輸氣管道設計與管理

.輸氣管道設計與管理綜合復習資料一、填空題1、天然氣是一種混合氣體，混合氣體的物理性質(zhì)決定于天然氣組成和各組分氣體的性質(zhì)。天然氣的組成有三種表示方法：即容積組成、摩爾組成和質(zhì)量組成。2、對于長距離輸氣管線，當Q、D、P1max、P2min一定時，輸氣管末段的最大長度為：，此時管末段的儲氣能力為 0 。儲氣能力最大的末段長度為Lmax的 0.5 倍。8、對下圖所示的兩條簡單管路，如果起點壓力相同，在任一長度x處，線路1的各點流速（小于） 線路2的流速，線路1的終點壓力（大于）線路2的終點壓力。這主要是由于氣體的 可壓縮性 造成的。3、為離心壓氣機配管時，常有出、入口相連的回流管路，其目的是避免壓氣機產(chǎn)生 湍振 。4、北美、西歐有關的管道標準已規(guī)定，20英寸以上的氣管應加內(nèi)涂層，長距離輸氣管內(nèi)壁一般涂敷有機樹脂涂層的主要優(yōu)點有：提高管線輸氣量、增強防腐性能。5、工程上用壓縮因子來表示真實氣體與理想氣體PVT特性之間的差別，該值偏離1愈遠，表明氣體的PVT性質(zhì)偏離理想氣體性質(zhì)愈遠。6、天然氣的相對密度是指同一壓力和溫度下氣體密度與空氣密度之比，無量綱。7、單位體積干天然氣中所含水蒸汽的質(zhì)量稱 含水量，它與天然氣的 壓力 、 溫度 有關。當天然氣被水飽和時，其溫度也稱為 露點 。8、管輸天然氣最主要的三項質(zhì)量指標為： 熱值 、 含水量 、 H2S 和 CO2含量 。9、沿線地形激烈起伏對輸氣管輸量有影響，當線路縱斷面圖與通過管路起點水平線所圍面積為正時，其輸量 減小 ；面積為負時，輸量 增大 。這是由于氣體 密度 沿管長變化所致。10、輸氣管內(nèi)能否形成水合物主要取決于： (1) 壓力和溫度 ； (2) 足夠的水分 。密度 大 的天然氣易形成水合物。11、輸氣管內(nèi)產(chǎn)生水合物堵塞事故時，采用 降壓 方法最簡便，可迅速使水合物分解，管路暢通。12、首站入口壓力一定的多壓氣站輸氣干線，若某站停運，則停運站號愈 小 ，輸量下降愈 大 。與正常運行相比，停運站上游各站壓力均 上升 ，停運站下游各站壓力均 下降 ，愈靠近停運站，壓力變化幅度 大 。13、為防止未經(jīng)深度加工天然氣輸送管道中出現(xiàn)水化物，工業(yè)上常用 甲醇 和 乙二醇 作為防凍劑。二、分析題1、已知輸氣管流量基本公式為：，分析管路的終點壓力對流量的影響。答：根據(jù)流量計算公式，得令, 代入上式中，得：若，由上式得故，將與看作變量，上式為圓方程，如圖所示：由圖可以看出：（1） 終點壓力在高壓范圍內(nèi)的變化對Q影響很大。（2） 終點壓力在低壓范圍內(nèi)的變化對Q影響不大。（3） 一般保持在左右，這樣不但節(jié)省功率，降低輸氣成本，還能降低能耗。2、已知輸氣管壓力分布方程為：，推導平均壓力計算公式以及平均壓力點距起點的距離在0.5L附近變化的依據(jù)。答：（1）輸氣管停止輸氣時，全線最終達到某一壓力，即平均壓力。根據(jù)管內(nèi)平衡前后質(zhì)量守恒可得平均壓力： =（2）輸氣管道上壓力為平均壓力的點距起點的距離：當時，得：x0=5/9L0.55L當時，得：根據(jù)求極限的洛必達法則，以為變量求導，得：故從0變化到, 從0.55L變化到0.5L。三、問答題1、 輸氣系統(tǒng)的組成及特點有哪些？ 答：整個輸氣系統(tǒng)是由礦場集氣管網(wǎng)、干線輸氣管道（網(wǎng)）、城市配氣管網(wǎng)和與這些管網(wǎng)相匹配的站、場裝置組成。特點：1. 從生產(chǎn)到使用各環(huán)節(jié)緊密相連。 主要有采氣、凈氣（除塵、脫水、脫硫等）、輸氣、儲氣、供配氣5個環(huán)節(jié)。 2.氣體可壓縮性對輸氣和儲氣的影響。 （1）上下站輸量不等時，壓力變化較為平緩。 （2）輸氣管中體積流量沿著管長而改變，起始流量小，終點流量大。 （3）輸氣管末端儲氣。 3.可充分利用地層壓力輸氣。2、輸氣管的流量基本公式為： 分析管徑、管長、溫度對輸量的影響。（10分）答：（1）管徑。 輸氣管的通過能力與管徑的2.67次方成正比。管徑越大，輸氣量越大。直徑增大1倍，流量增大6.4倍。故加大直徑是增加輸氣管流量的好辦法。（2）管長。流量與長度的0.5次方成反比。長度越短，輸氣能力越大。長度減小1半，流量增加41.4%。（3）溫度。流量與輸氣溫度的0.5次方成反比。輸氣溫度越低，輸氣能力越大。四、計算題1、已知輸氣管長100公里，內(nèi)徑900mm，平均壓力為5MPa，平均溫度為5，輸送介質(zhì)為甲烷，其臨界壓力為44.91105Pa，臨界溫度為191.05K，求工程標準狀態(tài)下輸氣管內(nèi)氣體的體積。 解：(1)氣體臨界壓力44.91105Pa 臨界溫度191.05K(2)對比壓力 對比溫度(3)查圖知：Z1=0.88(4)求氣體體積： 輸氣管體積 標準狀態(tài)下氣體體積 式中，Z=12、圖示兩組管系起、終點壓力相同，管徑、管長等參數(shù)相同，求下述不同連接方式的輸量比Qb/Qa。解：由于兩組管系起終點壓力相同，管徑管長等參數(shù)相同，故輸氣量之比就是流量系數(shù)之比,設長度的單獨管道流量系數(shù)為K。故3、如圖示，已知壓氣站方程：，管路方程：。式中單位：Q m3/s; P Pa; L m; D mLa=260km， Lb=145km，Da=1m，T293K，Z0.9，壓氣站入口壓力保持不變，為5.2MPa。(1) 壓氣站僅向A城供氣，當管A終點壓力Pza1.5MPa時，求壓氣站出口壓力和城市A的供氣量Qa。(2) 管線B建成后，壓氣站同時向城市A和城市B供氣，站流量增大為原流量的1.2倍，A城的供氣量減少為原流量的98.2。a、求管路A終點壓力Pza；b、若管B終點壓力Pzb=1MPa，求B城供氣量和管B的直徑。(3) 若運行最高出站壓力為7.5MPa，B管尾端最低壓力為1MPa，求不影響城市B用戶用氣的最長檢修時間。ABP1DbDa解：（1）僅向A城供氣，聯(lián)立壓氣站方程和管路方程， 其中，得到=代入數(shù)據(jù)，得：求得：壓氣站出口壓力（2）壓氣站流量 現(xiàn)在A城的供氣量利用壓氣站方程，求得：壓氣站出口壓力利用管路方程，求得：管路A終點壓力B城供氣量利用管路方程，代入數(shù)據(jù)，得：求得：D=0.5m.（3）已知 利用管路方程，求得： 求，同理，得4、已知某輸氣管內(nèi)P=44105Pa，T=278.15K，氣體的容積組成為CH4=97,C2H6=2,C3H8=0.5,C4H10=0.5，計算該天然氣的平均分子量、工程標準條件下天然氣的密度和相對密度。（10分）解：平均相對分子質(zhì)量工程標準條件下天然氣的密度相對密度.