第三章 输气管道热力计算

第八节等流量复杂管的计算前面介绍的公式适用于一条直径、流量都不变化的管线，这种管线称简单管。

在实际工程中，我们的输气管从起点到终点之间都是一个封闭的体系，那么封闭的体系里面像这种简单的直管线它是非常少的，涉及管线较为复杂，如沿途有进气和分气的管线，即各管段输量不等。

经常遇到的都是复杂管系，经常有一些管网和分支，有一些变径管、副管，平行管等等的一些管系，（又如，变径管、平行管、副管等等，除简单管外），统称为复杂管。

这节主要讲述怎样用简单管的计算公式来解决等流量复杂管的水力计算。

对复杂管输气管进行水力计算时，常用两种方法把复杂输气管变成简单输气管，以便用简单管的水力公式求解复杂管的流量—压降关系。

一、当量管法复杂管以简单管代替，使其输气效果相同（起终点的压降也是相同的，有相同输量），该简单管称该复杂管的当量管。

（前提输送效果是相当的。

）1.当量管径法：（当量管径法）选定当量管长，以输气效果相同作为目标，来确定当量管直径。

例子：如图：以当量管代替平行管，根据输气效果求相同来求De，由威式公式：0.5222.67120w P P Q C D z TL ⎡⎤-=⎢⎥∆⎣⎦因为，对每条管线只有Q 和D 不同（其它的参数都一样，进出站的压力都相等），故变成2.6711Q AD = 0.52212w P P A C z TL ⎡⎤-=⎢⎥∆⎣⎦2.6722Q AD = 2.67 2.67 2.671212e e Q AD Q Q AD AD ==+=+ 2.67 2.6712e D D D =+ 如两条旧1m 平行管用一条新的管线代替，P 1、P 2、Q 、L 相同，则新管直径2.672e D = 2.672 1.29e D m -==（当量管经法的原理）若平行管长度不等为L 1和L 2，我们当量管的长度是le 的话，则威式公式变为：2.670.5D Q A l '= 0.52212w P P A C z T ⎡⎤-'=⎢⎥∆⎣⎦分别对平行管个当量管列出方程，这样我们就可以得到当量管长法。

输气管道课程设计姓名：李轩昂班级：油储1541学号：201521054114指导教师：任世杰目录前言------------------------------------------------------------------------------------------------- 4第一章设计概述---------------------------------------------------------------------------------- 51.1设计原则--------------------------------------------------------------------------------- 51.2 管道设计依据和规范----------------------------------------------------------------- 51.3长输气管道设计原始资料------------------------------------------------------------ 61.3.1天然气管道的设计输量 ------------------------------------------------------- 61.3.2气源特性 ------------------------------------------------------------------------- 61.3.3气源处理 ------------------------------------------------------------------------- 61.3.4管道设计参数 ------------------------------------------------------------------- 71.3.5基本经济参数 ------------------------------------------------------------------- 7第2章管道工艺计算---------------------------------------------------------------------------- 92.1天然气物性参数计算------------------------------------------------------------------ 92.1.1天然气的平均分子质量、平均密度和相对密度------------------------- 92.1.2天然气压缩因子的计算 ------------------------------------------------------- 92.1.3天然气粘度计算 -------------------------------------------------------------- 102.1.4定压摩尔比热 ----------------------------------------------------------------- 102.2输气管道水力计算------------------------------------------------------------------- 112.2.1雷诺数的计算 ----------------------------------------------------------------- 112.2.2管道内压力的推算 ----------------------------------------------------------- 122.2.3管道壁厚推算 ----------------------------------------------------------------- 122.3输气管道热力计算------------------------------------------------------------------- 122.3.1总传热系数 -------------------------------------------------------------------- 122.3.2天然气的平均地温 ----------------------------------------------------------- 132.3.3考虑气体的节流效应时输气管沿管长任意点的温度计算----------- 132.4管道工艺计算结果------------------------------------------------------------------- 142.4.1首站到分输站1 --------------------------------------------------------------- 142.4.2分输站1到分输站2 --------------------------------------------------------- 142.4.3分输点2到末点 -------------------------------------------------------------- 152.5输气方案的确定---------------------------------------------------------------------- 152.5.1管道及各站场投资 ----------------------------------------------------------- 152.5.2其他费用 ----------------------------------------------------------------------- 162.5.3方案经济比较分析 ----------------------------------------------------------- 16 第3章线路校核----------------------------------------------------------------------------- 183.1埋地管道校核------------------------------------------------------------------------- 183.1.1强度计算 ----------------------------------------------------------------------- 183.1.2弹性敷设计算 ----------------------------------------------------------------- 19 第4章储气调峰-------------------------------------------------------------------------------- 214.1用气概况------------------------------------------------------------------------------- 214.2调峰设计------------------------------------------------------------------------------- 214.2.1日调峰方式 -------------------------------------------------------------------- 214.2.2调峰储气量的确定 ----------------------------------------------------------- 214.3管道末端储气------------------------------------------------------------------------- 23 第五章结论-------------------------------------------------------------------------------------- 26 附录A -------------------------------------------------------------------------------------------- 27 附录B -------------------------------------------------------------------------------------------- 30 附录C -------------------------------------------------------------------------------------------- 31 附录D -------------------------------------------------------------------------------------------- 32前言未来几年内，全世界天然气消费年均增长率将保持3.9%，发展速度超过石油、煤炭等其他能源。

一、天然气概况1、天然气定义：从地下开采出来的可以燃烧的气体2、天然气来源：气田气，油田气。

3、天然气组成：60%～90%为甲烷和乙烷，10%～40%的丙，丁，戊烷及重烃，在工标状态下只有甲、乙、丙、丁烷为气态，其余都为液态。

二、输气管道概况1、输气管道分类：矿场集气管道，干线输气管道，城市配气管网2、世界著名大型输气管道:前苏联乌连戈依——中央输气管道，全系统由6条输气干线组成，最著名的属亚马尔输气管道。

该管道在苏联境内长4451km，建设了41座压缩机站和2座冷却站，经西西伯利亚地区穿越水域945km，穿越河流700余处。

3、中沧线是中国第一次采用燃气轮机驱动离心压缩机输送油田伴生气的输气管线。

4、西气东输管线包括：青海涩北至甘肃兰州（2000年开工，02年竣工投产），重庆忠县至武汉（2000年开工），塔里木至上海（02年7开工，全长400多千米，管径1016mm，操作压力10MPa）5、中国未来十年管网总体布局：两纵，两横，四枢纽(在北京，上海，信阳和武汉设立调度中心或分调度中心)，五气库（在北京，上海，大庆，山东，和南阳建立地下储气库）6、管道防腐技术：从简单的人工除锈刷漆发展到外涂层与阴极保护和牺牲阳极相结合的联合保护。

自1964年开始使用阴极保护到今天，所有的输气管道上都建有阴极保护站，单站保护长度可达50～80km.输气管道的主要工艺设备包括压缩机组，阀门，计量设备和调压设备。

三、天然气的性质1、天然气的分类（1）按矿藏特点分：纯气藏天然气（在天然气开发过程中，不论何阶段流体在地层中均成气体，采出地面后可能有部分液体析出），凝析气藏天然气（矿藏流体在地层原始状态呈气态，但开采到一定阶段，随地层压力减小有部分烃类在地层中呈液态析出），油田伴生天然气（与原油共存，开采时与原油同时被采出，经油气分离得到的天然气）（2）按烃类组分关系分：干气（地层中呈气态，开采出后在管线设备中也不会有液态烃析出），湿气（地层中呈气态，在一般地面设备的温度、压力下有液态烃析出），富气（丙烷级以上烃类含量大于100 ml/m3），贫气（丙烷级以上烃类含量小于100 ml/m3）（3）按硫化氢、二氧化碳含量分：酸性天然气（含有显著地以上成分，要经过处理才能达到管输商品天然气的标准的天然气），洁气（以上含量甚微，不需净化处理的天然气）2、工程标准状态：20℃（293.15K），1.01325×10^5Pa，这是中国计量气体体积流量采用的标准标准状态：0℃（273.15K），1.01325×10^5Pa3、理想气体状态方程：PV=nRTP——气体压力，PaV——m kg或n kmol气体体积，m^3n——气体千摩尔数，kmolR——气体常数，Kj/(kg·k)T——气体温度，k实际气体状态方程：PV=ZRTZ——压缩因子，在工标或是标态下认为Z=14、露点定义：在压力一定的情况下，逐渐降低气体温度，当天然气中水蒸气开始凝结时的温度。

燃气管道的流量计算和水力计算公式燃气管道的流量计算和水力计算公式第一节燃气需用工况城市各类用户的用气情况是不均匀的，是随月、日、时而变化的。

这是城市燃气供应的一个特点。

用气不均匀性可以分为三种，即月不均匀性(或季节不均匀性)、日不均匀性和时不均匀性。

城市燃气需用工况与各类用户的需用工况及这些用户在总用气量中所占的比重有关。

各类用户的用气不均匀性取决于很多因素，如气候条件、居民生活水平及生活习惯机关的作息制度和工业企业的工作班次，建筑物和车间内装置用气设备的情况等，这些因素对不均匀性的影响，从理论上是推算不出来的，只有经过大量地积累资料，并加以科学的整理，才能取得需用工况的可靠数据。

1 、月用气工况影响居民生活及公共建筑用气月不均匀性的主要因素是气候条件。

气温降低则用气量增大，因为在冬季一些月份水温低，故用气量较多，又因为在冬季，人们习惯吃热食，制备食品需用的燃气量增多，需用的热水也较多。

反之，在夏季用气量将会降低。

公共建筑用气的月不均匀规律及影响因素，与各类用户的性质有关，但与居民生活用气的不均匀情况基本相似。

工业企业用气的月不均匀规律主要取决于生产工艺的性质。

连续生产的大工业企业以及工业炉用气比较均匀。

夏季由于室外气温及水温较高，这类用户的用气量也会适当降低。

建筑物供暖的用气工况与城市所在地区的气候有关。

计算时需要知道该地区月平均气温和供暖期的资料。

根据各类用户的年用气量及需用工况，可编制年用气图表。

依照此图表制订供气计划，并确定给缓冲用户供气的能力和所需的储气设施，还可预先制订在用气量低的季节维修燃气管道及设备的计划。

一年中各月的用气不均匀情况用月不均匀系数表示。

根据字面上的意义，它应该是各月的用气量与全年平均月用气量的比值，但这不确切，因为每个月的天数是在28～31天的范围内变化的。

因此月不均匀系数K1值应按下式确定全年平均日用气量该月平均日用气量1k （3-1） 12个月中平均日用气量最大的月，也即月不均匀系数值最大的月，称为计算月。

29输气管的热力计算（完整）第九节输气管的热力计算这章我们主要讲述在输气管里面，能量的转换，由于输气管的温度和周围环境的温度有温差，这章我们来讲如何计算输气过程中，气体的温度随着输送距离的改变。

实际输气管线都不是等温流动（在第本章前面讲到，假设温度时常数，我们知道这个假设和实际是有出入的，这节就讲我们实际的输气管线温度的变化规律），热力计算的目的：1.计算平均气体温度，和平均压力一起计算z值，即平均温度求Q。

2.根据沿线温降曲线（根据温降曲线结合压降曲线），分析凝析水和水合物可能形成的段落。

在输气管线中一个非常重要的特点就是，在某些压力、温度条件下，如果管线中还有水分的话，它就会形成天然气的水合物，天然气的水合物和凝析水在哪个位置能形成，它们形成的条件，我们就需要通过温降曲线结合压降曲线来进行判断可能形成的区段。

3.为管线热应力计算和绝缘层选材提供依据。

（在设计管线的时候，我们要对管线的局部的一些应力来进行校核，对管线的可靠性来进行校核，如弯头，有跨越的地方等等，校核时候很重要的一个参数就是热应力，因为管线是钢材的，它有一个特性就是热胀冷缩，根据最高温度和最低温度差，当热胀和冷缩的时候他有一个热应力，这时候我们就需要进行计算温度，为计算提供一个基础？的数据；同时根据温度可以选择绝缘层的材料，绝缘层材料是和温度有关系的，温度不同，对绝缘层的要求也不一样）。

一、公式推导由第二章稳定流动的气管能量方程（基础就是前面的三个方程）22V dQ d h sg ??=++(流体与外界的换热量等于流体自身能量的变化）教材中推导时忽略了后两项一个是动能的变化，另一个是位能的变化。

由热力学第一定律，开口系统（闭口系统和开口系统，这个开口系统他有一个流动功pv ，）稳定过程的能量方程：公式中的h 、是指焓。

dpdQ dh vdp dh ρ=-=-dx 管段上，单位质量气体的热量变化等于焓增dh 减去vdp ，vdp 是气体膨胀功和推动功的代数和，即：211221pdv p v p v =-?dQ 包含了两个部分：与外界交换的热量和摩擦生热。

《中华人民共和国石油天然气管道保护法》贯彻执行实施手册作者：编委会出版社：中国石化出版社出版日期：2009年07月开本：16精装册数：全一卷光盘数：0定价：296元优惠价：148元进入20世纪，书籍已成为传播知识、科学技术和保存文化的主要工具。

随着科学技术日新月异地发展，传播知识信息手段，除了书籍、报刊外，其他工具也逐渐产生和发展起来。

但书籍的作用，是其他传播工具或手段所不能代替的。

在当代, 无论是中国，还是其他国家，书籍仍然是促进社会政治、经济、文化发展必不可少的重要传播工具。

详细介绍：《中华人民共和国石油天然气管道保护法》第一篇石油天然气管道保护基础第一章石油天然气管道保护概述第二章油气管道保护巡查第三章管道的腐蚀破坏第二篇管道防腐层保护与维护技术第一章防腐层防腐原理第二章防腐层基本知识第三章沥青类防腐层第四章环氧粉末防腐层第五章聚乙烯防腐层第六章涂装前管道表面预处理第七章管道防腐层补口与补伤第八章管道防腐层维护技术第三篇管道阴极保护技术与系统运行管理第一章概述第二章强制电流阴极保护第三章牺牲阳极阴极保护第四章阴极保护附属设施第五章区域性阴极保护第六章管道阴极保护系统运行管理第四篇石油天然气管道杂散电流腐蚀防护、缓蚀剂保护与管道水工保护第一章杂散电流腐蚀与防护技术第二章缓蚀剂保护技术第三章管道水工保护技术第五篇管道使用保护新技术第一章输油管道的水击和保护第二章油气管道清管、试压与干燥第三章油气管道试运投产第六篇油气管道保护过程中的安全管理及环境保护第一章安全管理第二章环境污染及防护第七篇石油天然气管道安全施王计算第一章输油管道概况和勘探设计第二章石油管道水力计算第三章输气管道的水力、热力计算第八篇石油天然气管道安全施王设计第一章低黏低凝石油输送管道的设计第二章高勃易凝原油管道输送设计第三章油气管道强度设计第九篇输油站与输气站管道王程设计第一章输油站场及其主要设备第二章输气站与管线联合工作第三章输气站工艺流程第四章油气管道线路工程施工第五章油气管道站内工程施工第十篇油气长输管道穿越障碍物施工第一章定向钻敷管穿越施工第二章管道定向钻穿越施工工程设计第三章顶管穿越设计与施工第四章管道盾构穿越障碍设计与施工第五章油气管道传统方法穿越障碍施工第十一篇长输管道焊接技术第一章长输管道施工工艺简介第二章长输管道施工焊接管理第三章管道工程焊接工艺评定及焊接工艺规程第四章客道焊接材料第五章管道焊接设备第六章焊条上向焊焊接工艺第七章焊条下向焊焊接工艺第八章药芯焊丝焊接工艺第九章STT焊接技术第十章双管联焊技术第十一章管道自动焊技术第十二章管道无损检测方法第十三章长输管道典型焊接工艺简介第十二篇油气管道仪表与自动化应用与管理第一章油气管道常用的压力仪表第二章温度仪表第三章液位仪表第四章油气管理计算设备第五章油气成分分析与管理第六章安全监控仪表第七章油气管道事故紧急第八章自动切断阀和水击保护《中华人民共和国石油天然气管道保护法》贯彻执行实施手册《中华人民共和国石油天然气管道保护法》贯彻执行实施手册《中华人民共和国石油天然气管道保护法》贯彻执行实施手册《中华人民共和国石油天然气管道保护法》第一篇石油天然气管道保护基础第一章石油天然气管道保护概述第二章油气管道保护巡查第三章管道的腐蚀破坏第二篇管道防腐层保护与维护技术第一章防腐层防腐原理第二章防腐层基本知识第三章沥青类防腐层第四章环氧粉末防腐层第五章聚乙烯防腐层第六章涂装前管道表面预处理第七章管道防腐层补口与补伤第八章管道防腐层维护技术第三篇管道阴极保护技术与系统运行管理第一章概述第二章强制电流阴极保护第三章牺牲阳极阴极保护第四章阴极保护附属设施第五章区域性阴极保护第六章管道阴极保护系统运行管理第四篇石油天然气管道杂散电流腐蚀防护、缓蚀剂保护与管道水工保护第一章杂散电流腐蚀与防护技术第二章缓蚀剂保护技术第三章管道水工保护技术第五篇管道使用保护新技术第一章输油管道的水击和保护第二章油气管道清管、试压与干燥第三章油气管道试运投产第六篇油气管道保护过程中的安全管理及环境保护第一章安全管理第二章环境污染及防护第七篇石油天然气管道安全施王计算第一章输油管道概况和勘探设计第二章石油管道水力计算第三章输气管道的水力、热力计算第八篇石油天然气管道安全施王设计第一章低黏低凝石油输送管道的设计第二章高勃易凝原油管道输送设计第三章油气管道强度设计第九篇输油站与输气站管道王程设计第一章输油站场及其主要设备第二章输气站与管线联合工作第三章输气站工艺流程第四章油气管道线路工程施工第五章油气管道站内工程施工第十篇油气长输管道穿越障碍物施工第一章定向钻敷管穿越施工第二章管道定向钻穿越施工工程设计第三章顶管穿越设计与施工第四章管道盾构穿越障碍设计与施工第五章油气管道传统方法穿越障碍施工第十一篇长输管道焊接技术第一章长输管道施工工艺简介第二章长输管道施工焊接管理第三章管道工程焊接工艺评定及焊接工艺规程第四章客道焊接材料第五章管道焊接设备第六章焊条上向焊焊接工艺第七章焊条下向焊焊接工艺第八章药芯焊丝焊接工艺第九章STT焊接技术第十章双管联焊技术第十一章管道自动焊技术第十二章管道无损检测方法第十三章长输管道典型焊接工艺简介第十二篇油气管道仪表与自动化应用与管理第一章油气管道常用的压力仪表第二章温度仪表第三章液位仪表第四章油气管理计算设备第五章油气成分分析与管理第六章安全监控仪表第七章油气管道事故紧急第八章自动切断阀和水击保护作者：编委会出版社：中国石化出版社出版日期：2009年07月开本：16精装册数：全一卷光盘数：0定价：296元优惠价：148元本店订购简单方便，可以选择货到付款、汇款发货、当地自取等方式全国货到付款，满200元免运费,更多请登陆文成图书。

关于长距离输气管道的热力计算分析摘要：由于天然气纯度高，点燃后不向外界排硫化物等有害气体，目前已被广泛应用。

天燃气在开采后需要进行压缩，产生高压气后运输到燃气输出站点再进行缓释，通过压缩气体可以提高其运输效能，解决市民的用气需要。

但是，由于运输天燃气的管线内部受到的压强很大，如果发生断裂或者其他破坏，会导致燃气外泄，甚至可能引发安全事故。

因此，加强天然气管道运行的安全管理工作，具有十分重要的现实意义。

关键词：天然气；长距离；输气管道；热力计算；温度引言天然气属于我国社会发展的重要能源，尽管我国在大力发展可再生能源，但是由于发展可再生能源的难度相对较大，在短时间内可再生能源仍然无法全面代替不可再生能源，因此，在未来的社会发展中，天然气能源仍然十分重要。

天然气能源的输送方式相对较多，例如轮船输送、汽车输送以及管道输送，轮船输送主要用于国际能源交易，汽车输送主要用于加气站能源供给，管道输送主要用于国内能源调配。

对于管道输送方式而言，尽管其安全性相对较高，但是在输送的过程中仍然可能会出现安全问题。

本次研究主要是对影响管道输送的因素进行综合分析，并提出管道输送的安全保障措施，为保障我国的能源供给奠定基础。

1长距离输气管道的热力计算概述燃气管道的优化是通过合理选择操作方法降低管道中压缩机的能耗。

问题很大，目标函数和约束不是凸的和非线性的。

因此，通常很容易“求解”，或者使用仿真软件选择多个运行状态并不理想。

由于算法的特点，动态规划算法和遗传算法都不是由于本文用于优化管道运行概念的非线性和非凸优化问题，从而将动态规划方法与影响结果优化和计算速度的遗传算法进行了比较。

分析了气流优化过程中动态规划和继承算法在不同工况下气流管线数量和流量的适应性。

2输气管道的水力计算输气管水力计算是研究流量与压力之间的关系。

一般输气管水力计算讨论的一切问题都是建立在三个假设的基础之上的：①气体在管内稳定流动，即在任一瞬间、任一截面上的气体质量流量保持不变；②气体在管道中的流动过程温度不变，计算时采用某个平均温度；③水力摩阻系数λ是常数且沿管长不变。