管道通过能力的实用计算公式及其选择

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天然气由气田或气体处理厂进入输气干线，其流量和压力是稳定的。在有压缩机站的长输管道两站间的管段，起点与终点的流量是相同的，压力也是稳定的，即属于稳定流动。长输管道的末段，有时由于城镇用气量的不均衡，要承担城镇日用气量的调峰，则长输管道末段在既输气又储气、供气的条件下，它的起点和终点压力，以及终点流量二十四小时都是不同的，属不稳定流动(流动随时间而变)。天然气的温度在进入输气管时，一般高于(也可能低于)管道埋深处的土壤温度。并且随着起点到终点的压力降，存在焦耳-汤姆逊节流效应产生温降，但由于管道与周围土壤的热传导，随着天然气在管道的输送过程，天然气的温度会缓慢地与输气管道深处的地层温度逐渐平衡。所以天然气在输气干管中流动状态，也不完全是等温过程，为便于理解，我们先给出稳定流动下的水力计算基本公式，再介绍沿线温度分布规律和平均温度。 计算公式随地形条件差异而不同。

在平坦地带，由于气体密度低，对于输气管道任意两点间的相对高差小于200m的管道，可视为水平输气管段。在稳定输送状态下，管道输送量与管道起、终点压力的函数关系如下：



式中Q——管道标准状态下的体积流量，m3/s； C——常数，按此处所取各参数单位时，C值为··s/kg； p1——计算管段起点压力，Pa； p2——计算管段终点压力，Pa； λ——水力摩阻系数； d——管道内直径，m； L——管道计算段长度，m； △*——天然气相对密度； T——管道中天然气平均温度，K；

Z——管输平均压力与平均温度下天然气压缩系数。

在地形起伏较大地带，当输气管道沿线任意两点高差大于200m，位差对输气管道流量的影响就不能忽略不计了。在稳定输送状态下，非水平输气管段的基本流量公式为：






式中a——综合系数，a=29△*/ZRBT； RB——空气气体常数，标态下为(s2·K)； g——重力加速度，s2；

△h——计算段终点对起点的高程差，m； hi，hi-1——各计算段终点与起点的高程，m； n——计算段的分段数；

Q，p1，p2，d，λ，△*，Z，C，T，L(Li表示某段长度)意义同式(3-1)。 工程上常用的输气管段流量计算公式主要有威莫斯公式、潘汉德尔B式(也叫潘汉德尔修正式)和前苏联天然气研究所的近期公式。以下列出水平输气管段常用的三个公式，对非水平输气管段只需参照式(3-2)对这些公式作相应的修正即可。 1. 威莫斯公式

该公式是美国在1912年从生产实践中总结出来的，主要适用于管径与输量较小、管壁粗糙度高、输送的气体净化程度低的输气管道。对于现代干线输气管道，按该式计算的流量比实际流量小10%左右。





2. 潘汉德尔B式

该公式适用于大口径、大流量、管内壁粗糙度低、气质好的现代干线输气管道。我国的国家标准《输气管道工程设计规范》(GB 50251—94)中就推荐采用这个公式。





3. 前苏联天然气研究所的近期公式



式中E——输气管段的输送效率。在式(3-4)中它用来描述管内壁的清洁程度对于管

道输送能力的影响，而在式(3-5)中则反映管内壁是否有内涂层； α——流态修正系数。在阻力平方区α=1；若流态偏离阻力平方区，则α可按下式计算：

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