输气管道设计与管理

一、填空题

1、天然气是一种混合气体，混合气体的物理性质决定于天然气组成和各组分气体的性质。天然气的组成有三种表示方法：即容积组成、摩尔组成和质量组成。

2、对于长距离输气管线，当Q、D、P1max、P2min一定时，输气管末段的最大长度为：Lmax22P1maxP2min，此时管末段的储气能力为 0 。储气2CQ能力最大的末段长度为Lmax的 0.5 倍。

8、对下图所示的两条简单管路，如果起点压力相同，在任一长度x处，线路1的各点流速（小于） 线路2的流速，线路1的终点压力（大于）线路2的终点压力。这主要是由于气体的 可压缩性 造成的。

线路1 起点 线路2 终点 3、为离心压气机配管时，常有出、入口相连的回流管路，其目的是避

免压气机产生 湍振 。

4、北美、西欧有关的管道标准已规定，20英寸以上的气管应加内涂层，长距离输气管内壁一般涂敷有机树脂涂层的主要优点有：提高管线输气量、增强防腐性能。

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DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 5、工程上用压缩因子来表示真实气体与理想气体PVT特性之间的差别，该值偏离1愈远，表明气体的PVT性质偏离理想气体性质愈远。

6、天然气的相对密度是指同一压力和温度下气体密度与空气密度之比，无量纲。

7、单位体积干天然气中所含水蒸汽的质量称 含水量，它与天然气的 压力 、 温度 有关。当天然气被水饱和时，其温度也称为 露点 。 8、管输天然气最主要的三项质量指标为： 热值 、 含水量 、 H2S 和 CO2含量 。

9、沿线地形激烈起伏对输气管输量有影响，当线路纵断面图与通过管路起点水平线所围面积为正时，其输量 减小 ；面积为负时，输量 增大 。这是由于气体 密度 沿管长变化所致。 10、输气管内能否形成水合物主要取决于： (1) 压力和温度 ；

(2) 足够的水分 。密度 大 的天然气易形成水合物。 11、输气管内产生水合物堵塞事故时，采用 降压 方法最简便，可迅速使水合物分解，管路畅通。

12、首站入口压力一定的多压气站输气干线，若某站停运，则停运站号愈 小 ，输量下降愈 大 。与正常运行相比，停运站上游各站压力均 上升 ，停运站下游各站压力均 下降 ，愈靠近停运站，压力变化幅度 大 。 13、为防止未经深度加工天然气输送管道中出现水化物，工业上常用 甲醇 和 乙二醇 作为防冻剂。

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DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 二、分析题

PQ2PZ2D51、已知输气管流量基本公式为：QCzTL0.5，分析管路的终点压

力对流量的影响。

答：根据流量计算公式，得pQ2pZ2QCZTLQ2 5DC'2令pZpQ:01, 代入上式中，

Q得：C'pQ21 2若pZ0，0，QQmax，由上式得C'P0Qmax

Q故QmaxQ21，将与看作变量，上式为圆方程，如图所示： Qmax2

由图可以看出：

（1） 终点压力pZ在高压范围内的变化对Q影响很大。 （2） 终点压力pZ在低压范围内的变化对Q影响不大。

pZ一般保持在pQ左右，这样不但节省功率，降低输气成本，还（3）

12能降低能耗。

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DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 2、已知输气管压力分布方程为：PxPQ2PQ2PZ2，推导平均压力计算公式以及平均压力点距起点的距离在0.5L附近变化的依据。

答：（1）输气管停止输气时，全线最终达到某一压力，即平均压力。根据管内平衡前后质量守恒可得平均压力：

xL

332p2pQpZ2ZpQ ==22pQpZ3pQpZ3 （2）输气管道上压力为平均压力的点距起点的距离：

x0pQ2ppj2pQpZ22L

当pZ0,ppjpQ时，得：x0=5/9L≈0.55L 当pZpQ时，得：x0limpQ2ppj2pQpZ2223Llim9pQ2pQpZ4pQ2pZ2pQpZ9pQpZ2pQ2pZ2L

根据求极限的洛必达法则，以pZ为变量求导，得：

x036pQ372pZ372pQ3L0.5L

故pZ从0变化到pQ, x0从0.55L变化到0.5L。

三、问答题

1、

输气系统的组成及特点有哪些？

答：整个输气系统是由矿场集气管网、干线输气管道（网）、城市配气管网和与这些管网相匹配的站、场装置组成。 特点：1. 从生产到使用各环节紧密相连。

主要有采气、净气（除尘、脱水、脱硫等）、输气、储气、

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DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 供配气5个环节。

2.气体可压缩性对输气和储气的影响。

（1）上下站输量不等时，压力变化较为平缓。

（2）输气管中体积流量沿着管长而改变，起始流量小，终点流量大。

（3）输气管末端储气。 3.可充分利用地层压力输气。 2、输气管的流量基本公式为：

Q0C2(PQPZ2)D5ZTL

分析管径、管长、温度对输量的影响。（10分） 答：（1）管径。

Q1D1Q2D2

83 输气管的通过能力与管径的2.67次方成正比。管径越大，输气

量越大。直径增大1倍，流量增大6.4倍。故加大直径是增加输气管流量的好办法。 （2）管长。

Q1L2Q2L1

流量与长度的0.5次方成反比。长度越短，输气能力越大。长度减小1半，流量增加41.4%。 （3）温度。

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0.5DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 Q1T2Q2T1

0.5流量与输气温度的0.5次方成反比。输气温度越低，输气能力越大。

四、计算题

1、已知输气管长100公里，内径900mm，平均压力为5MPa，平均温度为5℃，输送介质为甲烷，其临界压力为44.91×105Pa，临界温度为191.05K，求工程标准状态下输气管内气体的体积。

解：(1)气体临界压力Pcm44.91×105Pa 临界温度Tcm191.05K

(2)对比压力Pr501.113 44.916

DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 对比温度Tr278.151.456 191.05(3)查图知：Z1=0.88 (4)求气体体积： 输气管体积V1D2L 标准状态下气体体积

P1ZT06358544.91105293.15 V0V1491407m3

PZ1T11013250.88191.05π43.140.9210000063585m3 4式中，Z=1

2、图示两组管系起、终点压力相同，管径、管长等参数相同，求下述不同连接方式的输量比Qb/Qa。

L/2 L/2 Qa Qb

解：由于两组管系起终点压力相同，管径管长等参数相同，故输气量之比就是流量系数之比,设2长度的单独管道流量系数为K。

KaLL223K23K2LL222K23K2LL119K22114K2219K2219K22722K2.3534K 139K23K

LKb故

QbKb2.3534K0.7845 QaKa3K3、如图示，已知压气站方程：P222.3P123.48107Q2，管路方程：

2PQPZ21000Q2L/D5.2。式中单位：Q  m/s; P  Pa; L  m; D  m

3

La=260km， Lb=145km，Da=1m，T＝293K，Z＝0.9，压气站入口压力保持不

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DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 变，为5.2MPa。

(1) 压气站仅向A城供气，当管A终点压力Pza＝1.5MPa时，求压气站出口压力和城市A的供气量Qa。

(2) 管线B建成后，压气站同时向城市A和城市B供气，站流量增大为原流量的1.2倍，A城的供气量减少为原流量的98.2％。a、求管路A终点压力Pza；b、若管B终点压力Pzb=1MPa，求B城供气量和管B的直径。 (3) 若运行最高出站压力为7.5MPa，B管尾端最低压力为1MPa，求不影响城市B用户用气的最长检修时间。

P1 Da A

Db B

解：（1）仅向A城供气，联立压气站方程和管路方程，

P222.3P123.48107Q2

PQ2PZ21000Q2L/D5.2 其中，p2pQ

得到2.3p123.48107Qa2=pZ21000Qa2L/D5.2

代入数据，得：2.35.21063.48107Qa21.51061000Qa2260103/1

22求得：Qa450.92m3/s

压气站出口压力p22.35.21063.48107450.9227.424MPa

2（2）①压气站流量Q总1.2Qa541.104m3/s 现在A城的供气量QA98.2%Qa442.80m3/s

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DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 利用压气站方程P222.3P123.48107Q2，求得：

压气站出口压力p22.35.21063.48107541.10427.211MPa

2利用管路方程PQ2PZ21000Q2L/D5.2，求得：

管路A终点压力pZa7.2111061000442.8022601031.010MPa

2②B城供气量QBQ总QA541.104442.8098.304m3/s 利用管路方程PQ2PZ21000Q2L/D5.2，代入数据，得：

7.21110106262100098.30421451000 5.2D求得：D=0.5m.

（3）已知P1max7.5MPa P2min1MPa 利用管路方程PQ2PZ21000Q2L/D5.2，求得：

P2max2.179MPa P1min2.397MPa

求Ppjmax，Ppjmin

Ppjmax2P22maxP1max3P1maxP2max5.327MPa 同理，得Ppjmin1.794MPa

PPpjminT012pjmaxVsπDlz4P0TZ1(5.3271.794)10293.15π0.5214510001102458.4m34101325293.150.96

Vs186.92min Qb4、已知某输气管内P=44×105Pa，T=278.15K，气体的容积组成为CH4=97％,C2H6=2％,C3H8=0.5％,C4H10=0.5％，计算该天然气的平均分子量、工程标准条件下天然气的密度和相对密度。（10分）

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DP05b_205_215TC005 092-661解决方案 解：平均相对分子质量

μyiμi0.97160.02300.005440.0055816.63

工程标准条件下天然气的密度

μV16.630.742 M22.414相对密度

0.7420.5738鞠躬尽瘁，死而后已。——诸葛亮 a1.2931

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