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第三节管道阻力计算管道阻力计算是管道工程设计中的一个重要环节，通过计算管道的阻力，可以确定管道系统的运行压力、流量和泵站功率等参数，从而合理设计管道系统，提高系统的运行效率。
管道阻力是指液体在管道中流动时受到的阻碍，其大小与管道的内径、长度、流量和流体性质等因素有关。
管道阻力计算的基本原理是根据管道的一维稳态流动理论，利用流体力学公式和实验数据，建立管道阻力计算公式。
一般来说，管道阻力可以分为摩阻、局部阻力和特殊情况阻力三种情况。
首先，摩阻是指由于流体黏性阻碍流体在管道中流动所产生的摩擦阻力。
管道摩阻损失的大小与管道的内径、长度、流速和流体性质等因素有关，一般可以通过Darcy-Weisbach公式或Colebrook公式进行计算。
其中Darcy-Weisbach公式为：ΔP=f×(L/D)×(ρV^2/2)其中ΔP为管道的压降，f为摩擦系数，L为管道长度，D为管道内径，ρ为流体密度，V为流速。
其次，局部阻力是指由于管道内部存在突变、弯曲、分支、阀门等特殊构件而产生的附加阻力。
局部阻力的计算通常通过失压系数或阻力系数进行，这些系数一般由实验数据确定。
常见的局部阻力计算公式有：ΔP=K×(ρV^2/2)其中ΔP为管道的压降，K为失压系数或阻力系数，ρ为流体密度，V为流速。
最后，特殊情况阻力是指由于特殊情况，如管道内部存在流动障碍物、气液两相流、可压缩流体等而产生的阻力。
这些阻力一般需要通过实验或专门的计算方法进行确定。
在实际的管道工程设计中，一般将管道阻力计算分为整体计算和局部计算两个步骤。
整体计算主要是根据管道的K-value或曼宁系数，计算管道的摩阻损失。
局部计算则是按照实际的管道布局和特殊构件，计算各个局部阻力的大小，并将其加入到整体计算中。
另外，为了提高计算的准确性，还需考虑管道的流型、流动状态和流体性质的影响。
总之，管道阻力计算是管道工程设计中的重要环节，通过合理计算管道阻力，可以为管道系统的设计和运行提供科学依据。
四川油田输气管线摩阻系数计算公式1999年l1月石油ACTAPETROLE1SINICA第2O卷第6期.四川油田输气管线摩阻系数计算公式斗一I1/'毛玲,『|777j/(四川大学)(石—(四川石油管理局)f,'摘要:应用素流力学理论.分别对光滑昔紊流,部分粗糙管紊箍和完全租糙昔素流三种情况,导出了摩阻秉敷与雷诺敷和租糙度的关联式利用四川油田理持昔蝮运行敷据和鼓学方法拟台出摩阻幕敷计算公式,利用其他臂线敷据比较拟台公式计算结果与实际唪阻系敷的误差:结粜表明,遗些公式的误差至少比现场常用的PanhandleA公式小14以上,比PanhandleB盛式小21%以上:主题词:圭立虚挂;兰垒耋;笪重些四川旦1前言随着天然气利用和开发的日益广泛,输气管道水力计算变得越来越重要.从本世纪初开始,国外就对此做了大量的工作.他们根据流体力学知识以及实验与现场数据,提出了一整套天然气流动理论.目前,我国在这方面的研究较少,输气管线设计与管理仍广泛沿用Panhandle公式.由于技术条件的不同,该式不符合中国天然气工业的发展状况因此提出一套适合中国,尤其是四JII油田现场条件的水力计算公式,已是输气管道设计与管理的迫切要求.在川南和川西北选择6条管线作为研究对象,共测得数据1629组.在查阅大量国内外有关文献[1和分析大量现场数据的基础上,提出了适用于四川油田输气管线的摩阻系数计算公式.2摩阻系数关联式的推导2.1利用简化混台长度经验公式推导摩阻系数关联式将Nikuradse混合长度公式简化为I/R=0,14一O.14(】一/R)..这里,z为混合长度;R 为管道半径为原点在内壁,指向圆心的坐标.由此推导出流速分布公式为.-～筹～rctsJ式中一为最大流速j"为流速jV,为摩阻流速;为常数,一0.14.2.1.1光滑管紊流公式由紊流理论【,粘性次层厚度岛与fly.成正比,这里为运动粘度.由式(1),可得平均流速="一--4.76V根据式(1),平均流速公式以及光滑管紊流的性质,可得—一4In(Re√)+一(2)式中^为摩阻系数;口,b,c,d为待定常数;Re为雷诺数.若假设粘性次层厚度岛与v/v 成正式,则摩阻系数公式的形式变为口ln(R—)十十c(3)+邦永刚.男,1963年5月生.1993年于西南石油学院石油工程系获博士学位,1995年于四川大学获博士后证书.瑰为四川大学鼓授.叠讯赴:四JIl省成都市.邮政编码:610065.78石油第20卷21.2完全粗糙管紊流公式此时粘性次层已不能覆盖粗糙突起.假设Y—e时粗糙度e代替,可推得完全粗糙管摩阻系数公式去n+去+c式中D为管线直径U—u,且壁面粗糙突起处流速U与V.成正比.用当量去n(一+c㈨2.2由V onKarman速度分布律推导摩阻系数公式由V onKarman相似性假设可推得管内流速分布律']…一√]+2.2.1光滑管紊流公式根据式(j),用类似方法可推得lalnRe++c2-22晃全租挺臂萧习If公式设y=s时,--U,因此由式(5),可得一x+一|+设与V.成正比,并注意V.与^的关系,由式(7)可得去～-n++c3拟合关联式中的待定常数3.1摩阻系数关联式(5)(6)(7)(8)根据上述推导及现有摩阻系数公式,可得摩阻系数结构关联式.3.1.1光滑管紊流式(2)和式(3)可用于研究光滑管紊流.3.1.2部分粗糙管紊流适合光滑区的PanhandleA公式^一0.08472R_.";适合完全粗糙区的PanhandleB公式;^一0.01471Re'.由于部分粗糙区位于光滑区与完全粗糙区之间,所以对部分粗糙管紊流,可得关联式^一aRe(9)同理,也可以利用式(3)研究部分粗糙管紊流.由文献[2]中的AIuy公式,可得如下关联式Ibn【+南)(1o)3.1.3完全粗糙管紊流式(4a)和式(4b)可以用于研究完全粗糙管紊流.由Nikuradse公式,可得关联式—～g【寺)+b(11)3.2拟台公式利用上述关联式和四川油田现场数据,拟合各公式中的常数,可得到相应的摩阻系数公式.第6期四川油田输气管线摩阻系数计算公式3.2.13.2.2光臂冒甭丽公式—一一49.11351n(Re一72265.1)一塑+660.455^^去-2l275601一2….3g)一一24_426o√^—一一l1.00111n(ReT)一2259928+152.465√^-v'部分租糙管紊流公式一0.046577Re一.'.'..去26407ln(R59.03)+_25_8549—o.ooss6(+!旦;)..".'3.2.3完全租糙管紊流公式万1zsⅢn一87534,3sssss去一0.598190n【一s.)一埘?寺+1.018404现场检验去一5.40798一.?..s..og((12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(2O)从四川油田正在运行中的输气管线上测得数据(包括起点压力,终点压力,温度和流量),分别对光滑管紊流,部分粗糙管紊流和完全粗糙管紊流计算各工况下的摩阻系数,即为测量摩阻系数.在计算摩阻系数中,使用全苏气体研究所对于干燥天然气的经验公式计算压缩因子.根据四川石油管理局输气公司对所研究管线粗糙度的测量结果,取当量粗糙度为25tzm.再利用上述拟合公式计算相应的摩阻系数.比较摩阻系数计算值与测量值之间的误差.比较结果见表1～3,其中表内的平均误差是所有误差取绝对值后再平均所得到的误差值,最大误差是其绝对值最大的误差值.裹1光滑蕾蠢流公式的计算螬果夏误差比较Table1Calculationresnltsanderrorcomparisonofturlmlentformulasforsmoothpipe8O石油第20卷由表l可见,公式(12)的平均误差最小,但考虑到它的形式为隐式,使用时需迭代,并且有时迭代不收敛所以推荐使用公式(13).公式(13)的相对误差比PanhandleA公式小22以上.襄2部分粗糙管紊瀛公式的计算结果殛误差比较Table2CalculationresultsanderrorcompaHsonofturbulentformulasforpartialroughplpe 由表2可见,对于部分粗糙管紊流,公式(15),(16),(17)基本上具有相同的精度,其误差比PanhandleA公式小14以上,比PanhandleB公式小26以上.公式(15)的形式简单,公式(17)的适用范围更广,这三个公式的精度都较高.采3完全扭糙管紊流公式的计算结果夏误差比较Table3Calculationresultsanderrorcomparisonofturbulentformulasforfullroughpjpe第6期四Il油田输气管线摩阻系数计算公式81由表3可见,对完全粗糙管紊流,公式(2o)的精度最高,且形式简单,其误差可比PanhandleB公式小21以上,故推荐使用式(20).5结束语综上所述,对于光滑管紊流推荐使用式(13),该式的误差比PanhandleA公式小22以上;对于部分粗糙管紊流推荐使用式(15),(16),(17),这三个公式具有基本相同的精度,其误差都比PanhandleA公式小14以上,比PanhandleB公式小26以上,故这三个公式都可用于部分粗糙管紊流摩阻系数的计算;对于完全粗糙管紊梳推荐使用式(2.),该式的误差比PanhandleB公式小2】以上.本文对摩阻系数的研究还是初步的,要得出适合我国输气管线的摩阻系数计算公式,还必须做大量的研究工作.参考文献[13SthllchtingHBoundaryLairtheoryNewY ork7thEdition.McGrawHiLLBookCompan yt1979[23*~]bTIDyJlhAr}up…ec…∞np…….M0c…HqI,1982,[3]窦国仁紊流力学.北京:高等教育出版社.1987[43DrewTBThefrictionfactorforcleanroundpipes.TransactionofAIChEt1932?28.56～72[5]Moody[FandPrincetonNFriction~aetorsforpipeflowTransactionsoftheASMEti9441I :671～684[6]蒲家宁紊强摩区十十显式摩阻公式的比较{由气储运,1987,2(2):13～16一[7]WoodDJAnexpIicitfractionfactorrelationship.Civilengirteering,1966,36(12):91～66[8]JainAK.AccurateexpIicitequationforfrictionfactor.ASCEhydraulicdivisnJ.,1976—05,102(HY9).[9]ChurchiLlSW.Friction—factorequationspansallfluidflowregimes.Chetrdcalengineering,1977,84(24):91~99 (车文收到日期1998.03—02修订日期1998—0514编辑张君娥)。
《输油管道设计与管理》书面作业作业题目1．某长输管线按“从泵到泵”方式输送柴油，输量为50万吨／年，管材为φ159×6，管壁粗糙度e＝0.1mm。
管线的最高工作压力64×105Pa，沿线年平均地温t0＝12℃，最低月平均地温t0＝3℃，年工作日按350天计算。
泵站选用65y-50×12型离心泵，允许进口压力为0-40m油住，每个泵站的站内损失按20m油柱计算。
首站进站压力取20m油柱。
泵特性：ρt＝ρ20-ξ(t-20) kg/m3ξ＝1.825-0.00l315ρ20kg/m3℃按平均地温试作以下计算：(1) 按米勒和伯拉休斯公式计算输送柴油的水力摩阻系数，并比较计箕结果的相对差值。
(2) 若改输汽油，按列宾宗公式和伊萨也夫公式计算水力摩阻系数，比较计算结果的相对差值。
(3) 输送柴油的工艺计算：①用最小二乘法求泵特性方程，比较计算与实测值的相对误差。
②确定泵站泵机组的运行方式及台数(不计备用泵)。
③按列宾宗公式计算水力坡降，求所需泵站数并化整。
④用解析法求工作点。
⑤在管线纵断面图上布置泵站。
⑥根据站址计算全线各站进、出站压力，检查全线动静水压力。
⑦计算冬季地温3℃时，输送柴油的工作点及各站的进、出站压力，并与年平均地温时的进、出站压力比较。
⑧从起点到翻越点，计算平均站间距L f／n、起点至各站的平均站间距L j／j，据此定性分析油品粘度变化时各站进站压力的变化趋势。
对比⑥、⑦的计算结果是否符合这个规律，若不符合，请说明原因。
2．管路热力计算某管路长286km，采用φ426×8钢管，埋深1.4m，沿线冬季月平均地温2℃，月平均气温-10℃。
管壁粗糙度e＝0.1mm。
(1) 计算管路保温与不保温的总热阻及总传热系数(埋地不保温管线沥青防腐绝缘层厚度7mm，埋地保温管线用聚氨脂泡沫塑料，厚40mm，外面有沥青防水层，厚7mm，忽略α1及钢管热阻)。
(2) 若管线架空铺设，试计算不保温及有40mm厚的聚氨脂泡沫塑料保温层时，管线的总热阻及总传热系数。
原油集输管道原油集输管道的沿程摩阻计算公式8.2原油集输管道8.2.1油气混输管道的沿程摩阻，当所输液体呈牛顿流体时，可按本规范附录C所列杜克勒Ⅱ法和贝格斯-布里尔方法计算，也可采用经生产实践证明可行的其他方法计算。
8.2.2原油集输管道的公称直径不应小于40mm。
8.2.3油田内部原油集输管道的液体流速宜为0.8m／s～2m／s。
油田内部稠油集输管道的液体流速宜为0.3m／s～1.2m／s。
8.2.4原油集输管道的沿程摩阻可按下列公式计算：式中：h——管道沿程摩阻(m)；L——管道长度(m)；d——管道内径(m)；v——管内液体流速(m／s)；q v——原油的体积流量(m3／s)；g——重力加速度，g＝9.81m／s2；λ——水力阻力系数，可按表8.2.4确定。
表8.2.4水力阻力系数λ计算公式式中：Re——雷诺数；v——液体的运动黏度(对含水油为乳化液黏度)(m2／s)；ε——管道相对粗糙度，；其中e为管道内壁的绝对粗糙度(m)，按管材、制管方法、清管措施、腐蚀、结垢等情况确定，油田集输油管道可取e＝0.1×10-3m～0.15×10-3m。
式中其他符号意义与本规范公式8.2.4-1、公式8.2.4-2中相同。
8.2.5埋地集输油管道总传热系数应符合下列规定：1应根据实测数据经计算确定。
不能获得实测数据时，可按相似条件下的运行经验确定。
2当无实测资料进行初步计算时，沥青绝缘管道的总传热系数可按照本规范附录D选用；硬质聚氨酯泡沫塑料保温管道的总传热系数可按照本规范附录E选用。
8.2.6埋地集油管道伴热输送双管管组[(D2／D1)≤3]的热力条件，可按本规范附录F所列公式进行近似计算。
8.2.7集输管道的沿程温降可按本规范公式8.1.2计算，其中t1为管道起点的流体温度，t x 为管道终点的流体温度，x＝L(管道全长)。
系数a可按下式计算：式中：K——总传热系数[W／(m2·℃)]；D——管道外径(m)；q m——原油的质量流量(kg／s)；C——原油比热容[J／(kg·℃)]。
