管道压降与温降的关系
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发布时间：2023-03-04 00:56
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时间：2024-11-03 16:38
2、密度，kg/m3;yi-i组分的摩尔分数;kg/kmol ；m3 /kmol。Mii组分的分子量，Vii组分摩尔容积， 天然气密度计算公式pMWgZRT天然气相对密度天然气相对密度A的定义为：在相同温度，压力下，天然气的密度与空气密 度之比。一(6)a式中 A一气体相对密度；厂气体密度，kg/m3作一空气密度，kg/m3,在 P0=101.325kPa, T0=273.15K 时，pa=1.293kg/m3;在 P0=101.325kPa, T0=273.15K 时，P=1.293kg/m3因为空气的分子量为28.96,固有28.96假设，混合气和空气的性质都可用理想气体状态方程描述，则可用下
3、列关系 式表示天然气的相对密度pMWg(8)T MWg MWgpMWa MWa 28.96RT式中 MWa空气视相对分子质量；MWg天然气视相对分子质量天然气的虚拟临界参数任何气体在温度低于某一数值时都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时， 无论压力增加到多大，都不能使气体液化。可以使气体压缩成液态的这个极限温 度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体压缩成液体所需压力 称为临界压力，此时状态称为临界状态。混合气体的虚拟临界温度、虚拟临界压 力和虚拟临界密度可按混合气体中各组分的摩尔分数以及临界温度、临界压力和 临界密度求得，按下式计算。TcX兀PcyiPci(10)cyi ci(
4、11)式中Tc混合气体虚拟临界温度，K；Pc混合气体虚拟临界压力(绝)，Pa；伊一混合气体虚拟临界密度，kg/m3 ；Tci-i组分的临界温度，K;Pci-i组分的临界压力(绝),Pa；(:cii组分的临界密度，kg/m3；yii组分的摩尔分数。天然气的对比参数天然气的压力、温度、密度与其临界压力、临界温度和临界密度 之比称为天然气对比压力、对比温度和对比密度。PPr -(12)PcTr T(13)T cr (14)c式中 Pr一气体对比压力；Tr气体对比温度；任一气体对比密度。天然气压缩系数对于理想气体，在所有状态下都有 P RT。对于实际气体，引入一个修正系数以使得P Z RT(15)式中
5、Z叫做压缩系数，它表示实际气体与理想气体的偏离程度。对于理想气 体，在所有状态下Z的值都为1。对于实际气体，Z是状态函数。关于天然气压缩因子的计算，主要采用Pong-Robinson方程：(16)(17)(18)RTa(T)p V b V (V b) b(V b)式中n na(T)2(出 i j)0.5(1 Kj)i 1 j 1nbxaj 1aiC c R2T2 0.45724 cr pcr(19)bb 0.0788RTcL(20)Pcr0 52i 1 E 1 Tr0.5(21) 2mi 0.37464 1.5422 i 0.26992 i(22)式中Kij 天然气的交互作用参数；pcr一组分
6、i的气体临界压力；Tcr一组分i的气体临界温度；Tr一组分i的对比温度；coi一组分i的偏心因子。由方程(16)可得到关于Z的方程32223Z3(1 B)Z2A 3B22B Z AB B2B30(23)aPR2TbPRT天然气质量定压比热容混合物质量定压热容cP0 yCpi(24)(25)(26)式中Cp0理想气体混合物质量定压热容，kJ/(kg K);yi一组分i的摩尔分数。天然气的粘度计算公式根据天然气所处压力、温度条件下的密度和标准状态下的相对密度A ,可按 下式计算天然气粘度yC exp x 1000(27)1063.6 x 2.57 0.2781T(28)y 1.11 0.04x(2
7、9)_ _ 152.415 7.77 0.1844 T .4C10 4122.4 377.581.8T(30)天然气的导热系数计算公式气体碳氢化合物的导热系数随温度或压力的升高而增大，确定气体导热系数 可按查图法和计算法确定。若压力较低时，混合气体的导热系数按下式计算1 3 yi i M i1 3 yM(31)式中 L混合气体的导热系数， W/(mK);入一混合气体i组分的导热系数，W/(mK);yi混合气体i组分摩尔分数；Mi混合气体i组分的分子量，kg/kmol。低压单组分气体的导热系数在低压下，对于甲烷、环烷姓、芳香姓5 CPM 2.04746 10 5TrTr 1(32)r对于其它碳氢
8、化合物及其它的对比温度范围4.60104 10 6 14.52Tr 5.14 23 CJM(33)r(34)(35)Tc16M122 3Pc式中L气体的导热系数，W/(mK);Tr气体对比温度；Cp气体质量定压热容，J/(kg K);Tc气体临界温度，K;Pc一气体临界压力，MPa；M一气体分子量，kg/kmol。温度对导热系数的影响2273 C T0 T C 273式中L气体在T时的导热系数，W/(mK);力一气体在273K时的导热温度，W/(m -K);C一与气体性质有关的无因次实验系数，见表 4-1 对混合气体，还可按下式计算i 丁2T2Tiyi(36)ii T1式中X)一温度为T1时混
9、合气体导热系数，W/(mK);XT2)一温度为T2时混合气体导热系数，W/(mK);yi混合气体i组分摩尔分数；M)一温度为Ti时i组分气体导热系数，W/(m -K);MT2)一温度为T2时i组分气体导热系数,W/(m -K)。压力对气体导热系数的影响在高压下，单组分气体导热系数可根据对比密度在进行计算在0.5时0 r 展 2.69654 104 e .535 r 1(37)0.5< p<2.0 时2.0< 小2.8 时0 rt2.51972 10 4 e 67 r 1.069(38)0 V 展5.74673 10 5 e1.155 r 2.016(39)
10、式中任一气体对比密度；力一低压气体导热系数，W/(mK);厂高压下气体密度，kg/m3;L高压下气体导热系数，W/(mK);Zc一临界压缩系数。公式(36卜(39)也适应高压混合气体导热系数的计算。此时，公式中各量为混 合气体对应参数。计算气体导热系数步骤如下：(1)由公式(32)或(33)计算低压气体各组分在273K时的导热系数。由公式(34)或(35)计算低压气体各组分在给定温度下的导热系数。(3)由公式(31)计算低压混合气体在给定温度下的导热系数。(4)按公式(37卜(39)计算混合气体在所需温度和压力下的导热系数。天然气管流的温降根据能量守恒定律和气体动力学理论,2qvv u一 gz
11、xt2若忽略高程并设流动为稳定流，则式hdTT p dx可建立一元气流的能量方程，即2 v v h gzx2(7-5)可改写为h dpqp T dxdx式中h一气流的始，J/kgo引入定压比热cp和焦耳一汤姆逊系数Di后上式可表示为cpdT cpDjdpq由热量平衡关系可得dx管段上的热量损失为K D(T T0)dxM式中K一管道的总传热系数，W/(m2 K)。联立式(42)和(43)K D(T T0)dx cDGidp cDdTp p式中对上式积分可得管道x处的温度为T(x)T0 3 行"Gel 粉xdx(40)(41)(42)(43)(44)(45)a=KQ/(Mcp)。(47)
12、关于焦耳一汤姆逊系数Gi的计算，有热力学关系式可知起计算式为PDi1 T.cp 2 PT式中 Di一焦耳一汤女 逊系数，K/Pa；;Cp质量定压热熔，J/(Kg K);P一压力，Pa；T温度，K;P 一密度，kg/m3V 比容，m3/ kg。总传热系数K指当的温差为1 C时，单位时间内通过单位传热面积所传递的 热量。对于埋地管道，管道散热的传热过程由三部分组成，即气流至管壁的放热,钢管壁、沥青绝缘层或保温层的热传导和管外壁至周围土壤的传热。在稳定传热 的情况下，已在管内外建立了稳定的温度场时，热平衡关系可表示为：2 iD(Ty T0)1 D(Ty Tb1) ' (Tbi Tb
13、(i 1) )2 Dw(Tb(i 1) T0)ln Di 1 / Di(47)式中 D一计算直径，m,对于保温管道，可取保温层内外直径的平均值；Di、Di+1一钢管、绝缘层及保温层的内外径，m；i一与上述的层相应的导热系数，W/(mK);Tb1一钢管内壁的温度，C；Tbi、()一钢管、绝缘层及保温层的内外壁的温度，C；1油流至管内壁的放热系数，W/(m2 K);2油流至管内壁的放热系数，W/(m2 K)。整理后则有1d1 12 i di(48)(51)流体至管内壁换热系数a可按下列准则方程求得NuDi(49)(50)0.80.43cpNu 0.021 Re PrPr(53)Re式中 Nu一努谢
14、尔特准数；Rl雷诺数；Pr普朗特数；v天然气流速；m/s广气体的动力粘度，Pa s；Cp一气体定压比热，J/(kg K)；L气体导热系数，W/(m -K)。外部放热系数况的计算公式为：2 s2 D 2 h。s/ sD)2hos/ s /D 1(53)式中入一土壤的导热系数；h0一管道埋深(管道轴线至地面)。土 壤入 s/W (m - C )-1融化状态冻结状态粗砂(12mm)密实的1.741.351.981.35松散的1.351.92细砂和中砂(0.251mm)密实的2.4412.5松散的2.152.3亚砂土、亚粘土、粉状 土、融化土1.391.621.742.32粘土0.931.391.39
15、1.74土壤的导热系数的某些平均值天然气管流的压降在天然气管流中流动时的能量方程可以根据流体力学理论建立起来，即dp dv.2一 v-g sinvdx dxD 2式中p管道内的压力，Pa；p一气流的密度，kg/m3;v一管道内气流速度，m/s；管道的倾角；L气流摩阻系数，无量纲因数。平原地区可以忽略管道高差的影响，则上式可写为22dp dx v dv(54)(55)(57)(57)(58)将式（58）代入（55）并积分,可得P(x)2pQ2M2ZRTAxPq2ln DP(x)(59)在输气管的设计中，关于气流摩阻系数的计算使用水力光滑区，混合摩擦区 和粗糙区都适用的公式1580.067 -Re
16、2e d管壁当量粗糙度e,我国通常取0.05毫米由于天然气为可压缩流体，所以随着管道中压力沿流程的变化，天然气流的 压力、密度和流速也要变化。由流量的定义及气体状态方程可得M MZRTA pAPa；Pa；式中p（x）管道内的压力分布, pQ计算管段起点压力，M一气流的质量流量，kg/s；A一气流的过流断面面积，m2;Z一天然气的压缩因子，无量纲因数;R一天然气的气体常数，J/（kg K）;x一管道坐标位置，m；T一管道内气流的温度，K;.天然气水合物的形成预测模型气体水合物可以有几种不同的结构型式，按晶格类型的不同，通常将水合物划分为两种结构型式，即结构I型和结构II型。每种结构都存在水相（
17、冰、液态水 或为水蒸气之一）。水合物状态与纯水态（冰、液态或7态中的水）相比在能量上更 为有利时就会形成。一般认为纯水状态转变为水合物状态包含以下两步：纯水（a相）至空水合物晶格（B相），空水合物晶格（B相）到填充了气体的水合 物品体格（H相），其中出B和H用来表示所考虑的三种状态，何种
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