天然气管道输送(第四章：输气管道热力计算)

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1、天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算第四章第四章输气管道的热力计算输气管道的热力计算2013-04-27天然气管道输送1天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算第一节第一节输气管道的温度变化规律输气管道的温度变化规律11温降基本公式温降基本公式由能量方程推导温降公式。稳定流动的能量方程：⎛∂h⎞dT⎛∂h⎞dPdvdQ⎜⎟+⎜⎟+v+gsinθ=−⎝∂T⎠Pdx⎝∂P⎠Tdxdxdx忽略高差和速度变化的影响，则：⎛∂h⎞dT⎛∂h⎞dPdQ⎜⎟+⎜⎟=−⎝∂T⎠Pdx⎝∂P⎠Tdxdx⎛∂h⎞⎛∂h⎞⎛∂T⎞另外由热力学知识可知：⎜⎟=−⎜⎟⎜⎟⎝∂P⎠T⎝∂T⎠P⎝

2、∂P⎠h⎛∂h⎞dT⎛∂h⎞⎛∂T⎞dPdQ因此：⎜⎟−⎜⎟⎜⎟=−⎝∂T⎠Pdx⎝∂T⎠P⎝∂P⎠hdxdx2013-04-27天然气管道输送2天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算11温降基本公式温降基本公式⎛∂h⎞⎛∂T⎞由于：⎜⎟=CP⎜⎟=Di⎝∂T⎠P⎝∂P⎠h则：CPdT−CPDidP=−dQdQ表示单位质量气体在单位管长上的热量损失，由传热学关系可KπD(T−T)0知：dQ=dxM因此：KπDKπD(T−T0)a=dx=CDdP−CdT令令则MC则：：PiPPM非齐次线性微分方程，其通解为：d(T−T)dP0+a(T−T)=D0idxdx−ax−axdP

3、axT−T=Ce+eDedx0∫idx2013-04-27天然气管道输送3天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算由于x=0时，T=TQ，，所以：所以：T=T+(T−T)e−ax+De−axdPeaxdx(4(4-10)-10)0Q0i∫dx公式分析：（1）公式中最后一项是考虑焦耳—汤姆逊效应的影响，焦耳—汤姆逊效应也叫节流效应，这一项是小于零的，说明考虑节流效应后温度比不考虑节流效应时下降得快。所谓节流效应，就是气体在不与外界进行热交换的情况下，其本身的冷却现象。下，其本身的冷却现象。输气管道沿线压力逐渐降低，气体不断膨胀，气体输气管道沿线压力逐渐降低，气体不断膨胀，气

4、体分子间的距离增大，从而必须消耗能量来克服分子间的引力，在外界不补充能量的情况下，这个能量就由气体本身供给，从而使气体本身冷却。2013-04-27天然气管道输送4天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算（2）若不考虑节流效应，则得到苏霍夫公式−axT=T+(T−T)e0Q0(4(4-11)-11)dpPQ−PZ（3）若考虑压力沿管长为近似线性分布，即：=−dxLP−P−axQZ−ax则：T=T+(T−T)e−D(1−e)(4(4-12)-12)0Q0iaL温降变化示意图，1-输油管；2-输气管道2013-04-27天然气管道输送5天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算

5、第二节第二节输气管道的平均温度输气管道的平均温度输气管道温降曲线与沿线坐标所包的面积和某一温度与沿线坐标所包的面积相等时，称该温度为平均温度，即1LT=TdxCP∫L0将(4(4-11)-11)和(4(4-12)-12)代入上述公式，由此得到温降公式：−aL1−eT=T+(T−T)CP0Q0aL−aLP−P1−eQZ⎡1−aL⎤T=T+(T−T)−D1−(1−e)CP0Q0i⎢⎥aLaL⎣aL⎦从公式中可以看出，地温越高，平均温度也越高，由水力计算公式可知道，温度越高，输气能力越小，因此，在进行管道设计时，应按照夏季地温的平均温度（即的平均温度（即输量最小的情况）作为计算

6、温度。输量最小的情况）作为计算温度。2013-04-27天然气管道输送6天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算第四节第四节天然气水合物及生成条件预测天然气水合物及生成条件预测11天然气水合物的结构天然气水合物的结构天然气水合物（Gashydrates）也称水化物。它是由碳氢化合物和水组成的一种复杂的、但又不稳定的白色结晶体。一般用M·nH2O表示，M为水合物中的气体分子，n为水分子数。水合物是天然气中的某些组分与液态水在一定的温度、压力条件下所形成的一种外形象冰霜的物质，其密度为0.88～0.90g/cm3水合物的形成机理及条件与水结冰完全不同，即使温度高达29℃℃，只

7、要天然气的压力足够高，其，只要天然气的压力足够高，其仍然可以与水形成水合物2013-04-27天然气管道输送7天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算从微观结构上讲，水合物是液态水与一些气体组分借助于分子力而形成的一种称为笼形包络物的固态结构。在这种结构中，若干个水分子通过氢键形成由五面体或六面体构成的笼孔，每个笼中可以容纳一个气体分子。天然气水合物的笼形结构有两种类型。2013-04-27天然气管道输送8天然气管道的热力计算天然气管道的热力计算天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温