26输气管道参数对输气量的影响(修改)_泄漏对输气管道的影响

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第六节

输气管道参数对输气量的影响

现在我们有了输气管的基本公式，也有了常用的一些适用公式，讨论一下管径、管长、压力、温度对输气量的影响，在实际生产过程中，我们对不同的管径它的输量有什么关系，不同的输送压力、不同的输送温度，致使我们的流量增加还是减小，在设计的时候心里有数。现在以输气管威莫斯公式讨论各种参数对输气量的影响，从而得出某些结论：

Q00.3967D2.67PQ2Pz2zTL0.5

管径D对输量的影响： Q0∝D2.67

假设起终点压力、温度、管长都保持一定的条件下，我们可以看出来，输量与管径的22.67成正比，D增大一倍，输量增加22.67=6.4倍（例子：如果是600mm的管径，它的输量是每年100亿方，如果管径提高到1200mm，这时候它的输量可以达到640亿方每年，管径增大1倍，输气的成本不会增加6.4倍，600mm的管线投资时30个亿，但是1200mm的管道投资不会是30乘以6.4倍，应该远远低于这个数，因此在设计中管径的选取时非常重要的，当然我们还是希望采用管径比较大的管线，如果是大口径管道，那么它的输量就很高，就要涉及到后备的气源，就是说如果你的大管线的管道建成之后，你的气源得不到保证，这时候尽管可以输送很高的输量，但是你没有那么多气让它输，这时候也是一个比较大的浪费，设计时既不能太小，太小满足不了我们的要求，输送单位体积的气体它的运价就要比较高，如果太大，就会使我们管道不是满负的），所以，加大输气管直径是提高输量的主要措施。管径的选取是我们在设计一条管线中一个最重要的环节，就是如何来确定输气管的管径，确定的时候我们刚才说了，要考虑气源，同时还要考虑市场的需求，就是我能不能需要这么多的气体，尽管我有很大的输气量，但是我们末端的市场得不到保证，没有人用这个气，用气量很少，这样气体输送过去后也没有地方储存，这也是一个问题，这就是管径对输量的影响。

在绪论中应该讲过，输气管向大口径发展，采用大口径，我们就可以成几倍的提高我们的输量。

管长L对输量的影响： Q0∝L-0.5 对一条固定的管线（起终点压力、温度、管径），其中的参数都不变，输气管流量与管长度的0.5次方成反比。

如管长减少一倍。即：在两个压气站间增加一个压气站，并保持PQ′，Pz等参数不变（如果我们的管道是100km，或者是两个站间距是100km，我们在两个压气站中间增加一个压气站，同时保持PQ′，Pz等参数不变），则输量可增加20.5=1.41倍，即：输气量提高41％。（一条管线如果是倍增压气站的话，我们可以提高管线的输量，有时候对一条已经设计好的输气管线，在设计的时候设计的输量可能有所偏小，那我们在后期如果想增加输量怎么办哪，我们就可以采用这种倍增压气站的方法来提高管线的输量，41％也是一个很大的幅度。）

输气温度T对输量的影响： Q0∝T-0.5，输量与气体绝对温度的0.5次方成反比（气体的单位是绝对温度K，），T↓，Q0↑，低温输送对增加输量有利。温度降低可增大管线的输量，为什么哪？温度降低的话，流体的密度就比较大，根据连续性方程ρv乘机等于常数，这时候的速度就比较低，在同等条件下，摩阻损失就比较小，在同等摩阻损失的条件下，就可以提高输量。和输油管是不一样的，输油管输送时的温度要高于某一凝固点之上。原油有一个凝固的问题，气体没有凝固的问题。如果温度太低，就会有水蒸气、凝析液析出，就会有水合物的问题。但是由于温度本身的温度是K，T=273+t，273这个基数较大，如果t的变化幅度小，则对Q0影响较小，如t从20℃下降到5℃，这个下降幅度对于天然气

27320来讲就是很高的了，则27350.51.026，即输量增加2.6％左右。

书上提出从50℃将为-70℃，输量可提高59％，在实际中要解决相应的问题：（是一个例子，一般是不可能的）120°和273°相比就有可比性了。

①压气机出口温度一般较高（气体经过压缩机的是一个多变过程，气体温度一般都要上升到上百度，温度很高），要冷却到-70℃，需要一套冷却装置（这套制冷系统它的投资也会上升，提高；冷却过程中消耗的功也是非常多的）；

②管道需要保冷层（环境温度一般比-70°要高很多，由于有温差，所以，环境温度对管道有一个传热，使之温度升高，为使管道的温度不上升，就需要保冷层，这样就增加的管道的投资）； ③低温钢材（对于-70°的钢材要求低温特性就要高一些，钢就比较脆，它的耐压能力就较弱，为了保证安全运行，我们就需要采用一些耐低温的材料，进行制造我们的管线，这时候管线的投资也会增加）；

我们可以采用降低温度来提高输量，但是以高费用为代价的。因此，需要进行技术经济方面的比较来进行可行性研究，PQ、Pz对输量的影响：

Q0PQPz220.5 先放在一起讨论

PQ↑，Pz↓都可提高输量Q0，但提高PQ相对于降低终点压力Pz对输量增加更为有利。管线起终点压力都变化相同的量时，所引起的输量的变化幅度是不一样的，是输气管中的一个结论。证明：若PQPQP PQPPz

122式 式 若PzPzP PQPzP

222用1-2：2PPQPz2P20

上式说明，同样变化ΔP时，提高PQ能获得更大的Q0或增加相同输量时，提高起点压力的办法ΔP较小。刚才是从数学角度来证明的，下面我们从物理方面进行解释，对于一条管线来讲，当终点压力3MPa的时候起点压力6MPa，管线的起点压力上升到7MPa的时候，第二种方案就是仍然保证起点压力6MPa，减少终点压力到2MPa，这样第一种的全线的平均压力要高于第二种方案的全线平均压力，当管线全线高压输气时，ρ↑，v↓，速度小了，摩阻就比较小，这是输气管向高压发展的原因。

Pz对输气量的影响：（带来的问题）①Pz指中间入口压力（它应该是某一个中间压气站的入口压力），变化范围0→PQ，选多大合适（对我们生产或者是节约成本更有利）？对于输油管只要考虑到泵的吸入特性就好，保证泵不发生气蚀，就可以，但碎玉输气管道来讲，应该怎么取？

②Pz输气管干线末端，同时有时我们城市配气管网门站的起点压力，输气管干线末端与城市配气管网的连接点（首先要保证门站入口压力的要求，同时由于我们末端城市用气量是不均衡的，用气量是不断波动的，我们管线的输量一般是稳定的，但是终端的用气时波动的，我们有一个高峰期和低峰期，一般上班时的用气量较少，回家做饭的用气量较多，冬天的用气量较多，夏天的时候较少，它不是恒定而是变化的，这时候由于用气量的变化，我们终点压力Pz是波动的），此时Pz一般为8×105Pa左右，随城市用气量的不均衡，Pz↓、Pz的变化对干线输气量有何影响？研究是非常必要的。

故对Pz的讨论有现实意义。

Q0zTLQ0由基本公式：PQ2Pz2 5CDC22只考察Pz影响时，设其它参数均为常数。令PzPQ :01 把两个变量变成一个

2QQ02220PQPQ CPCQ221（方程是圆的方程）CPQQ0max

2若Pz=0 δ将Q0QQ=0，Q0→Q0max，由上式0Q0max21，δ看作不变量，上式为圆的方程。

0max① δ=1，Pz=PQ，Q0=0 起终点的压力相等管线中的气体是不流动的 ②δ=0.5，Pz=0.5PQ，Q0=0.866Q0max 降当终点压力等于管道起点压力的一半时，输量为总数量的0.866倍，③δ=0，Pz=0，Q0=Q0max 这时候达到最大 从上看出：

①Pz从PQ降至0.5PQ时，输量迅速上升，达到0.866Q0max，即：Pz在高压范围内的变化对Q0影响很大。

②Pz有继续下降0.5PQ时，输气量上升缓慢，即：Pz在低压范围内变化对输气量的影响不大，城市用气量波动对输气管输气量影响不大。再设计的时候我们一般都能达到这个要求。小于0.5PQ。

③对于中间的压气站来讲，PzP1Q，它影响压气站的压缩级数和所耗功率，希望ε小一些，才能节省功率、降低输气成本（输送的过程中最大的小号就是压缩机的耗电，还有自用气）。因而，压气站入口压力一般保持在0.5PQ左右（这是一个结论），而不是像输油管那样，压力全耗完了再设中间站增压。

若压缩比ε=2比较大，一般压缩机的压比=1.5，为了说明问题取的整数。

由Pz=35↑，PQ=70，需一级。

由Pz=2↑，PQ1=4↑，PQ2=8↑，PQ3=16↑，PQ4=32↑，PQ5=64.5级。第一种情况需要1级压缩，第二种需要5级压缩，这样消耗的能量就非常大。这就是为什么要采用高入口压力。如果进口压力较小，那么这时候管线中气体的流速就非常快（由连续性方程得到），这样能量的消耗摩阻损失就非常大。如果提高入口压力的话，那么全线的平均压力就比较大，流速较慢，摩阻损失就比较小，有利于我们输气。使得我们管线在高压下运行，这样可以节省能量。

结论：

①提高起点压力比降低重点压力，对增大输量有利。②终点压力在较低范围内变化，对输气管输量的影响不大。③中间压气站的入口压力不能太低，一般要保持在0.5PQ。