输气管第四章 输气管的水力计算
燃气输配技术燃气管网的水力计算教材
QN
Q1=0 L (a) Q1
Q2
QN L (b) Q1 QN L (c)
Q2=0
Q2
图5-9 燃气管道的计算流量 图5— 9 燃气管道的计算流量
（a）只有转输流量的管段；（b）只有途泄流量的管段； （c）有途泄流量和转输流量的管段
二、变流量低压分配管段计算流量的 确定
1.途泄流量Q1的确定 2.变负荷管段的计算流量的确定
一、燃气分配量为QN；沿程输出的 流量
流经管段，由始端送 至末端，始终恒定不 变的流量
转输流量Q2
按照所具有的途泄流量和转输流量不 同，燃气分配管道可分为以下几类： 1.只有转输流量的管段 （沿程流量 不变） 2.只有途泄流量的管段 （沿程流量 变化） 3.既有途泄流量又有转输流量的管段 （沿程流量变化）
注 意 修 正
4 6 8106 Q（m3 /h）
图5 2 人工干燃气高、中压钢管水力计算图 ρ 0=1kg/m 3 γ 0=25×10 m 2 /s
-6
三、低压燃气管网压力降及压力降分配 在计算低压燃气管网时，需要控制管 道的阻力损失，低压燃气管网压力降分 配应根据经济技术条件确定，详见第六 章。
5.确定各管段中的燃气流向，气流方向总是流离 供气点，不应逆向； 6.计算管网各管段的途泄流量、转输流量和计算 流量； 7.由已知的管网计算压力降和供气点至零点的管 道长度，求得单位长度沿程阻力平均压力降 ，选 择各管段的管径。 8.进行校正计算（即水力平差计算），使所有封 闭环网压力降的代数和等于零或接近于零， 直至 达到工程允许的误差范围。
ΔH=10×（ρk－ρm）×h 附加压力计算结果可正、可负， 当附加压力为正值时，有助于燃气流 动。而当附加压力为负值时，阻碍燃 气流动。
输气管道水力计算相关公式
Px=
4587143 Pa
Px=[PQ2-(PQ2-PZ2)*x/
已知起点、终点压力，计算输气管道平均压力
管道的平均压力 Pcp= 4748879 Pa
PCP=(2/3)[PQ+PZ2/(P
已知起点压力，计算输气管道任一点压力
说明：以长输管道常用的潘汉德A式和潘汉德B式为例进行推导，仅限于阻力平方区，其他的计算可由本
潘汉德B式
PZ=
1842028 Pa
PZ={PQ2-[Q/(C2ED2.53)1/0.51Z△0.96
起点温度 ℃ 5
终点温度 ℃ 5
式
0.64 3510000 0.95 110000 278.15 0.67 293.15 K m K m Pa
用D计算,长距 离输气管道， 109.8225672 公式进行了简 化 0.0384 C的数值见右表
输气管道断面面积 A= 标准参比压力 天然气气体常数 P0= R=
0.321699 m2 101325 Pa 428.5075 m2/(s2•K)
平坦地区输气管道质量流量公式
M=
109.7884431
常数C 平坦地区输气管道体积流量公式 （注：工程设计及生产上通常采用的是标况 下的体积流量，因此将质量流量进行转换）
[Q/(C2ED2.53)1/0.51Z△0.961TL]}0.5
管道内径 起点压力 mm 640 MPa 5.8
终点压力 MPa 3.51
管线长度 km 110
平坦地区输气管道基本公式
输气管道质量流量 M= 计算段起点压力 水力摩阻系数 空气气体常数 PQ= λ = Ra= kg/s 5800000 Pa 0.0094 287.1 m2/(s2•K) 管道内径 计算段终点压力 天然气压缩系数 输气管道计算段长度 天然气平均温度 气体相对密度 标准参比温度 D= PZ= Z= L= T= △= T0= 用A计 算
第四章 输气管的水力计算
5
3. 水力摩阻系数沿管长不变 λ ＝f（Re,ε ）在大型输气管中，气体流 态主要处于阻力平方区或混合摩擦区，稳 定流动时全线Re变化不大，故λ 完全或主 要取决于ε 。 λ ＝const是符合输气管实际情况的。
6
稳定流动运动方程：
dp dw ds w2 w g 0 dx dx dx D 2
大的影响大于降低终点压力的影响。
35
五、终点压力对输气量的影响
pZ＝ pQ
2 2
δ：0→1
2
pQ pZ C Q
C Q p Q
2 1
2
2
pQ Qmax C
Q 2 1 Qmax
36
1 pZ＝ pQ 2
天然气特性常数不好求，用空气特性常数
Ra和天然气相对密度取代。
15
Q C0
4
( p p )D
2 Q 2 Z
5
Z TL
Ra T0 p0
(4-9)
C0
293 2 1/2 -1 287.1 0.03848 m .s.K .kg 4 1.01325 105
16
表4-1C0值
第四章 输气管的水力计算
王武昌
储运与建筑工程学院
1
目录
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
第八节
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管的流量基本公式 地形起伏地区输气管的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用的输气管流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力 等流量复杂管计算 环状集气管网的计算
我国法定单位
输气管道水力等计算公式(输气管道设计与管理)
潘汉德 注：该式适用于管径从168.3mm到610mm，雷诺数范围从 尔A式 14×106的天然气管道 潘汉德 注：该式适用于管径大于610mm的天然气管道 尔B式
λ= 0.008159
m /s 0.0000109 (Ns)/m2 0.44 16 m m3/s
2
三个公式可任选一个,其中二式用 三式用的是体积流量）
第一边界雷诺数 Re1= 第二边界雷诺数 Re2=
2174.974 3210493
前苏联取k=0.03mm，我国常取
输量不大、净化程度较差
雷诺数范围从5×10 到
6
的天然气管道
管壁的当量粗糙度
k=
0.00005 m
水力摩阻系数λ 水力摩阻系数λ的计算
1、光滑区 2、混合摩擦区 λ= 0.009146 λ= 0.012997 或 0.011836166
λ= 0.012368
威莫斯 注：此公式取k=0.mm，适用于管径小、输量不大 的矿区集气管网 公式
3、阻力平方区
λ= 0.009436
雷诺数
Re=
0
0
33307000﹤Re﹤Re1 Re﹥3000 流态为紊流 Re1﹤Re﹤Re2 Re﹥Re2 流态判断 光滑区 混合摩擦区 阻力平方区 阻力平方区 注：目前美国取k=0.02mm， 0.05mm 第一边界雷诺数 第二边界雷诺数
计算雷诺数
气体流速 气体密度 气体相对密度 v= ρ= △= 0.65 1.206 kg/m3 kg/s （含推导过程，三个公式可任选一个 的是质量流量，三式用的是体积流量 m/s kg/m3 气体运动粘度 气体动力粘度 管道内径 ν= = D=
空气密度（标况） ρa= 输气管道质量流量 M=
输气管道流量（标况） Q=
输气管第四章输气管的水力计算
输气管第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定输气管道的流动特性、确定管道尺寸以及检验管道的设计是否合理。
下面将从流速、流量、摩擦损失和水头损失等方面进行详细介绍。
首先，我们需要确定输气管道的设计流速。
设计流速主要取决于输气管内气体的流动性质和管道周围环境的要求。
一般来说，设计流速不宜过高，以避免管道磨损、能耗增加和安全隐患。
在确定设计流速时，需要考虑输气管道的用途、输送气体的特性以及管道运行条件等因素，常见的设计流速范围为20-40m/s。
其次，根据设计流速和管道尺寸，我们可以计算出设计流量。
设计流量是指单位时间内通过管道的气体体积。
通常采用流量计来直接测量，但在没有流量计的情况下，可以根据公式Q=V×A计算，其中Q为流量，V 为流速，A为流道截面积。
接下来，我们需要计算输气管道的摩擦损失。
摩擦损失是指气体由于与管壁之间的摩擦力而损失的能量。
摩擦损失随着管道长度增加而增大，并且与气体流速、管道直径和壁面粗糙度等因素有关。
常用的计算摩擦损失的方法有达西方程和柯西方程。
使用这些方程可以计算得到管道单位长度的摩擦损失，然后乘以管道长度，即可得到总的摩擦损失。
最后，我们需要计算输气管道的水头损失。
水头损失是指流体由于通过管道和附件等部位而损失的动能。
水头损失分为局部损失和分布损失两部分。
局部损失是指由于管道的突变或附属装置如弯头、阀门等引起的附加阻力。
分布损失是指由于摩擦、扩散和转化等引起的管道本体的阻力。
在进行水头损失的计算时，可以使用马克斯韦方程、伯努利方程以及能量守恒等原理，结合管道的几何形状和流动特性进行计算。
综上所述，输气管道的水力计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素来确定管道的流动特性和尺寸。
通过合理的流速选择、流量计算以及摩擦损失和水头损失的计算，可以确保输气管道的安全运行和经济性。
流体输配管网_气体输配管网水力特征与水力计算
（2）流量当量直径
DL
1.3
(ab)0.625 (a b)0.25
例2 同例1
解：v＝1÷(0.4 × 0.5)=5 m/s
DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm 查图2-3-1 得Rm0＝0.61Pa/m Kr=(3 ×5)0.25=1.96 Rm=1.96 ×0.61=1.2Pa/m
2.3.1.3局部阻力计算
P v2
2
ζ 通过查手册获得
2.3.1.4并联管路的阻力平衡
（1）目的：管路风量达到预期值，力求各支 路阻力相等，各管路阻力差小于15%，含尘风 管小于10%
（2）平衡的方法：
调整管径 阀门调节：
D'
D
P P'
0.225
2.3.1.5 计算系统总阻力和获得管网特性曲线
考虑到除尘器及风管漏风，取 5％的漏风系数， 管段 6及 7的计算风量为 6300*1.05＝ 6615m3／h。
管段1
水平风管，初定流速为14m/s。根据 Ql＝
1500m3/h（0.42m3/s）、v1= 14m/s所选管径按通 风管道统一规格调整为：D1＝200mm；实际流速v1
＝13.4m/s；由图2-3-1查得，Rm1=12.5Pa/m 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，
第2章
气体输配管网水力特征 与水力计算
2.1 气体管流水力特征
2.1气体管流水力特征
2.1.1气体重力管流水力特征
竖管内的重力流 例1：如右图示
管内气体由1流向2断面，能量方程为：
Pj1
v12
2
ga
第四章输气管的水力计算
第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定管道中气体流动时产生的压力损失和流速等水力参数，从而有效地设计输气系统。
本文将从输气管的水力原理、水力计算公式以及实际应用中的注意事项等方面进行详细探讨。
一、水力原理输气管的水力原理主要依据流体的连续性方程、能量方程和阻力方程。
其中连续性方程描述了输气管中气体流动的连续性，能量方程用于计算气体在管道中的能量变化，而阻力方程则是根据经验公式，计算气体流动产生的摩阻力。
二、水力计算公式1.压力损失计算公式：压力损失（ΔP）=λ×L/D×(ρv^2/2)其中，λ为摩阻系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为气体密度，v为气体流速。
2.流速计算公式：流速（v）=Q/（πD^2/4）其中，Q为气体流量，D为管道直径。
3.管径计算公式：D=0.613×（Q/P）^(1/2)其中，Q为气体流量，P为设计压力。
三、实际应用注意事项1.摩阻系数的选择：摩阻系数的选择会直接影响到压力损失的计算结果，需要根据具体情况进行合理的选择，可以参考相关经验数据或者进行实验研究。
2.流量和压力的测量：水力计算需要准确的流量和压力数据，因此在实际应用中需要使用合适的流量计和压力计进行测量。
同时，还需要考虑测量误差的影响，并进行相应的修正。
3.管道布置和管径设计：在输气管的水力计算中，需要合理布置管道和选择合适的管径，以便满足系统的流量和压力要求，并减小压力损失。
在实际应用中应进行综合考虑，根据具体情况进行设计优化。
4.防止压力过高：在输气管的水力计算中，需要考虑到气体在流动过程中的压力变化，防止压力过高对设备和管道造成损坏。
因此，在设计过程中需要合理选择设计参数，进行安全性评估。
总结：输气管的水力计算是设计输气系统中重要的一环，通过合理的水力计算可以确保输气管道的正常运行。
对于水力计算公式的使用和实际应用中的注意事项，设计人员需要充分理解，并综合考虑实际情况，确保设计的合理性和安全性。
输气管道设计规范--GB50251-2003
1 总则1．0．1 为在输气管道工程设计中贯彻国家的有关法规和方针政策，统一技术要求，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制订本规范。
1．0. 2 本规范适用于陆上输气管道工程设计。
1．0．3 输气管道工程设计应遵照下列原则：1 保护环境、节约能源、节约土地，处理好与铁路、公路、河流等的相互关系；2 采用先进技术，努力吸收国内外新的科技成果；3 优化设计方案，确定经济合理的输气工艺及最佳的工艺参数。
1．0．4 输气管道工程设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。
2 术语2．O．1 管输气体 pipeline gas通过管道输送的天然气和煤气。
2．O．2 输气管道工程 gas transmission pipeline project用管道输送天然气和煤气的工程。
一般包括输气管道、输气站、管道穿(跨)越及辅助生产设施等工程内容。
2．O．3 输气站 gas transmission station输气管道工程中各类工艺站场的总称．一般包括输气首站、输气末站、压气站、气体接收站、气体分输站、清管站等站场。
2．O．4 输气首站 gas transmission initial station输气管道的起点站。
一般具有分离，调压、计量、清管等功能。
2．O．5 输气末站 gas transmission terminal station输气管道的终点站。
一般具有分离、调压、计量、清管、配气等功能。
2．O．6 气体接收站 gas receiving station在输气管道沿线，为接收输气支线来气而设置的站，一般具有分离、调压、计量、清管等功能。
2．O．7 气体分输站 gas distributing station在输气管道沿线，为分输气体至用户而设置的站，一般具有分离、调压、计量、清管等功能。
2．O．8 压气站 compressor station在输气管道沿线，用压缩机对管输气体增压而设置的站。
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C
D
m m km km km km m m cm mm mm mm m3/s m3/s m3/d Mm3/d 我国法定单位 秒 混合 混合 0.03848 0.377 103.10 0.326×106 0.332×106 0.332×105
18
Mm3/d 我国法定单位 Mm3/d 我国法定单位
第二节 水平输气管的流量基本公式
——储运与建筑工程学院
第四章 输气管的水力计算
主讲教师：李玉星
1
目录
第一节 稳定流动气体管流的基本方程 第二节 水平输气管的流量基本公式（2）
第三节 地形起伏地区输气管的流量基本公式（1）
第四节 摩擦阻力系数与常用的输气管流量公式（1）
第五节 输气管基本参数对流量的影响（2）
实际上，气井出口、压气站出口的气体温度都高于地温，沿途
会散热降温。有很长一段气管温度接近甚至低于地温。
这一假定与实际情况有出入。
5
第一节 稳定流动气体管流的基本方程 简化条件
3. 水力摩阻系数沿管长不变
λ＝f（Re,ε）在大型输气管中，气体流态主要处于阻力平方区或 混合摩擦区，稳定流动时全线Re变化不大，故λ完全或主要取决于ε。
s 2 2 pdp ( M b a p )dx L
2
2g a ZRT
b
16ZRT 2 5 D
22
第三节 地形起伏地区输气管流量基本公式
一、起终点高差的影响
s 2 2 pdp ( M b a p )dx L
2
PZ
PQ
d( P 2 E ) as L dx 2 0 P E L
(4-5)
注：公式中P、T用绝对压力和绝对温度
11
第二节 水平输气管的流量基本公式
1、输气管基本流量公式
长距离输气管：L=100km, D=1m, λ=0.01, PQ=60×105 pa, PZ＝30×105 pa
L 1000 D
∴ 对长管路可忽略
2 ln
2 ln PQ
PQ
PZ
1.39
2g a ZRT
16ZRT b 2 5 D
bM E as L
2
ln
PQ E PZ E
2
2
2
as
2 as
PQ E ( PZ E )e
PQ PZ e
2 2 as
as 2 PdP ( E P 2 )dx L
d( P 2 E ) as dx 2 P E L
as
as (as) 2 (as)3 e 2 1 a 2 2 pQ pZ (1 asZ ) M b (l11! l2 2! lZ ) 3! (s1 sQ )l1 (s2 s1 )l2 (sZ sZ 1 )lz 2 2 9.8 0.6 2 g 2 g 2 9.80 －4
Q
p p e
第Z段：
2 asi i
1 a ( si1 s2 s1 ) e M bli asi
2
e
asi
s2 s2 s1
sZ sZ sZ 1
Z Q Z 1 Q
2 2 asZ pZ p 1 Ze
asZ a ( s s ) a ( s s ) e e e 1 a ( s s ) a ( s s ) a ( s s s ) 2 2 2 z 1 p e2 1 M bl pZe 1e Z Z M 2blZ a(sZ sZ 1 ) asZ
第1段：
as1 a( s s ) e 1 e 1 a ( s s ) 2 2 2 2 2 as1 2 p p e M bl Q 1 1 pQ p1 e M bl1 a( s1 sQ ) a s 1 第2段： as2 e 1 paes1 p e e e 2 2 as2 2 M bl p1 p2 e M bl2 e a( s s ) as2 第3段： as3 e 1 p e e e a ( s2 s1 ) 2 2 as3 2 p e M bl e p2 p3 e M bl3 a( s s ) as3 s s s
19
第二节 水平输气管的流量基本公式
3、短距离大压降放空管道
M
4
2 2 ( pQ pZ )D4
pQ L ZRT 2ln pZ D
Q0 C
p
2
Q
pZ 2 D 4
pQ L zT 2 ln pZ D
第三节 地形起伏地区输气管流量基本公式
Q0
Ra T0 P0
2
P
2
Q
PZ 2 D5
P
2
Q
PZ 2 D5
zTL
zTL
PQ PZ
Q0 zTL 5 C D
2
压力平方差公式
第二节 水平输气管的流量基本公式
2、水平管体积流量基本公式
2 2 ( pQ pZ ) D5
QC
4
1、输气管基本流量公式
长距离水平输气管：
M
4
2 2 ( pQ pZ ) D5
ZRTL
(4-6)
14
第二节 水平输气管的流量基本公式
2、水平管体积流量基本公式
天然气工业中，习惯用工程标准状态下的气体体积来表 示天然气的贮量、产量和输气管输量，需把M换算成工 程标况，即：1.01325×105Pa，20℃时的体积流量Q。
2、水平管体积流量基本公式
输气管设计规范
p p D Q 1051 Z TL
2 Q 2 Z
5
0.5
•Q---气体（工程标况，101325Pa，293K）的流量（m3/d）
•T----输气管内的平均温度，K
•P—都是绝压MPa •D----cm •L---Km
第六节 输气管的压力分布和平均压力（2） 第七节 等流量复杂管计算（2） 第八节 环状集气管网的计算（1）
2
第一节 稳定流动气体管流的基本方程
连续性方程
( F ) ( wF ) 0 x
运动方程
( Fw) ( w2 F ) pF w2 g F sin F x x D 2
M F w const
dp
2
2
(4-2)
M MZRT w F Fp
8
第二节 水平输气管的流量基本公式
dx w dw D 2 2
公 式 推 导
dp
2
2
1 dp dx MZRT 1 MZRT ZRT d 2 p 2 D Fp 2 F p 2 1 1 1 MZRT dx dp d 2 2 3 dp p p 2
各管段高差： S1 S1 S Q
S2 S2 S1
S3 S3 S 2
S1 S1
S 2 S2 S1
S 3 S 2 S1 S 3
SZ SZ S Z 1
SZ Si SZ SQ
i 1
Z
第三节 地形起伏地区输气管流量基本公式
a
M bl 1 (si si 1 )li asZ l i 1 1 2as e Z
1 Q 1 Q
2 a ( s1 sQ ) 1
2 a ( s2 sQ ) 2
2
a ( s2 sQ )
a ( s1 sQ )
2
2
1
2 a ( s2 sQ ) 2
2 a ( s3 sQ ) 3
2
a ( s3 sQ )
a ( s2 sQ )
3
3
2
第i段：
2 i 1
1
1
Z 1 Q Z Q
第三节 地形起伏地区输气管流量基本公式
设 sQ 0
p p e
2 Q 2 asZ Z 2
easi easi1 a 1+ (si si 1 ) a(si si 1 ) 2
eas1 1 eas2 eas1 eas3 eas2 easZ easZ 1 M b l1 l2 l3 as a ( s s ) a ( s s ) a ( s s ) 1 2 1 3 2 Z Z 1
Z TL
(4-9)
C
Ra T0 p0
293 2 1/2 -1 287.1 0.03848 m .s.K .kg 4 1.01325 105
17
第二节 水平输气管的流量基本公式
2、水平管体积流量基本公式
表4-1 C值
参数的单位 压力p Pa(N/m2) kgf/m2 kgf/cm2 kgf/cm2 105Pa MPa 长度L 管径 流量Q 单位的系统
第一节 稳定流动气体管流的基本方程 简化条件
1. 气体在管内作稳定流动
d ( wF )＝0 dx
M wF const
（3-2）
w const
这与正常工况的输气管基本相符。
4
第一节 稳定流动气体管流的基本方程 简化条件
2. 气体在管道中的流动过程为等温过程
T const
Qo
M
0
p0 0 Z 0 RT0
R a 1 Ra
天然气特性常数不好求，用空气特性常数Ra和天然气相 对密度取代。
15
第二节 水平输气管的流量基本公式