关于长输天然气管道水力计算的分析

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。

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- (1g Re-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。

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

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.