输气管道的水力计算

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5～8％，有的甚至 达10％。内壁涂层的费用一般只占钢管费用的2～3％ ， 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
50 70
)
0.5
Q1
1.59Q1
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，但效果是不同的。 起点压力增加，压力平方差为
PQ
P
2
PZ2
PQ2
2PQ P
2 P
PZ2
终点压力减少，压力平方差为
PQ2
R
e
1.536
Q* Du
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
Re1
59.7 /( 2K e D
8
)7
Re2
11/(2Ke D
)1..5
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：4000≦Re ≦ Re1 混合摩擦区: Re1 ＜Re ≦ Re2 水力粗糙区： Re ＞ Re2
1 2
.k
g 1
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
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
，
Q C0
[ pQ2
p
2 Z
D2
2
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。
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
水平输气管道的流量基本公式
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
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
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
稳定流动气体管流的基本方程
d p dx w2 gds dw2
输气管基本参数对流量的影响
◆ 输气温度对流量的影响
Q1 (T2 )0..5 Q 2 T1
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％ 。
Q2
(
273 273
输气管基本参数对流量的影响
◆ 长度对流量的影响 Q1 ( L2 ) 0..5 Q 2 L1
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,L2 12，L1 则流量
Q2 2Q1 1.41Q1
即倍增压气站，输气量只能增加41％ 。
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
Re
(Ke )
D
Re ,
Ke D
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
Re
wD v
Q F
D v
4Q Dv
Re
4* 0Q Du
v u , * 0 0 1.206 kg / m3
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
线输气管摩阻系数的专用公式：
wk.baidu.com
威莫斯（Weymouth）公式：
0.009407
3D
潘汉德尔公式（A）：
(水力光滑区）
4 (6.872 Re 0.07305 ) 2
0.0847 Re 0.1461
潘汉德尔公式（B）:
(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:
(1 2.92 D 2 )0.1
Q
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：
E Qs L
QL
s
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=0.9～0.95。
(1
asZ
)]D 5
Z*TL[1
a 2L
Z i 1
(si si1 )li ]
,
Q C0
( pQ2
p
2 Z
)D5
Z*TL
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
asZ
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
层流区： 64
Re
临界区： 0.00253 Re
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
1 2Ig( Ke 2.51 )
3.7D Re
阿里特苏里公式
0.11( K e 68 )0..25
D Re
前苏联近年使用的公式 0.067 ( 2Ke 158 )0..2
D Re
Q C0
( pQ2
p
2 Z
)
D
5
Z*TL
C0
4
Ra T0 p0
， 上述公式中常数的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:
,T0 293 K P0 101325 Pa Ra 287 .1m2 s • K
C0
4
293 1.01325
105
287.1
0.03848m2
.s.K
L 0
[ pQ2
( pQ2
pZ2
)
x ]dx L
2 3 ( pQ
pZ2 pQ pZ
)
利用平均压力可求输气时压缩因子Z以及输气管中的储 气量。
测试问题？
1、对于稳定流动的天然气管道，天然气的压力 损失消耗在哪些方面？
2、在输气管线其他条件相同的情况下，若管道 直径增加一倍，输气量增加多少？
3、为何高压输气比低压输气有利？ 4、若一段管道的起点压力为6.0MPa，末端压力 为3.0MPa，求此段管线的平均压力？
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。
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
a
2L
Z i1
(si
si1 )li
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
1
2
Z
(si
i 1
si1 )li
F
乃是线路纵断面线与从起点开始所画的水平线之间所
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1－ 5，这不仅是由于s4﹥s5，而且是由于F1-5=0，而 F1-2-34﹥0的缘故。
Q
C
p
ED2..53
(
pQ2
p
2 Z
) 0..51
Z * 0.961T L
前苏联近期公式：Q
Cs aED2..6
(
pQ2 pZ2 Z* TL
) 0..5
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:
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
表面状态 新钢管 室外暴露6个月
12个月 清管器清扫 喷砂 内壁涂层
绝对粗糙度,mm 0.013～0.019
0.025～0.032 0.038
0.008～0.013 0.005～0.008
0.005～0.008
摩擦阻力系数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2～11％ 。
]0.5
Q2
C0[
(
pQ2 pZ2 )D25 Z*TL
]0.5
Q1 ( D1 ) 2..5 Q 2 D2
输气管基本参数对流量的影响
若直径增加一倍， D2 2则D1
Q2 22.5 Q1 5.66Q1 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 原因。
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：
ppj
1 L
L
0 pxdx
1 L
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
输气管基本参数对流量的影响
◆ 直径对流量的影响
Q1
( C0[
pQ2 pZ2 )D15 Z*TL
输气管的压力分布和平均压力
1、沿线压力分布：
p
2 x
pQ2
pQ2
L
p
2 Z
x
px
pQ2
( pQ2
p
2 Z
)
x L
上二式说明输气管道的压力平方 p和x2 的x 关系为一直线，
压力 与 P的x 关系x 为一抛物线。
输气管的压力分布和平均压力
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。
(水力粗糙区）
4
(16.49 Re 0.01961 ) 2
0.0147
R 0.0392 e
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：
0.009588D0.2
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：
Q
CwD3
8
(
pQ2 pZ2 Z*TL
) 0.5
潘汉德尔B式：
PZ
P
2
PQ2
2PZ P
2 P
PZ2
输气管基本参数对流量的影响
两式右端相减，得：
2 p PQ PZ
2
2 P
0
上式说明，改变相同的 时P ，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：
PQ2 PZ2 PQ PZ PQ PZ PQ PZ P