燃气管道水力计算

2016年12月关于长输天然气管道水力计算的分析马钧（中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦124010）摘要：根据不同的方式，例如用途、敷设方式以及输送压力的大小等，可以将输配气管网分成不同的种类。按照用途的不同，可以将输配气管网分为工业企业燃气管道、城市燃气管道以及长距离输气管道等种类。本篇论文对长输天然气管道水力计算进行了分析与研究，以期对长输天然气管道水力计算的相关研究及实践工作提供具有参考价值的理论依据。关键词：长输；天然气管道；水力计算；分析自21世纪以来，我国的油气储运行业得到了非常大的进步，也获得了众多发展成果，以西气东输为代表的油气储运产业得到了快速发展。天然气作为一项重要的能源，在生产、生活过程中发挥着巨大的作用，人们对天然气的需求量也呈现出日益增长的趋势。长输天然气管道水力计算的分析具有现实价值与长远意义。1水力摩阻系数在天然气管道工程的工艺设计计算中，即使是微小的偏差，也有可给整个工程带来非常大的耗费。天然气管流会受到很多因素的影响，例如天然气的流态、管道是否粗糙等。因此，许多国家在普朗特理论、尼古拉兹试验以及阔尔布鲁克公式的基础上，提出了不同的水力摩阻系数公式，雷诺数以及管壁粗糙程度是公式的变量。按照雷诺数的大小对天然气管道内流动流体的流态进行分类，可以分为层流区、临界区以及紊流区。紊流区又可以分为阻力平方区、混合摩擦区以及水力光滑区。长输管道中天然气流体的流态区域就是阻力平方区。长输管道工程中，比较常用的阻力平方区摩阻系数公式主要有以下几种：第一，威莫斯公式。λ=0.009407/D1/3(D，m)。据相关研究表明，只有在天然气管道的管径为280毫米到500毫米左右、管壁比较粗糙的情况下，利用威莫斯公式计算出来的数值才具有一定的准确性，对于管壁粗糙程度小于千分之一的天然气管道，利用威莫斯公式计算出来的数值偏小。第二，潘汉德尔公式。潘汉德尔A式：λ=0.0847Re-0.1461。潘汉德尔A式适用于雷诺数范围在5×106至14×106、管径为168.3毫米到610毫米的天然气管道。潘汉德尔B式：λ=0.0147Re-0.0392。潘汉德尔B式适用于管径在610毫米以上的天然气管道。第三，前苏联早期公式。λ=0.383/（2k/D）0.4。其中，k表示的是管壁的绝对粗糙度。前苏联早期公式适用于管壁粗糙度比较大的、雷诺数比较高的天然气管道。第四，前苏联近期公式λ=0.067/（2k/D）0.2，我国的绝对粗糙度取0.05。对于相同的问题来说，使用的水利摩阻系数公式不同，得出的结果也会有所不同。所以，在水力摩阻系数公式的运用过程中，应当根据实际情况，合理选择计算公式，才能得到最为准确的结果。在计算过程中，已知参数为管流量、压力与温度，通过运行数据对水力摩阻系数进行反算，可以看出雷诺数对水力摩阻系数具有明显的影响，因此，上文所述的摩阻系数公式中，没有雷诺数的水力摩阻系数公式不适合天然气长输管道。近年来，我国经常使用的水力摩阻系数公式是潘汉德尔A式与潘汉德尔B式，而且，这两种公式对雷诺数也有所涉及。将实际水力摩阻系数与潘汉德尔A式、潘汉德尔B式的数据进行对比，如图1所示。从图1中可以看出，在某些运行管段，与实际数据相比公式计算结果的偏差是比较大的，水力摩阻系数比较小，在经过公式计算之后，偏差被进一步放大，从而对计算的准确性产生了一定的影响。图1理论公式计算结果与实际数据的对比根据实际数据与计算结果的关系，进行了非线性拟合，最终得出了雷诺数与水力摩阻系数的关系表达式：1/√λ=3.11545e-（1gRe-5.63658）/0.25773+6.23468。在上述表达式中，λ表示的是水力摩阻系数，Re表示的是对应流体流量下的雷诺数。Re的表达式为Re=（4QpO）/(πDμ)。在上述表达式中，Q表示的是标识下的天然气输送量，其单位为立方米每秒；D表示的是管道内径，其单位为米；pO表示的是标识下的空气密度；μ表示的是气体动力粘度。2输气管流量假设长输天然气管道中的气体满足以下条件：第一，在流动的过程中温度不会发生变化；第二，在等温条件下进行流动；第三，其质量、流量不会因为时间、距离等因素产生变化，处于稳定流动的状态。在满足上述条件的情况下，结合管道起点压力、管道终点压力等物理量，并选择管流基本形式对输气管流量进行计算，可以得出管段流量以及节点压力。3结语综上所述，本篇论文主要对长输天然气管道水力计算进行了分析与研究，望有所帮助。参考文献：[1]郑鹏飞,夏妍,曹艳萍,王建文.关于长输天然气管道水力计算的研究[J].化工管理,2015,06:136.作者简介：马钧（1982-），男现居于辽宁省盘锦市工程师本科主要从事油气田地面工程设计与研究专业管理

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）

第 1 页 12.3 燃气用气量和计算流量

12.3.1 燃气用气量

民用建筑燃气用气量包括：居民生活用气量、商业用气量、采暖及通风空调用气量。

1 用户的燃气用气量，应考虑燃气规划发展量，根据当地的用气量指标确定。

2 居民生活和商业的用气量指标，应根据当地居民生活和商业用气量的统计数据分析确定。当缺乏实际统计资料时，结合当地情况参考选用附录D中附表D.1-1、附表D.1-2、附表D.1-3、附表D.1-4数据。

3 采暖用气量，可根据当地建筑物耗热量指标确定（方案和初步设计阶段也可按附录D中附表D.1-5中数据估算）。

4 通风空调用气量，取冬季热负荷与夏季冷负荷中的大值确定（方案和初步设计阶段也可按附录D中附表D.1-6中数据估算）。

5 居住小区集中供应热水用气量，参照《建筑给水排水设计规范》GB50015中的耗热量计算。

12.3.2 燃气计算流量

1 燃气管道的计算流量，应为小时最大用气量。

2 居民生活和商业用户

1）已知各用气设备的额定流量和台数等资料时，小时计算流量按以下方法确定： 第 2 页 ①居民生活用燃气计算流量：

Qh=∑kNQn (12.3.2-1)

式中 Qh——居民用户燃气计算流量（m3/h）;

k——用气设备同时工作系数，可参照附录E中附表E.1-1、附表E.1-2的数据；

N——同种设备数目；

Qn——单台用气设备的额定流量（m3/h）。

②商业用户（包括宾馆、饭店、餐馆、医院、食堂等）的燃气计算流量，一般按所有用气设备的额定流量并根据设备的实际使用情况确定。

2）当缺乏用气设备资料时，可按以下方法估算燃气小时计算流量（0℃，101325Pa，以下同）：

Qhl=（1/n） Qa (12.3.2-2)

n=(365×24)/KmKdKh (12.3.2-3)

燃气管道流量计算公式

燃气管道流量计算是在燃气工程设计和运行中非常重要的一项工作。准确计算燃气管道的流量可以帮助我们了解燃气的输送情况，确保燃气供应的平稳和安全。在进行燃气管道流量计算时，我们可以使用以下公式：

Q = C × A × V

其中，Q表示燃气的流量，C表示流量系数，A表示管道的截面积，V表示燃气的流速。

让我们来了解一下流量系数C。流量系数是一个经验值，它考虑了燃气在管道中的摩擦损失和流动特性等因素。不同直径和长度的管道具有不同的流量系数，我们可以通过查阅相关数据表来获取。

我们需要计算管道的截面积A。燃气管道通常为圆形或矩形截面，我们可以根据实际情况选择合适的公式进行计算。对于圆形管道，截面积的计算公式为：

A = π × r^2

其中，π是圆周率，r是管道的半径。

对于矩形管道，截面积的计算公式为：

A = L × H

其中，L是管道的长度，H是管道的高度。

我们需要确定燃气的流速V。燃气的流速与燃气的压力和温度等参数有关，我们可以通过实测或使用相关计算公式进行计算。

将流量系数C、管道截面积A和燃气流速V代入公式Q = C × A ×

V，就可以计算出燃气管道的流量Q。

在实际应用中，我们可能还需要考虑其他因素，如管道的摩阻系数、管道的分布情况、管道的压力损失等。这些因素都会对燃气管道的流量产生影响，因此，在进行燃气管道流量计算时，需要综合考虑这些因素，并进行合理的修正。

需要注意的是，燃气管道流量计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的综合作用。因此，在进行计算时，需要依据实际情况选择合适的计算方法，并进行必要的修正。此外，在进行计算时，还需要确保所使用的参数和数据的准确性，以保证计算结果的可靠性。

燃气管道流量计算是燃气工程设计和运行中的重要工作。通过合理使用流量计算公式，我们可以准确计算燃气管道的流量，为燃气供应的平稳和安全提供保障。在实际应用中，我们需要综合考虑多个因素，并进行合理的修正，以确保计算结果的准确性和可靠性。