1、第三章天然氣管道的水力計算天然氣管道的水力計算200米以下時,可以認為是平坦地區輸氣管道。此時假設管道與水平面間夾角為0。第一節平坦地區輸氣管道的基本公式所謂平坦地區輸氣管道,是指高差等于零的管道以及雖然高差不等于零,但這高差不足以影響計算的準確性的輸氣管道,一般當沿線地形高差在200米以下時,可以認為是平坦地區輸氣管道。由穩定流動的運動方程:有:(關鍵:建立流量與壓力的方程此時假設管道與水平面間夾角為0。2222dv v D dx dP +=dxvD dx g dv dP 2sin 222+=天然氣管道的水力計算,起點壓力和終點壓力為、P 由氣體狀態方程和連續性方程有:帶入公式中,有經整理得

2、:設管道長度L ,起點壓力和終點壓力為P Q 、P Z ,積分得:由此得到輸氣管道質量流量計算公式。ZRT P /=PAMZRTA /M v =2(222P dPD dx A ZRT M PdP =ln 2(2222ZQZ Q P P D L A ZRT M P P +=2222dv v D dx dP +=P dP D dx A P MZRT (ZRT P dP 221222可以忽略速度變化對流量的影響(3-9標準狀態:質量流量計算公式:對于長距離輸氣管道(壓降小、距離長可以忽略速度變化對流量的影響(P66,即:(3-9工程上習慣于運用標準狀態下的體積流量作為計量單位,因此把質量流量換算成體

3、積流量。(標準狀態:,標準狀態下Z 0=1,所以5.04225.0222ln 2(4ln 2(ZQZ Q Z Q Z Q P P D LZRT DP P P P D L ZRT A P P M +=+=ZRTL DP P (M Z Q 5224=0/M Q =0000/RT Z P =000/RT P =Pa .P 5010013251=K .T 152930=(3-18為了方便計算,把天然氣的氣體常數換算成空氣的氣體常數R a ,由所以令:則得到體積流量計算公式:(3-18不同的量綱得到不同的C值(P67,計算時應特別注意=10a a R R 000/T R P a =TLZ D P P P

4、 R T TLR Z D P P P R T M Q Z Q a a Z Q a =52200522000(4(4/004P R T C a=TL Z D P P (C Q ZQ 522=000/RT P =00/T R P a a =如圖所示的坡度均勻向上的輸氣管微元段寫運動方程(忽略流速1 終點與起點高差的影響如圖所示的坡度均勻向上的輸氣管道,對dx 微元段寫運動方程(忽略流速影響:由連續性方程有:將狀態方程和上述兩式代入,得dxLSdS dx =sin PMZRTD PA MZRT A M v 24/=dx L Sg dx P MZRT D D dP PZRT +=242162sin 2

5、2gdx v D dx dP+=第三節地形起伏地區輸氣管道的基本公式圖2-1 同一坡度輸氣管道兩邊同時除以,得令得:令:則:P ZRT dxZRT P L S g P D ZRT M dP +=52221652162D ZRT b ZRT ga =dxP L S a P bM dP +=222dx L S a bM P LP S a dP +=222dx L Sa LS a bM P PdP 222=+LS a bME =2dx LS a E P PdP x P P xQ=+022LxS a E P EP xQ =+22ln dx L S g dx P MZRT D D dP P ZRT +=

6、242162取前面兩項(右邊取三項代入公式得:(3-35整理化簡后得:當x=L 時:時即為水平輸氣管道的計算公式,將按級數展開取前面兩項(右邊取三項代入公式得:(3-351(222S a eL bM eP P Lx Sa Lx Sa Qx =1(222Sa e L bM eP P S a Sa QZ =1(222Sa e L bM P e P Sa Z Sa Q =0S 211-321232+=+=S a (!S a (!S a (S a e Sa L S a e 21(1(222Sa L bM P S a P ZQ=21(1(4522S a ZRTL D P S a P M ZQ =1(22

7、2Sa e L bM e P P S a Sa Z Q =3-83-93-183-35上次課內容復習連續性方程 運動方程 能量方程狀態方程平坦地區輸氣管道的基本公式:(3-8、(3-9和(3-18 地形起伏地區輸氣管道的基本公式:終點與起點高差的影響(3-35天然氣管道輸送基礎Constv =0=+xv (t dxv D dx g dv dP2sin 222+=dx dQ g dx dv v dxdP P h dx dT T h T P =+sin RTZ P =天然氣管道的水力計算思路:將實際輸氣管道看成由不同終點與起點高差、坡度均勻向上或2 沿線地形起伏的影響(不僅考慮終點和起點的高差思路

8、:將實際輸氣管道看成由不同終點與起點高差、坡度均勻向上或向下的若干直線管段組成。1(222Sa eL bM eP P Sa S a ZQ =.對上述第二個方程開始依次乘以,則每一段都可以寫成如下形式的方程:.1(11221211S a e L bM eP P S a S a Q =2(22(2221112121S a e e L bM e P e P S a S S a S S a S a =+332(23(2212(123(12312S a e eL bM eP eP S S a S S S a e e S S S a S S a =+(2(2(21121121121121ZS S S S

9、S S S a Z S S S S a ZS S S a Z S a ee L bM eP eP Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z =+1S a e (12S S a e +(1(2(2(2111=Z Z S Sa S S a ZS S a ZS S a Z S S a e eL bM eP eP Q Z Q Z Q Z Q Z 考慮到:因此上述一系列公式變為:(11Q S S a S a =(211212Q Q S S a S S S S a S S a =+=+(311223123Q Q S S a S S S S S S a S S S a =+=+(11(12(21211Q S

10、S a S S a Q S S a e L bM eP P QQ =(12(22(22(211221S S a e eL bM eP eP Q Q Q Q S S a S S a S S a S S a =(23(32(21(222332S S a e eL bM eP eP Q Q Q Q S S a S S a S S a S S a =以上各式相加,并考慮到S Q =0:另外,由于因此:+=(1122112221121Z Z aS aS Z aS aS Q aS aS aS Z Q S S a e e L S S a e e L S S a e e L bM e P P Z Z Q ZL

11、+=!aS (!aS (aS e aS32132Sa S S (a aS e Q Z Z aS Z +=+=+=111S S (a S S (a aS (aS aS (aS S S (a e e i i i i i i i i i i aS aS i i 11211212121211+=+=+=+=n i i i i Z Z Z Q Z ZQL S S L a L bM L S S L S S L S S aL L L bM S a P P 11212121121222(21(2(1(天然氣管道的水力計算(3-53 (3-54(3-9 (3-18將值代入,得到地形起伏地區的水力計算公式:(3-53 (3-54(3-9 (3-18公式分析:1對比平坦地區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氣體所獲得的位能所補償。2對比輸油管道的管路特性方程輸油管道只考慮起點終點高程差。5216DZRT b =+=i i i ZQL S S L a ZRTL D S a P P M (211(415225.01522(211(+=i i i Z Q L S S L a TL Z D S a P P C Q TLZ D P P CQ Z Q =522(ZiL H +=Z