基于壅塞理论的CNG加气管流量计算分析
高压燃气管道输气量计算探讨
绿色环保建材D0l:10.16767/ki.10-1213/tu.2020.05.007高压燃气管道输气量计算探讨邢春雷德州市人防工程质量监督站摘要:探讨城镇高压燃气管道输气量计算，提出输气量计算应根据实际工况，合理选择输气效率；分析壅塞流动中的声速影响因素，并提出适合工程计算的声速计算公式；最后针对计算结果，需校核管道内燃气是否达到壅塞流动。
关键词：燃气管道；壅塞；临界压力；声速；完全气体声速1概述近十年是国内高压天然气管道建设的高峰期，山东地区随着中石油泰青威管线、中石化济青二线的逐步建成投产，下游有一批向城市供气的高压支线需建设，这些高压管线设计需根据市场需求进行水力计算,确定合理输气量及管线规格。
通常，在计算的时候，人们会根据末端工况压力以及流速这两点作为计算依据。
末端工况流速控制在20m/S以下，而末端压力则以满足用户需求为原则来判断，这些凭借经验收集上来的数据虽然可以作为人们分析的依据，但是这些数据往往也会让人们在分析时忽略输送过程的状态分析，从而造成计算数据不准确。
上述问题关键是管道流速，也就是工程中常见的高压燃气管道“壅塞”流动现象，“壅塞”在流体输送工程中较为常见，比如城市高压外环末端、门站调压站高压输气短管、CNG槽车加气或卸气过程等，这些问题已经有相关学者做了大量的研究，文献[1]从等温、绝热流动这两点做了全面的分析，提出了在这两种不同流动下计算燃气管道流量的办法;文献[2，3]分别对喷管内气体流动的壅塞现象、截面直管的气粉流等方面做了解析。
通过对相关资料的收集，当前，我国对天然气管道壅塞这一问题的研究还不够充分。
2壅塞流动现象天然气管道的壅塞流动是一种因传递受到阻碍而产生的现象，当高压输气管道两端压差很大的时候，伴随着压力的不断下降，天然气的流速会增大，发生膨胀，当流速变大到声速时就不会再继续增加，而此时流量也不会再变大，这种时候就会产生壅塞m。
3高压燃气管道输气量计算数学模型燃气是一种可压缩流体，一般情况下高压燃气管道内的燃气流动是不稳定的，要想计算其水力情况就得先了解天然气的运动状态。
CNG计量中的一些问题
CNG加气机基本原理一、加气机的结构加气机由气体过滤器、电磁阀、质量流量计、电子计控器、压力变送器、安全阀、拉断阀、加气枪、防暴器、控制键盘、显示面板等组成。
一、加气机工作原理加气机的核心部件是质量流量计，所称重的是气体的质量。
压缩天然气进入加气机后，气体的流向是经过气体过滤器、加气机电磁阀、质量流量计、拉断阀和加气枪，注入汽车储气瓶，完成加气工作。
计量数据的流向是由质量流量计在计量过程中称出气体质量，这一数据送入电子计控器，电子计控器根据在控制键盘上输入的气体密度，将天然气的质量信号根据公式换算为体积信号，体积信号输出到显示面板上，完成整个计量过程。
从以上原理可以知道，加气机设计之初就是以计量结算的。
因为气体质量比较抽象，难以直观体现，为了顺应人们的习惯，所以加气机厂和加气机相关标准保留了将质量换算为体积的方法，换算过程引入了密度。
加气机生产企业给出了电子计控器中质量换算成体积的公式：体积=质量/密度×仪表系数（或当量系数）在上式中，决定体积数值的有散个参数。
一是质量。
即质量流量计所称出来的量，这一数值准确与否取决于计量检定机构。
二是仪表系数（当量系数）。
这是加气机厂为修正质量流量计所设定的，每个加气机厂设定不同。
如重庆巨创初始系数为1，郑州格瑞克初始系数为2，成都华气厚普起名为：当量系数，初始系数为28000。
每次检定中，通过调整这一参数，修正质量流量计误差，但检定有效期内部允许再行更改。
三是密度。
这是重点，是影响体积结算值的关键数据。
因为天然气的组分会有不同，它的密度也会有变化，所以这一系数设计为可调状态。
我们可以看到，在质量流量计对重量测定之后，在电子计控器换算过程中，影响体积换算有两个关键数据：“系数”和“密度”。
加气机上设置有一个小键盘，加气站工作人员通过该键盘，输入气体密度和仪表系数两个参数。
质量流量计测定质量后，电子计控器在其换算体积时，直接饮用键盘输入的天然气密度和仪表系数。
燃气管道壅塞流动计算
燃气管道壅塞流动计算
王磊;田贯三;丁国玉
【期刊名称】《油气储运》
【年(卷),期】2010(29)3
【摘要】燃气的流速与流量在壅塞流动状态下将受到一定影响。
以气体动力学为基础,采用BWRS状态方程,建立稳态仿真模型,对等截面管道壅塞流动状态下的最大流量进行了计算。
以CNG罐车管长10m的加气与卸气高压胶管为例,求出了其在不同条件下可通过的最大流量,讨论了燃气流速、压力、马赫数、温度等参数的沿程变化规律。
【总页数】5页(P187-191)
【关键词】燃气管道;壅塞流动;分析;计算模型;流量计算
【作者】王磊;田贯三;丁国玉
【作者单位】山东建筑大学热能工程学院;北京市城市规划设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TU996.7
【相关文献】
1.管道应力计算软件在随桥燃气管道的应用 [J], 刘艺
2.高压燃气管道特征线法不稳定流动计算的探讨 [J], 姜东琪
3.北京车用气瓶检验站发生气瓶爆炸/避雷线误装燃气管道上居民停用燃气3天/乌鲁木齐燃气管道一月挖断8次 [J],
4.非壅塞燃气发生器研制中的关键技术及解决途径 [J], 单睿子
5.综合管廊燃气舱燃气管道热补偿计算温差的计算 [J], 田辉芳; 钱东良
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容器充气时间计算公式quan
真空容器充气时间计算公式时间:2008-12-30 来源:伊马爱德华北京制药系统有限公司编辑:王成生真空冷冻干燥结束时,需充气取出工件。
向真空容器内充气时间的计算,真空技术网曾经给出了计算公式。
作者在利用这些公式计算充气时间时发现了不合理的现象: 充气过程开始慢、中间快、结束时慢,因此对这些公式的适用范围产生了质疑。
本文从壅塞流的角度,认为真空技术网提供的公式仅适用于亚音速充气过程,并推导出了音速充气与亚音速充气时间的计算公式、简易计算式,供大家参考、讨论。
壅塞流简介当通过阀孔向真空容器内充气时,给定气源压力为大气压,真空容器内真空度越高,流速越大,当流速达到音速时,会产生压力突变, 流速不再随真空容器内真空度的升高而增加,保持音速充气。
真空容器充气时间计算研究表明,当气源压力与真空容器内压力之比大于临界压力比时,充气过程为音速充气过程,反之则为亚音速充气过程。
对于空气,临界压力比约为1.9(1/0.525)。
真空冷冻干燥过程结束时的充气可视为气源压力为101325Pa,容器压力为0.5Pa的充气过程。
压比远大于临界压力比,因此,此充气过程为先音速充气,后亚音速充气。
容易证明,大气压下的空气通过阀孔流入真空容器时,不论真空容器内的压力如何改变,流动状态只能是粘滞流。
在粘滞流状态下,气体流经小孔的流量为式中A———充气阀孔截面积,m2Pa———大气压力,PaP2———真空容器内压力,PaK———绝热指数,取k=1.4R———气体常数,8.3143J/(K.mol)M———气体摩尔质量,kg/molT———气体温度,KQ———流量,Pa.m3/s真空状态下流量公式为式中P———容器压力,PaV———气体体积,m3t———时间,s音速充气所需时间音速充气时,充气流量为定值,由式(2)知容器压力与充气时间成线性关系。
因此可以很容易的推导出音速充气时间计算公式:式中t ———充气时压力由P0上升到P所需时间,sP0———真空容器充气前初始压力,PaP———真空容器充气后压力,PaQc———音速状态下流量,Pa.m3/s对于20℃的空气,P0= 0.5Pa可得到简易计算式:当然式(4)成立的条件是P/Pa≤0.525。
低压燃气管道水力计算公式
燃气管道输送水力计算一、适用公式燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。
但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。
整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。
二、低压燃气管道水力计算公式：1、层流状态 Re≤2100λ＝64/Re Re＝dv/γΔP/L＝1.13×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）2、临界状态 Re＝2100~3500λ＝0.03＋（Re －2100）/（65 Re－1×105）ΔP/L＝1.88×106［1＋（11.8 Q0－7×104dγ）/（23.0Q－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ（T/T）3、紊流状态 Re≥35001）钢管λ＝0.11［（Δ/d）＋（68/ Re）］0.25ΔP/L＝6.89×106［（Δ/d）＋192.26（dγ/ Q0）］0.25（Q2/d5）ρ（T/T）2）铸铁管λ＝0.102［（1/d）＋4960（dγ/ Q）］0.284ΔP/L＝6.39×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa） L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数 Q——燃气流量（Nm3/h）d——管道内径（mm）ρ——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和101.325kPa时的燃气运动粘度（m2/s）Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm） Re——雷诺数T——燃气绝对温度（K） T——273Kv——管内燃气流动的平均速度（m/s）（摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）二、燃气的输配工况条件起点压力——10KPa 最大流速——10m/s燃气密度——1.658kg/Nm3（20℃和浓度20%时）纯轻烃燃气运动粘度——1.92×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）燃气运动粘度——11.1×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）三、钢管阻力降的计算与查表结果注：1、——*因计算数据与实际数据误差过大，已无计算、列表的必要。
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。
基于壅塞理论的CNG加气管流量计算分析
式中 L 为加气管实际长度, m.
根据文献 [ 6] 可以通过试算法求得任意截面上的
马赫数。
2 流量计算
根据连续性方程, 管道各个截面上的流量是相同
的, 可由式 ( 6) 表示:
G=
1 4
d2 ivi
( 6)
式中: G 为加气管的流量, kg / s; i 为各个截面上燃气 密度, kg /m3; vi 为各个截面上燃气速度, m / s. 3 实例计算
文中从等截面绝热壅塞理论 [ 6 ] 出发, 推导等截面 胶管的流量计算公式, 并借助 VC + + 语言对建立的 模型进行编程计算, 得出加气流量随天然气汽车压力 的变化规律。
基金项目: 国家科技支撑计划项目 ( 2006BA J03B02) 收稿日期: 2009 - 12- 25 收修改稿日期: 2010- 08- 03
pL - A 1
pL + 83 949 6
M a0 = A 2 + B2 e B1 = 0 098 5- 0 000 4e 21 943 7
The Calculation& Analysis ofM ass F low of the H ose in CNG R efueling System Based on the Chocked F low
CNG储配站加热量计算方法的比较
CNG储配站加热量计算方法的比较李曼;李强;路尚怡【摘要】对于CNG储配站的加热装置,总结比较2种加热量计算方法——工程经验法、查状态图法,工程经验法在高压阶段的计算结果比查状态图法低36％,差别较大;而在较低压力阶段高17％,差别有所减小.总结比较3种温度降计算方法——工程经验法、查状态图法、严铭卿设计手册法,工程经验法的温度降最大,比查状态图法高出13％,严铭卿设计手册法次之,仅高出5％.虽然严铭卿设计手册法计算过程复杂,但可用于减小查状态图读数时的人为误差.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2015(035)001【总页数】3页(P59-61)【关键词】CNG储配站;加热量;节流效应;温度降【作者】李曼;李强;路尚怡【作者单位】中国市政工程西北设计研究院有限公司天津分院,天津300381;中国市政工程西北设计研究院有限公司天津分院,天津300381;中国市政工程西北设计研究院有限公司天津分院,天津300381【正文语种】中文【中图分类】TU996.61 概述CNG 储配站是指以CNG 作为气源，向燃气管网供应天然气的厂站［1］。
压缩天然气通过储配站调压后以中压输送至燃气管网，压缩天然气在调压过程中由于焦耳－汤姆逊效应(节流效应)温度急剧下降，为避免天然气在调压过程中温度过低而损坏设备，在工程中一般在每一级调压前对天然气进行加热，以保证在调压后天然气温度不低于5 ℃。
故加热装置是整个储配站正常运行不可或缺的重要设备之一，其加热效果直接影响了天然气的出口温度以及输送过程中的安全性。
加热装置是储配站的主要耗能设备。
故加热装置的加热量计算是储配站设备选型的基础，也是工程经济分析的重要组成部分。
2 储配站工艺流程压缩天然气气瓶车在母站充装压缩天然气后通过公路运输进入CNG 储配站，通过专用高压软管与卸气柱相连，气瓶车内的压缩天然气经调压装置调压后送入燃气管网供用户使用。
具体过程为:进口压力约22 MPa 的压缩天然气经过装置入口高压球阀、过滤器、紧急切断阀后，在一级加热装置进行加热，加热后的压缩天然气经过一级调压设备，压力降为5.6 MPa，然后进入二级加热装置，加热后的天然气再经过二级调压设备，压力降为0.1 MPa，进入城镇中压管网。
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ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪａｎ．２０１１
是所谓的偏析，它是铝合金在凝固过程中，由于某些因
素的影响，造成铸件各部分化学成分和组织的不均匀现
象。
此种偏析为缩孑Ｌ型的共晶偏析，对合金十分有害，
一方面使共晶偏析组织粗大，另一方面使共晶偏析和缩
孔经常同时存在，严重影响了机械性能。
圈６鱼臂状【ａ＋Ｓｉ）曲相共晶组织图图７块状夹杂物
通过ＥＤＳ分析发现，夹杂物主要为氧化铝夹杂，
因氧化铝本质较硬，而与脆性较大的针状硅结合时，
若受外力撞击，容易使材质中的脆性针状硅断裂，形
成微裂纹，裂纹扩展造成该活塞断裂。
鱼骨状共晶组
织、夹杂物对裂纹形成与扩展过程有重要作用，它们
在两相界面处有利于裂纹形成，裂纹扩展遇到夹杂图８组织不均匀
物，这种夹杂物与基体界面可以作为裂纹通道，加速４结束语
裂纹扩展。
尤其是大面积的夹杂会大幅度降低材料活塞在工作过程中承受交变载荷，加上活塞材料的综合力学性能，加速裂纹的扩展，更易发生脆性断存在加工铸造缺陷等，造成活塞在应力作用下，材料裂。
因为脆性断裂裂纹扩展的速度非常快，当材料内缺陷处发生裂纹并扩展导致断裂。
另外，在工作中活部出现裂纹时，在应力作用下，裂纹会在很短的时间
塞与活塞杆连接的螺栓有可能发生松动，使活塞顶部内扩展，导致活塞断裂。
受到冲击，加速了活塞的裂纹扩展速度。
断口组织能谱分析证明，针状组织中硅含量高，参考文献：
室温下多余的硅容易与基体形成粗针状的共晶体组［１１篓群竺，田永江·失效分析基础知识·北京：机械工业出版织，该组墨＿导髯成很难消除，大大降低材掣的力学［２］芏蔫市金属学会．金属材料缺陷金相图谱．上海：上海科
性能。
另外，能谱分析表明，断口铁含量较高，Ｆｅ与
学技术出版社．１９６６．
刖、Ｓｉ形成的Ａ１９Ｆｅ２Ｓｉ：鱼骨状共晶组织，极大地降低［３］程远明．铝加工缺陷．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，了合金的伸长率和强度。
由于鱼骨状共晶组织与针１９８６．
状硅脆性大，这种组织的存在能显著降低铝硅合金的［４］大型铸锻件行业协会．大型铸锻件缺陷分析图谱．北京：力学性能‘３。
４ｊ。
机械工业出版社，１９９０．
另外，此活塞铝合金还存在着组织不均匀、部分组作者简介：马欣（１９ｒ７ｌ一），副教授，从事石油石化装备的设计与织粗大的缺点，如图８所示。
组织的这种不均匀现象就安全方面的教学和科研工作。
（上接第１Ｉ页）模型和流量公式可直接计算出流量；对非壅塞区的燃气，不能通过模型直接求解，需要根据出口压力和人口马赫数以及对应的管长，进行函数的拟合，得到出口压力和人口马赫数以管长为自变量的拟合函数，推导出了一定管长下流量与出口压力的关系式。
在壅塞区，胶管出口压力大于汽车储瓶内的压力且保持不变，胶管通过的流量最大；在非壅塞区，胶管出口压力等于汽车储瓶内的压力，胶管的流量随出口压力（即汽车储瓶内压力）的升高而减小。
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作者简介：王磊（１９８３一），在读硕士研究生，研究方向为燃气输
配与应用。
基于壅塞理论的CNG加气管流量计算分析
作者：王磊， 田贯三， 丁国玉， 张明光， WANG Lei， TIAN Guan-san， DING Guo-yu，
ZHANG Ming-guang
作者单位：王磊,田贯三,张明光,WANG Lei,TIAN Guan-san,ZHANG Ming-guang(山东建筑大学热能工程学院,山东济南,250101)， 丁国玉,DING Guo-yu(北京市城市规划设计研究院,北京,100045)刊名：
管道技术与设备
英文刊名：PIPELINE TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
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本文链接：/Periodical_gdjsysb201101003.aspx。