輸氣管的壓力分布與平均壓力
評(píng)論: 更新日期:2016年10月06日
1. 沿線壓力分布
設(shè)有一段輸氣管道AC長(zhǎng)為L(zhǎng)。以x表示管段上任意一點(diǎn)B至起點(diǎn)A的距離,如圖3-1所示。由式(3-1)容易導(dǎo)出輸氣管上的任一點(diǎn)的壓力計(jì)算公式:
公式中符號(hào)的意義與式(3-1)相同。
在上式中代入不同的x值,可求得輸氣管道沿線各點(diǎn)的壓力。如代入x=0,得px=p1,即起點(diǎn)壓力;代入x=L,得px=p2,即終點(diǎn)壓力。由該式可看出,輸氣管道的壓力是按拋物線的規(guī)律變化的。根據(jù)公式(3-7)可做出如圖3-2所示的輸氣管道壓降曲線。
從圖3-2可看出,靠近起點(diǎn)的管段壓力降比較緩慢,距離起點(diǎn)越遠(yuǎn),壓力降越快,在前3/4的管段上,壓力損失約占一半,另一半消耗在后面的1/4的管段上。出現(xiàn)這種情況是因?yàn)殡S著管道內(nèi)氣體壓力的降低,氣體體積流量增大,而質(zhì)量流量是恒定的,因此速度增大;而摩阻損失隨著速度的增加而增加,因此,壓力降也加快,在接近輸氣管道的終點(diǎn),氣體流速最大,壓力下降也最快(注:圖3-2的曲線是在p2=0的情況下作出的)。
輸氣管道壓縮機(jī)站站間終點(diǎn)壓力不能降得太低,否則是不經(jīng)濟(jì)的,因?yàn)槟芰繐p失大,也就是說(shuō),輸氣管道站間終點(diǎn)壓力應(yīng)保持較高的數(shù)值才是經(jīng)濟(jì)合理的。
另外,由公式(3-1)可得
其中
對(duì)于一條已定的干線輸氣管道,可近似認(rèn)為
不隨輸氣長(zhǎng)度x而變化,因此,p
2與x的關(guān)系為直線關(guān)系,如圖3-3所示,也就是說(shuō),輸氣管道沿線的壓力平方的變化是一條直線。
輸氣管道的壓降曲線或p2與x的關(guān)系在輸氣管道的實(shí)際操作中有很重要的意義。利用實(shí)測(cè)的壓降曲線可判斷輸氣管段的內(nèi)部狀態(tài)(是否有臟物、水合物、凝析液的積聚等),大致確定局部堵塞(形成水合物)或漏氣地點(diǎn)等。
2. 平均壓力
當(dāng)輸氣管道停輸時(shí),管道內(nèi)的壓力不會(huì)立刻消失,仍處于壓力狀態(tài)下,高壓端的氣體逐漸流向低壓端。這樣,起點(diǎn)壓力p1就逐漸下降,而低壓端因有高壓氣體流入,終點(diǎn)壓力p2逐漸上升,最后兩端壓力都達(dá)到某個(gè)平均值pm,即平均壓力。這就是輸氣管道中的壓力平衡現(xiàn)象。
利用式(3-7)可得出輸氣管道的平均壓力:
若在輸氣管段壓力分布關(guān)系式中令px=pm,則可以求得該管段中壓力剛好等于平均壓力的那一點(diǎn)距管段起點(diǎn)的距離:
顯然,在輸氣管段保持流量為Q的正常工況下,對(duì)于該管段中與管段起點(diǎn)距離大于xm的點(diǎn),其壓力將低于管段的平均壓力pm。然而,在該管段停輸后,整個(gè)管段的壓力將逐漸趨近于其平均壓力。因此,對(duì)xm點(diǎn)以后的那一段管道至少應(yīng)該按該管段的平均壓力進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。實(shí)際上,在進(jìn)行輸氣管道的強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí),通常整個(gè)站間管段(指兩個(gè)壓氣站之間的管道)是按等承壓能力的原則設(shè)計(jì)的,即整個(gè)管段的承壓能力均等于該管段起點(diǎn)處壓氣站出口的承壓能力。