利用途泄流量和输转流量确定天然气分配管道计算流量的研究.pdf

第 4 2 誊第 9 期 2 0 1 3 年 9 月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 2，N o ． 9 S e p t e m b e r ，2 0 1 3 利用途泄流量和输转流量 确定天然气分配管道计算流量的研究 王 腾 中煤科工集团重庆设计研究院， 重庆 4 0 0 0 1 6 摘 要在城市天然气管道的输送中，管道建筑用户相连，中途有流量分出，从途泄流量和输转流量的角 度研究 ，利用计算公式来计算管段的计算流量 ，确定其压力降，并进行了举例说明，为输气管道的设计工作提 供了参考。 关键词途泄流量 ；输转流量；计算流量 中图分类号T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 - 0 4 6 0 2 0 1 3 0 9 1 3 4 7 0 4 Re s e a r c h o n De t e r mi ni ng t he Ca l c u l a t i ng Fl o w i n Di s t r i but i o n Pi pe o f Na t ur a l Ga s Ba s e d o n t he S hunt i ng Fl o w a nd t he Co n ve yi ng Fl o w WANG T e n g Ch i n a Co a l T e c h n o l o g y E n g i n e e r i n g Gr o u p C h o n g q i n g De s i g n Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Ch o n g q i n g 4 0 0 01 6 ， Ch i n a Ab s t r a c t I n t h e c o n v e y i n g o f n a t u r a l g a s o f t h e c i t y , t h e p i p e c o n n e c t s wi t h u s e r s a n d t h e fl o w s h u n t s i n t h e h a l f wa y ． I n t h i s p a p e a c c o r d i n g t o t h e r e s e a r c h o n t h e s h u n t i n g fl o w a n d t h e c o n v e y i n g flO W, t h e c a l c u l a t i n g fl o w i n p i p e l i n e wa s c a l c u l a t e d b y f o r mu l a ， a n d i t s p r e s s u r e d r o p wa s g a i n e d ， wh i c h c a n p r o v i d e t h e r e f e r e n c e f o r d e s i g n o f t h e g a s tr a ns mi s s i on p i p e l i ne ． Ke y wo r d s S h u n t i n g fl o w； Co n v e y i n g fl o w； Ca l c u l a t i n g fl o w 城市天然气分配管 网的各条管段根据连接用户 的情况 ，可分为三种 管段沿途不输 出气体 ，用户 连接在管段的末端 ， 这种管段的气体流量是个常数 ， 见图 1 1 ，所以其计算流量就等于转输流量；分 配管网的管段与大量居 民用户 、小型公共建筑用户 相连；此种管段的主要特征是由管段始端进入的 Q Q 0 Q 一 仁二二 二 一 1 Q 。 一 1 占 毛 L 一L 3 图 1 天然气管道的计算流量 F i g ． 1 Th e c a l c u l a t i o n flo w o f t he n a t u r a l g a s p i p e l i n e 1 只有传输流量的管段 ； 2只有途泄流量的管段； 3有途泄流 量和传输流量的管段 天然气在途中全部供给各处用户，这种管段只 有途泄流量，如图 1 2 所示 ； 最常见的分配管段 的供气情况 ，如图 1 3 所示 ，流经管段送至末端 不变的流量为转输流量 Q 2 ， 在管段沿程输 出的流量 为途泄流量 Q ， 该管段上既有转输流量， 又有途泄 流量 。 所 以，城市天然气分配管道，一般情况下是不 等流量复杂输气管道 ，即管道中各个截面上的气体 流量不相等 ，要对这样的复杂管道进行水力计算 ， 并且为了应用天然气管道水力计算的基本公式I l J ， 通常采用的方法是将其转化成通过能力相当的简单 管，使气体流过简单管的压力降与流过复杂管的压 力降相等 ，这条简单管的流量就是复杂管的计算流 量。下面研究根据途泄流量和输转流量，利用计算 公式来计算管段的计算流量的计算方法 。 1 途泄流量的计算 途泄流量只包括大量的居民用户和小型公共建 筑用户。 如果用气负荷较大的用户也连在该管段上， 则应看作集中负荷来进行计算。 在城市配气管网计算中可以认为，途泄流量是 沿管段均匀输出的，管段单位长度的途泄流量为 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 3 - 1 7 作者简介 王腾 1 9 8 6 一 ，男，河北阳原人，2 0 0 9年毕业于重庆大学建筑环境与设备工程专业，现从事燃气方面的设计工作。 E -ma i l 8 9 5 6 8 O 4 6 6 q q ． C O B。 1 3 4 8 当 代 化 工 2 0 1 3年 9 月 g_ Q 1 1 L 式中q一单位长度的途泄流量 N ， m 3 1 mh Ql 一途泄流量 N， m ， h ； 三一管段长度， m。 计算途泄流量时，假定在供气区域内居民用户 和小型公共建筑用户是均匀分布的，而其数值主要 取决于居民的人 口密度 。 据此途泄流量可用下法求得 在供气的范围 内， 按不 同的居民人 口密度划分成小 区；分别计算 各小 区的天然气用量 ，小 区的天然气用量 居民人 V I 数 x 每人每小时的用气量 N ，m ／ 人 h ，e 值与 生活水平 、用气规律 、用气设备类型、有无集中采 暖和供热水等因素有关；求各小区的单位长度途泄 流量 ， 小区单位长度途泄流量 小区的天然气用量／ 小区内管道的总长度；求各条管段的途泄流量 ，管 段的途泄流量 小区单位长度途泄流量 管段长度。 如该管段向两侧小区均需供气 ，则管段的途泄流量 应是两边小区单位长度途泄流量之和乘以管长。 [ 例 1 ]如图 2所示为某低压天然气管网，按 不同的居民人口密度分为 、 、c 、 D、 、 等 6 个小区，每小区的人 口数分别为 、％ 、Ⅳ c 、Ⅳ D 、 Ⅳ￡ 、坼 ，每人每／ J , u 的用气量设为 e ，求各条管段 的途泄 流量 。 图 2某低压天然气管网 F i g ． 2 On e l o w p r e s s u r e n a t u r a l g a s p i p e n e t wo r k 解 1 求各小区的天然气用量 Q ANA～ ． NB～ Q CⅣc～ QDNo～ ．QENE。 e．QFNF e 2求各小 区的单位长度途泄流量 g ． g ． gc 警． q 。 Q D ． qE qF LE LF 式中 、 、L r ． 、 、 、 一各小区的管段总长。 3求各条管段 的途泄流量 Ql Q } 一 2 g g B L 1 2 Q 一 q A q c L 2 3 - 1 g cg 口 三 2 _ I I Q 4 q Aq D L 3 4 Q 一 7 g cg D 上 3 7 Q 4 8 9 十g D 4 8 ～ g g 上 4 5 Q 。 。 。 g q F L 5 6 Q ～ 9 q F 5 9 9 0q FL 6 - 1 0 2 输转流量的计算 从管道终点流出的流量称为输转流量 J 。确定 输转流量时，首先要确定管网的零点，然后从零点 开始 ，与气流相反方向推算到供气点 。若节点的集 中负荷由两侧管段供气 ，则输转流量 以各分担一半 左右为宜。 [ 例 2]如图 3所示 ，已知各条管道的途泄流 量 N ，m ／ h 9 _。 6 0， ～ -- 8 0，Q ～ 1 3 0， 一 51 1 0 ，节点 4有一集 中负荷 g 1 0 0 ，求各条管 道 的输转流量 Q 。 图 3 输气管道示意图 F i g． 3 Th e d i a g r a m o f t h e g a s t r a n s mi s s i o n p i p e l i n e 解 从图中可看 出节点 4为管网的零点， 因此 ， 从节点 4反推到供气点 1 ，节点 4的集 中负荷 由两 侧管段供气 ，则输转流量以各分担一半左右为宜 ， 且根据输转流量的定义， 则各条管道的输转流量 N ， 瑚 ／ h q ／ 2 5 0； ～ q ／ 2 5 0 ； Q 一 Q 一 4 Q ～ 4 8 0 5 0 1 3 0 ； Q ； 一 9 4 Q ～ 4 1 3 0 5 0 1 8 0 ； 9 1 2 Q 一 一 Q 一 Q ； 一 6 0 1 3 0 1 1 0 1 8 0 4 8 0 3 天然气分配管道的计算流量 天然气分配管道是变负荷管道 ，要确定变负荷 管道的计算流量 ， 其原则是 以计算流量 Q求得的管 段压力降应与变负荷管段的实际压力降相等。计算 第 4 2卷第 9期 王 腾利用途泄流量和输转流量确定天然气分配管道计算流量的研究 1 3 4 9 流量可按下式求得 Qa Q l Q 2 2 式中Q一计算流量 N ， m3 ／ h ； Q1 一途泄流量 N， m ／ h ； Q 2 一转输流量 N， m ／ h ； 口一与途泄流量和转输流量之 比、沿途支管数有关的系数 。 下面来确定 。如 图 4所示 ， 一 管段直径 为 d ， 长度为 。 管段起点 处 的管内流量为转 输流量 Q z 与涂泄流量 Q1 之和 ，而管段终点 B处的 管 内流量仅为 Q 2 ，因此 ， 管段 内的流量是逐渐减小 的，在管段 中间所有断面上的流量是不同的 ，流量 在 Q Qz 及 Q z 两极 限值之间。假定相邻分支管的 间距 ， 均相等 ；假定沿管线长度 向用户均匀配气 ， 每个分支管的途泄流量 均相等，即沿线流量为直 线变化。 采用下式求各管段的实际压力降 A PKQ ， 3 对于管段上任一小段 Y的流量 为 Q Q Ⅳ一 Y一1 q 4 式中QⅣ 一该管段的总流量，Q Ⅳ Q 2 Q] ； 而 g 则在 Y小段上的压力降为 K[ Q 一 一1 ， 或 _1 式中 盟 ， 是途泄流量 Q 与总流量 Q N 的比值 Q 一 1 i} { l 寸 0 B 1 ＼ r 0n q L n 1 1 图 4 天然气分配管段 的负荷变化示意 图 Fi g． 4 The di a gr a m of t he l o a d c ha nge s i n di s t r i but i on pi pe o f na t ur al ga s 途泄流量 N ， m ／ h ； n 一 途泄点数 整个管段的压力降A P等于 荤 nL ,x I。。” 5 将括号内各项以麦克劳林级数展开， 取前 3 项 ， 并将 n 1 式相加之 ，即 1 1 ． 7 5 1 1 、 兰0 ．6 6 ， z 1 1 ． 7 5 2 1 、 兰0 ．6 6 l _ 1-7 5n 1- 1 x 0 ．6 6n l - 1 ㈢ ，z ＼ ， c 一 ．7 5c言 c 2 ⋯ 。．66言 ，2 ，2／ 1 2 ⋯ 因为 1 2 3 ⋯ ； 1 z 2 ⋯ H 2 1 6 则得 荤 [ 一 c 一 言 ] ” cn 1 - 0 ．8 8x 0 ．11 2 n l ] 整个管段上压力降的最终公式为 △P L／ 1 ． 0 _ 8 8 0 _1 1 ] 6 以 Q a QI Q 2 为计算流量时 ，其管段压力降等于 A PK a Q l Q 2 L 础 l ] 1 75 ／ 、 ， Q 0 1 一 7 由 6 式 及 7式可求 得 值 为 以 x 0代人 ，即途泄流量为零。此时 系数没 有物理意义。根据洛比塔法则 ，其极限值等于 O ． 5 。 当 以 x l 即转输流量为零 和 入 ，则得 a O ． 5 6 2 。取不同的 和 所得 雄 列于表 1 。 对于天然气分配管道 ，一管段上的分支管数一 般不小于 5 ～ 1 0个 ，X值在 0 ． 3 ～ 1 ． 0的范围内，此时 系数 在 0 ． 5 ～ 0 ． 6之间 ，故取其平均值 0 ． 5 5 。 ＼ ●●／、 ●／ 一聆 一 ／，． ，、＼ ，，。。 2 2 D D 1 3 5 0 当 『 弋 化 工 2 0 1 3年 9月 表 1 水力计算公式中幂指数为 1 _ 7 5时所得 值 Ta bl e 1 W h en t he po we r i nde x i s 1 ． 7 5． t he va l ue o f of wa t e r c ons e r va nc y f o r mul a 支管数 Y ／ 0 O ． 5 0 5 1 0．6 7 4 0 5 9 0 ．5 0 ． 5 6 2 如用公式△ 尸KQ ， 计算， 所得 列于表2 。 表2 水力计算公式中幂指数为 2 ． 0时所得馆 Tabl e 2 W he n t he po we r i nde x i s 2． 0， t he v al ue of of wa t e r c ons e r va nc y f o r m u l a 支管 数 ／／ 0 0 ．5 0 5 0 ． 5 0 5 0 5 0 ．5 0 ． 5 8 2 0 ． 5 3 8 0 5 3 4 0 ．5 2 8 0 ． 5 2 8 l 0 7 0 7 0 ． 6 0 6 0 ． 5 9 2 0 ．5 7 7 0 ． 5 7 7 从上述两表 中所得数值可以看出，水力计算公 式中幂指数等于 1 ． 7 5 ～ 2 ． 0时 ， 的变化并不大， 实际计算中均可采用平均值a O ． 5 5 。 故天然气分配管道的计算流量公式为 Q0 ．5 5 Q 1 Q 2 8 式中Q管道的计算流量； Q 一管道的途泄流量 ； Q 管道的输转流量。 有些情况下 ，在管网计算 中也有取a O ． 5的， 在给水管网计算中就是如此。天然气管网中从分配 管道接出的用气点较多 ，而从调压站到管网的末端 n 用户间的管段数量较少 ，通常 0 ． 3 ～1 ． 0 ，即管 Ⅳ 段途泄流量 占管段总流量 的比例较大。而给水管网 的特点则相反 ，其 值更小 ，即管段转输流量 占 管段总流量 的比例甚大 ，故用 Q O ． 5 Q Q 2 公式进 行计算 ，其误差不太大。而对于天然气管网，如取 a O ． 5进行计算 ，实际上所得的管段计算流量是偏 小的，故应采用a O ． 5 5 。 [ 例 3] 管网已知参数与 [ 例 2 ] 相同， 求管网 中各条管道 的计算流量 Q。 解 根据天然气分配管道的计算流量公式 QO ． 5 5 Ql Q2 所以，各条管道的计算流量分别为 N ， m ／ h ； Q 0 ．5 5 Q 1l ～ 4 8 0 Q ～0 ． 5 5 ～1 6 3 Q 0 ． 5 5 ～9 4 Q ～0 ． 5 5 一 2 4 0 ． 5 Q 0 ． 5 5 1 2 1 ． 5 4 结 论 在城市天然气长输管道的输送中，管道建筑用 户相连 ，中途有流量分出，从介绍途泄流量和输转 流量的角度入手，利用计算公式来计算管段 的计算 流量，确定其压力降，并进行了举例说明，为输气 管道的设计工作提供 了一定 的参考。 参考文献 [ 1 ]伍钦，蔡梅琳，曾朝霞等 等直径流量分配管的计算l J ll 华南理 【 ． 大学学报 ，2 0 0 0 。 2 8 79 4 9 8 [ 2 ] 缪正清 多孔分配管与汇管单相流体的流动特 [d E l J ] ． 【 海交通大学学 报，1 9 9 9 3 3 32 9 7 3 0 0 ． [ 3 ]马良涛． 燃气输配『 M 1 北京中国电力出版社 ，2 0 0 4 ． 上 接 第 1 3 2 5页 但大型化也要适中，安全合理的设计可以更多 的节省所用的人力和物力。我国相关领域应该加大 对 L N G储罐的设计与建造技术的研究 ， 争取早 日研 制 一台完全属于我们 自主理念和技术的液化天然 气储罐。 参考文献 [ 1 ]李兆慈． 我国 L N G储运设备的发展状况 [ J ]石油1 业技术监督 ， 2 0 0 5 5 5 5 5 8 ． [ 2]骆晓玲大型液化天然储罐的发展研究 [ J ]． 机械设计 与制造 ， 2 0 0 9 9 2 5 5 2 5 7 ． [ 3 ] 王冰． 大型低温 L N G储罐设计与建造技术的新进展 [ J ] ． 天然气T 业 ，2 01 0 ． 3 0 5 1 0 8 1 1 2 ． [ 4 ]吕昌海．大型 L N G储罐结构与保冷性能研究 [ D]． 青岛 青岛科 技大学，2 O l 0 [ 5]引最良． 大型 L N C低温储罐设计理论与方法研究 【 D J ． 西安 西 安 石油大 学 ，2 0 1 1 ． [ 6] 张抗世界液化天然气发展现状 与展望I J J ． 当代石油石化 2 0 0 6 ，1 4 f 4 1 31 3 4 ． [ 7] 黄帆． 我国液化天然气现状及发展前景分析 [ J ]天然气技术，2 0 0 7 1 6 8 71 ． [ 8] 郭揆常． L N G接受站建设 [ J ]． f 海电力，2 0 0 9 6 4 9 2 4 9 4 ．