平输气管段。在稳定输送状态下,管道输送量与管道起、终点压力的函数关系如下: 式中Q——管道标准状态下的体积流量,m3/s; ??? C——常数,按此处所取各参数单位时,C值为0.03846m2·K0.5·s/kg; ??? p1——计算管段起点压力,Pa; ??? p2——计算管段终点压力,Pa; ??? λ——水力摩阻系数; ??? d——管道内直径,m; ??? L——管道计算段长度,m; ??? △*——天然气相对密度; ??? T——管道中天然气平均温度,K; ??? Z——管输平均压力与平均温度下天然气压缩系数。 在地形起伏较大地带,当输气管道沿线任意两点高差大于200m,位差对输气管道流量的影响就不能忽略不计了。在稳定输送状态下,非水平输气管段的基本流量公式为: 式中a——综合系数,a=29△*/ZRBT; ??? RB——空气气体常数,标态下为287.1m2/(s2·K); ??? g——重力加速度,9.81m/s2; ??? △h——计算段终点对起点的高程差,m; hi,hi-1——各计算段终点与起点的高程,m; ??? n——计算段的分段数; ??? Q,p1,p2,d,λ,△*,Z,C,T,L(Li表示某段长度)意义同式(3-1)。 ??? 工程上常用的输气管段流量计算公式主要有威莫斯公式、潘汉德尔B式(也叫潘汉德尔修正式)和前苏联天然气研究所的近期公式。以下列出水平输气管段常用的三个公式,对非水平输气管段只需参照式(3-2)对这些公式作相应的修正即可。 ? ??1. 威莫斯公式 该公式是美国在1912年从生产实践中总结出来的,主要适用于管径与输量较小、管壁粗糙度高、输送的气体净化程度低的输气管道。对于现代干线输气管道,按该式计算的流量比实际流量小10%左右。 ? ??2. 潘汉德尔B式 该公式适用于大口径、大流量、管内壁粗糙度低、气质好的现代干线输气管道。我国的国家标准《输气管道工程设计规范》(GB 50251—94)中就推荐采用这个公式。 3. 前苏联天然气研究所的近期公式 式中E——输气管段的输送效率。在式(3-4)中它用来描述管内壁的清洁程度对于管道输送能力的影响,而在式(3-5)中则反映管内壁是否有内涂层; α——流态修正系数。在阻力平方区α=1;若流态偏离阻力平方区,则α可按下式计算: φ——管道接El处的垫环修正系数。当无垫环时,φ=1;当垫环间距为12m时,φ=0.975;当垫环间距为6m时,φ=0.95。 ??? 需要特别指出的是:在潘汉德尔B式中,E值表示管内壁沉积的固体杂质、液体、水合物以及管内壁腐蚀导致管内壁的粗糙度增大,从而使摩阻系数增大。为了使输气管道在投产后的相当长时间内仍然能达到设计输气能力,在设计输气管道时一般都要考虑E值。美国一般取E=0.9~0.96。我国的《输气管道工程设计规范》(GB 50251—94)推荐的取值范围是:当输气管道的公称直径为300~800mm时,E=0.8~0.9;当公称直径大于800mm时,E=0.91~0.94。在式(3-5)中,当管内壁有涂层时取E>1,表示内壁涂层降低了管壁粗糙度,从而使摩阻系数减小;当没有涂层时,取E=1。 ??? 在输气管道的运行管理中,可以利用上述流量公式反算输气管段的E值,并根据E值判断管段内壁的清洁程度。当反算出的E值较小时,表明管内壁已经出现了较多的沉积物或发生了大面积的腐蚀,这时就应该考虑采取清管措施或对管内壁进行腐蚀检测。
管道通过能力的实用计算公式及其选择.doc
下载此电子书资料需要扣除0点,