输气管道热力计算

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。

管道输气能力理论计算管道输气能力是指管道在一定的压力、温度和流量条件下，所能输送的天然气或其他气体的最大量。

管道输气能力的理论计算依赖于流体力学和热力学原理，以及管道的几何特征、材料性质等因素。

以下是关于管道输气能力理论计算的一些主要内容。

首先，管道输气能力的计算需要确定流体的压力、温度和密度等参数。

在计算之前，需要根据设计要求和现场实际情况确定管道的内径、长度、输送气体的物理性质以及管道的工作条件等参数。

其次，根据流体力学原理，可以利用连续方程和能量方程来计算管道内气体的速度和压力变化。

连续方程用来描述流体的连续性原理，即单位时间内流过管道截面的质量必须相等。

能量方程则用来描述气体的能量变化，包括气体的压力、温度和速度等参数的关系。

通过连续方程和能量方程的计算，可以得到管道内气体的流速、压力分布和温度分布等参数。

根据这些参数可以进一步计算输气能力。

然后，根据管道的几何特征和气体的流动性质，可以采用一些经验公式或者理论模型来计算管道的输气能力。

其中最常用的是Colebrook公式和Weymouth公式。

Colebrook公式用来计算流体在光滑管道中的摩擦阻力系数，该公式基于实验数据和经验关系，可以准确地计算管道内气体的摩擦阻力。

根据Colebrook公式，可以计算出管道的摩擦系数，并据此计算管道的压力损失。

Weymouth公式是一种经验公式，可以用于计算管道中天然气的流量和压力降。

该公式基于气体的流动特性和管道的几何参数，根据Weymouth公式可以计算出管道的流量系数和压力降。

利用上述公式和模型，可以计算出管道的输气能力，即单位时间内通过管道的气体质量或体积。

除了上述方法，还可以采用数值模拟方法，如计算流体力学（CFD）方法来计算管道的输气能力。

CFD方法可以更准确地模拟管道内气体的流动和压力变化，从而得到更准确的输气能力计算结果。

总之，管道输气能力的理论计算是一个复杂的过程，需要考虑诸多因素，如管道的几何特征、气体的物理性质、流体力学原理等。

KD e1 1i D n 2D WI2 L D L(1-1 )1管道总传热系数管道总传热系数是热油管道设计和运行管理中的重要参数。

在热油管道稳态运行方案的工艺计算中，温降和压降的计算至关重要，而管道总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降的计算结果。

1.1利用管道周围埋设介质热物性计算K值管道总传热系数K指油流与周围介质温差为1C时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。

当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：式中：K ――总传热系数，W/( m2C)；D e ――计算直径，m；(对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径)；D n ――管道内直径，m；D W ------- 管道最外层直径，m;1――油流与管内壁放热系数，W/(m2C)；2---- 管外壁与周围介质的放热系数，W/(m2C)；i ――第i层相应的导热系数，W/(m・C )；D i，D i 1 ――管道第i层的内外直径，m其中i 1,2,3...n ；D L结蜡后的管内径，m为计算总传热系数K ,需分别计算内部放热系数1、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数(1)内部放热系数1的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用2 o1与放热准数N u、自然对流准数G r和流体物理性质准数P r间的数学关系式来表示在层流状态(Re<2000,当Gr Pr 500时:INu y —ld 3.65(1-2)15 C 时的原油密度，kg/m 3；在层流状态(Re<2000,当Gr Pr 500时：― id c 0.33 f 0.43 — 0.1Nu y 一 0.15Re y Pr y Gr y0.25Pr b在激烈的紊流状态(Re>1(4), Pr<2500时:0.80.440.021dRe y Pr y0.25Pr y Pr b在过渡区(2OOOvRev1(0)1= K 0 —d式中：N u ——放热准数，无因次;p 「b(1-3)Pr C—— ——流体物理性质准数，无因次;Gr d 3g t f t自然对流准数，无因次;(1-6)0.1 〜0.16(1-7)Re vd乎—雷诺数;K 。

一、输气常用计算公式1． 输气量计算用公式：当管段起终点得相对高差小于200米时[]51.053.2961.0222111522ZTLGP P EdQ -=当管段起终点得相对高差大于200米时()51.01)1(53.2112961.0222111522⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧∑=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+∆+-=-ni i i i L aL h h ZTLG h a P P Ed Q式中：Q ：气体流量（P 0=0.101325Mpa,T 0=293.15K ）,m 3/d ； d ：输气管内径，cm ；P 1,P 2：输气管计算段起点、终点的气体压力（绝），MPa ； Z ：气体的压缩系数；T ：气体的平均温度，非精确计算时可简化为加权平均值； L ：计算段长度，km ； G ：气体的相对密度；E ：输气管的效率系数，DN 为300～800时，E=0.8～0.9； a ：系数，a=0.0683(G/ZL)，m -1; Δh ：输气管段终点和起点的在日常运行管理过程中，针对鄯乌线当前实际（管线长度 L=301.625Km ；管径457×6mm ；），因此，此公式可简化为：Q输 = 7967538⎥⎦⎤⎢⎣⎡-TL PP 22210.51（Nm 3/h ）2． 管道储气量计算公式式中：Q 储=管道的储气量，Nm3; V —管道的容积,m3; T 0—293.15K; P 0—0.101325Mpa; T —气体的平均温度；P 1m —管道计算段内气体的最高平均压力（绝），Mpa ； P 2m —管道计算段内气体的最低平均压力（绝），Mpa ； Z 1、Z 2—对应P1m 、P2m 时的气体压缩系数。

3．平均压力P m 及管道任意点气体压力P x 计算公式：⎪⎪⎭⎫- ⎝⎛=221100Z m P Z m P T P VT Q储)(3221221P P P P P m ++= （MPa ）LXP P P P x )(222121--=(MPa)4．管道内气体平均温度t 、沿线任意点温度t X 计算式：t X =t 0+( t 0+t 0)e -aX式中：t —管道计算段内气体平均温度，℃； t 0—管道周围介质温度，℃； t 1—管道计算段内起点气体温度，℃； t X —管道任意点气体温度，℃； e —自然对数底数，e=2.718； L —管道计算段的实际长度，Km ； X —管道计算段起点至任意点的长度，Km;⎪⎭⎫⎝⎛--+=aL -1010e QL t t t t PQGC KDa610256.225⨯=a—计算常数；K—管道内气体到土壤的总传热系数，W/m2〃℃；D—管道外直径，m；Q—气体流量（p0=0.101325Mpa,T0=293.15K），m3/d；G—气体的相对密度；C P—气体的定压比热，J/kg〃℃。

LNG管道水力计算和热力计算
宿敬群;包培哲;李宇轩
【期刊名称】《煤气与热力》
【年(卷),期】2022(42)11
【摘要】分析LNG管道水力计算和热力计算过程。

在计算中,考虑保冷材料热导率随平均温度变化,LNG物性参数黏度、密度、比定压热容随组成、温度变化,比较准确。

基于微元管段的思路,考虑传热关系,得出LNG管道各节点压力和温度、单位长度传热量的计算方法。

实例验证此方法可行。

【总页数】5页(PV0018)
【作者】宿敬群;包培哲;李宇轩
【作者单位】吉林市大地技术咨询有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE821
【相关文献】
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气体管道压力计算气体管道压力计算是工程中一个重要的计算环节，它用于确定气体在管道中的压力分布情况，以确保管道系统的安全运行。

本文将介绍气体管道压力计算的基本原理和方法。

一、气体管道压力计算原理气体在管道中的压力变化是由阻力、摩擦和扩散等因素共同作用引起的。

基于热力学和流体力学的原理，可以得出气体管道压力计算的基本公式。

此处省略计算公式。

二、气体属性和流量计算在进行气体管道压力计算前，需要明确气体的物理性质。

常见气体的物理性质包括密度、比热容、黏度等。

根据实际情况和需要，可以参考相关气体手册或者实验数据获取所需气体的属性值。

另外，流量是进行气体管道压力计算的重要参数。

根据实际情况选择合适的流量计算方法，常见的方法有巴拿马公式、韦伯公式等。

根据流量计算结果，可以为后续的压力计算提供准确的数据支持。

三、管道摩擦阻力计算管道中的气体流动会受到摩擦阻力的影响。

根据工程实际情况和流体力学原理，可以选择合适的摩擦阻力计算方法。

常见的方法有达西方程、沃特曼方程等。

摩擦阻力的大小取决于多个因素，包括管道直径、管道表面粗糙度、气体流速等。

通过合理选择计算方法和输入参数，可以准确计算出管道中的摩擦阻力，并结合其他因素进行综合考虑。

四、气体管道压力分布计算基于前面的计算结果，可以得出气体在管道中的压力分布情况。

根据管道的起始点和终点，可以构建压力变化的数学模型。

通过数值计算或者模拟仿真等方法，可以得出管道各点的压力值。

压力分布计算需要综合考虑摩擦阻力、扩散效应、管道走向等因素。

根据实际情况进行合理的假设和简化，可以提高计算的准确性和效率。

五、管道设计与优化根据压力分布计算的结果，可以对管道进行设计和优化。

在设计过程中，需要综合考虑管道直径、支撑方式、材料选择等因素。

通过合理的设计和优化，可以降低管道系统的能耗和成本，提高系统的安全性和可靠性。

六、压力计算实例分析为了更好地理解和应用气体管道压力计算的方法和原理，本节将结合一个实例进行分析。