第三章管道水力计算课件.ppt
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- 第三 管道 水力 计算 课件
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1、wdxFd连续性方程:连续性方程:()0wxd()0dwx稳定流动连续性方程:稳定流动连续性方程:管道任意截面上的管道任意截面上的密度与流速成反比密度与流速成反比一、连续性方程一、连续性方程 3.1 3.1 气体一元流动基本方程气体一元流动基本方程 基础是基础是质量守恒质量守恒定律定律。稳定流动:稳定流动:连续性方程:连续性方程:2ddsindd2pvvvgxxD3.1 3.1 气体一元流动基本方程气体一元流动基本方程 二、运动方程二、运动方程 vdxA运动方程以动量定理推导,基础是运动方程以动量定理推导,基础是牛顿第二定律牛顿第二定律。3.2 3.2 平坦地区输气管道基本公式平坦地区输气管道
2、基本公式 平坦地区输气管道,指的是平坦地区输气管道,指的是高差为高差为0 0,或高差,或高差不足以影响计算精确性不足以影响计算精确性的的输气管道(高差小于输气管道(高差小于200m200m),可以忽略高差影响;),可以忽略高差影响;用公式描述天然气沿管道输送过程中用公式描述天然气沿管道输送过程中压力与流量的关系压力与流量的关系。假定假定等温输送等温输送,忽略温度的影响。,忽略温度的影响。QPZPLM选择微元选择微元管段管段3.2 3.2 平坦地区输气管道基本公式平坦地区输气管道基本公式 进一步整理为:进一步整理为:22500()4QZaPPDTRQPZT L004aTRCP225()QZPPD
3、QCZT LQCDZaRTL天然气标况体积流量,天然气标况体积流量,m m3 3/s/s 常数常数 内径,内径,m m 水力摩阻系数水力摩阻系数 天然气压缩系数天然气压缩系数 空气气体常数,空气气体常数,J/kgJ/kgK K 平均温度,平均温度,K K 长度,长度,m m 天然气相对密度天然气相对密度 101325Pa,293.15K287.1J/kgKC=0.0384Lsxs同一坡度的直管段pQPZdxds3.3 3.3 同坡度输气管道基本公式同坡度输气管道基本公式 高差较大时,地形起伏时;高差较大时,地形起伏时;压力较高时,高差引起的压力较高时,高差引起的能量损失增大;能量损失增大;地形
4、高差超过地形高差超过200m200m时,需时,需要考虑高差影响。要考虑高差影响。22222222222222222222222222sinsin22lnlnlnsinsin2 sin22ZZZQQQMMZRTZ R TAZ R TAMggPPPDDDMDLgggPPPZ R TAZDDR TA3.3 3.3 同坡度输气管道基本公式同坡度输气管道基本公式 22222222222222sin2)lnln0sin2 sin2(ZZQQMZRTZ R TAMgPPDDZ R TDggPPALD22222022dddsinsin212QQZZPLPPPMA PZRTZRTMZRTMZRTppxggPPD
5、APZRTAPD3.43.4 简化的同坡度输气管道基本公式简化的同坡度输气管道基本公式 222(1)2(1)QZPa SSbM LaP 2516 ZRTbD225(1)(1)24QZMa SZRTPa SPDL 上式是忽略了流速的变化,考虑了高差的输气管道基本公式上式是忽略了流速的变化,考虑了高差的输气管道基本公式2gaZRT如化为标准状况下的体积流量,则如化为标准状况下的体积流量,则0.522511112QZniiiippa SDQCaZ TLSSLL 以上两公式为既考虑了以上两公式为既考虑了,又考虑了,又考虑了,即所谓地,即所谓地形起伏地区的输气管道基本方程。形起伏地区的输气管道基本方程。
6、0.5225111412QZniiiippaSDMaZRTLSSLL把把b b值代入,得值代入,得3.5 3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式地形起伏地区输气管道的基本公式是输气管终点与起点高差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,则输气能力越低终点比起点位置越高,则输气能力越低,反之亦然3.5 3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式地形起伏地区输气管道的基本公式0.522511112QZniiiippa SDQCaZ TLSSLL 11()2niiiiaSSLLa S 是考虑线路中间各点相对高程(线路纵断面特征)对输气能力的影响。是考虑线路中间各点相对高程(线路纵断面特
7、征)对输气能力的影响。沿线地形起伏对输气管道输量有影响。沿线地形起伏对输气管道输量有影响。线路纵断面特征每一项为每一段管路的线路纵断面与通过起点的水平线围成的面积;各项之和为线路纵断面面积代数和;线路纵断面面积代数和 F 较小的输气管有较大的输气能力;输气管道沿线压力变化,密度随之改变,压力大,密度大,压力小,密度小,上坡段的能量损失不能用下坡段的能量补偿。3.5 3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式地形起伏地区输气管道的基本公式111()2niiiiaSSLL+62103457SLQSZS沿线不同高程的线路方案3.5 3.5 地形起伏地区输气管道的基本公式地形起伏地区输气管道的基本公式0.
8、522511112QZniiiippa SDQCaZ TLSSLL 一、雷诺数一、雷诺数ReRe4RevDQDQAD4ReaQDa3.6 3.6 水力摩阻系数与常用输气公式水力摩阻系数与常用输气公式l 天然气的动力粘度,天然气的动力粘度,a.s;a.s;天天然然气的运动粘度,气的运动粘度,m m2 2/s/s。l 天然气天然气体积流量,体积流量,m m3 3/s/s;空气密度,空气密度,kg/mkg/m3 3l 天然气的相对密度;天然气的相对密度;管道内径,管道内径,m ml 管道截面积,管道截面积,m m2 2 天然气流速,天然气流速,m/sm/sQaDAv1.536QD3.6 3.6 水力
9、摩阻系数与常用输气公式水力摩阻系数与常用输气公式(1 1)威莫斯公式)威莫斯公式30.009407Dl19121912年由威莫斯从生产实践中归纳出;年由威莫斯从生产实践中归纳出;l适用于适用于管径小、输量小、天然气净化程度低、管内壁表面不光滑的矿管径小、输量小、天然气净化程度低、管内壁表面不光滑的矿区集气管道区集气管道;l管壁绝对当量粗糙度选为管壁绝对当量粗糙度选为0.0508mm0.0508mm,为常数;,为常数;lD D的单位为的单位为m m。l计算干线输气管比实际输气量小计算干线输气管比实际输气量小1010阻力平方区阻力平方区3.6 3.6 水力摩阻系数与常用输气公式水力摩阻系数与常用输
10、气公式(2 2)潘汉德尔)潘汉德尔A A公式公式l管径从管径从168.3mm-610mm168.3mm-610mm,雷诺数范围为,雷诺数范围为5 510106 6-14-1410106 6的天然气管道。的天然气管道。阻力平方区阻力平方区0.1461111.81Re(3 3)潘汉德尔)潘汉德尔B B公式公式0.0392168.03Rel管径大于管径大于610mm610mm。l将输气管道看做光滑管,水力摩阻系数只与将输气管道看做光滑管,水力摩阻系数只与ReRe数有关。数有关。l绝对当量粗糙度很小,可以忽略其影响。绝对当量粗糙度很小,可以忽略其影响。225()QZPPDQCZT L0.5225111
11、12QZniiiippa SDQCaZ TLSSLL 22831()QZppQC DZ TL0.5228/3111112QZniiiippa SQC DaZ TLSSLL 3.6 3.6 水力摩阻系数与常用输气公式水力摩阻系数与常用输气公式五、常用输气管道计算公式五、常用输气管道计算公式威莫斯公式:威莫斯公式:30.009407D1=0.39670.009407CC 222.61820.539420.8539()QZppQC EDZTL0.5394222.618220.853911112QZniiiippa SQC EDaZTLSSLL 3.6 3.6 水力摩阻系数与常用输气公式水力摩阻系数与
12、常用输气公式五、常用输气管道计算公式五、常用输气管道计算公式潘汉德尔潘汉德尔A A公式:公式:0.1461111.81Re20.3144C QDLP:m m3 3/s/s:m m:m m:PaPa222.530.5130.961()QZppQC EDZTL0.51222.5330.96111112QZniiiippa SQC EDaZTLSSLL 3.6 3.6 水力摩阻系数与常用输气公式水力摩阻系数与常用输气公式五、常用输气管道计算公式五、常用输气管道计算公式潘汉德尔潘汉德尔B B公式:公式:30.3931C QDLP:m m3 3/s/s:m m:m m:PaPa0.0392168.03R
13、e3.6 3.6 水力摩阻系数与常用输气公式水力摩阻系数与常用输气公式五、常用输气管道计算公式五、常用输气管道计算公式E E:输气管道效率系数:输气管道效率系数=实际流量实际流量/设计流量设计流量 =设计摩阻系数设计摩阻系数/实测摩阻系数实测摩阻系数u当天然气中含有水分、特别是含有硫化氢时(造成内腐蚀),管壁绝当天然气中含有水分、特别是含有硫化氢时(造成内腐蚀),管壁绝对当量粗糙度将逐渐增加,使水力摩阻系数增大,输量减小。对当量粗糙度将逐渐增加,使水力摩阻系数增大,输量减小。u输气管道沿线低洼处,凝析液和水分容易积聚,使管道水力摩阻增加。输气管道沿线低洼处,凝析液和水分容易积聚,使管道水力摩阻
14、增加。u如果有水合物生成,也会导致水力摩阻增大,输气量下降。如果有水合物生成,也会导致水力摩阻增大,输气量下降。u输气效率随使用时间降低,可达输气效率随使用时间降低,可达15%15%以上。需要定期测定。以上。需要定期测定。u用输气效率系数表示输气管道的状况,管路的脏度。用输气效率系数表示输气管道的状况,管路的脏度。E E值越小,说明值越小,说明管路内部沉积物越多,输量越小,我国:管路内部沉积物越多,输量越小,我国:0.8-0.90.8-0.9(管径(管径300-800mm300-800mm););0.91-0.940.91-0.94(800mm800mm)。美国一般取)。美国一般取0.9-0.
15、960.9-0.96rrQEQ3.7 3.7 输气管道压力分布与平均压力输气管道压力分布与平均压力LpQxpZpxACBpQxpZpxA一、沿线压力分布一、沿线压力分布522()xAQBPPDQCZTxlABAB段流量:段流量:lBCBC段流量:段流量:225()()BCxZDQCPLZTPx0ABBCMQQ质量流量相同,同为标况,所以:质量流量相同,同为标况,所以:3.7 3.7 输气管道压力分布与平均压力输气管道压力分布与平均压力LpQxpZpxACBpQxpZpxA一、沿线压力分布一、沿线压力分布255222()()()QxxZPPPPDDCCZTLTxxZ2222QxxZPPPPxLx
16、222()xQQZxPPPPL2222()xQQZxPPPPL222()xQQZxPPPPL3.7 3.7 输气管道压力分布与平均压力输气管道压力分布与平均压力一、沿线压力分布一、沿线压力分布u压力压力 P Px x与与 x x 的关系为一的关系为一抛物线抛物线u靠近起点压降较慢,距起点越远,压降靠近起点压降较慢,距起点越远,压降越快,坡降越陡。越快,坡降越陡。u前四分之三管段,压力损失约一半;另前四分之三管段,压力损失约一半;另一半消耗在后四分之一管段上。一半消耗在后四分之一管段上。u压力下降,流速加快,摩阻损失增加。压力下降,流速加快,摩阻损失增加。u高压输气节能,经济性好高压输气节能,经
17、济性好,终点压力,终点压力过低过低经济性较差。前苏联起点压力经济性较差。前苏联起点压力5.5-7.5MPa5.5-7.5MPa,终点压力终点压力2.5-4MPa2.5-4MPa。xPxPQPZ3/4L(PQ+PZ)/2L判断管段内部状判断管段内部状态,确定局部堵态,确定局部堵塞、漏气点等。塞、漏气点等。3.7 3.7 输气管道压力分布与平均压力输气管道压力分布与平均压力一、沿线压力分布一、沿线压力分布3.7 3.7 输气管道压力分布与平均压力输气管道压力分布与平均压力二、平均压力二、平均压力ZPQPP CPPCPXL ZPu输气管输气管停止供气停止供气时,管内压力并不象时,管内压力并不象输油管
18、那样立刻消失。输油管那样立刻消失。u高压端的气体逐渐流向低压端,高压端的气体逐渐流向低压端,起点起点压力下降,终点压力逐渐上升压力下降,终点压力逐渐上升,最后,最后全全线达到某一压力值线达到某一压力值。u输气管出现压力平衡现象。根据管内输气管出现压力平衡现象。根据管内平衡前后平衡前后质量守恒质量守恒可求得可求得平均压力平均压力。3.7 3.7 输气管道压力分布与平均压力输气管道压力分布与平均压力二、平均压力二、平均压力3.7 3.7 输气管道压力分布与平均压力输气管道压力分布与平均压力二、平均压力二、平均压力01LcpxPPdxL22201()LQQZxPPPdxLL22()3ZcpQQZPP
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