第五章 输气管的热力计算new课件.pptVIP

第五章 输气管的热力计算 进行输气管热力计算的目的是： 计算管线的储气能力 热应力和绝缘层选材 求气体的压缩因子 判断管线内水合物的形成区 第一节 输气管的温度分布 式（5-6）中最后一项就是考虑了焦耳-汤姆逊效应引起的温降。在干线输气管上该项一般约为3~5℃。如果忽略该项影响就是有名的苏霍夫温降公式 实际计算时，干线输气管上可取 。计算结果表明，输气管的温降曲线如图5-1所示，由于气体的密度远小于油品密度，与同样直径的输油管相比，质量流量只有油管的 ，而定压比热相差不大，在同样的K，T0，D和L条件下，输气管的a值大很多，温降比输油管快得多，温降曲线较陡。 式（5-7）表明，当x 时，T T0，即温度不低于周围介质的温度。若考虑了焦耳-汤姆逊效应，输气管的温度则可能低于周围介质温度，这也符合实际情况。根据式（5-6），当x 时，可求得最低温度为 若将T=T0代入式（5-6），距离x=x0，即该点以后输气管的温度低于周围介质温度。 第二节 输气管的平均温度 平均温度是水力计算的主要参数之一。求平均温度的原则是输气管温降曲线与x轴所包的面积等于平均温度线与x轴所包的矩形面积，故 故以式（5-6）代入得 略去焦耳-汤姆逊效应的影响，则 从平均温度公式可知，T0愈高，Tpj也愈高。而计算输气管流量时， Tpj愈高，流量就愈小，因此，应选择夏季的T0作为水力计算的依据。 输气管与输油管T0取值的不同之处 输气管在很长一段管内的气温与地温接近，由于夏季地温高，气体密度小，在相同的输气管Q，流速快，压降大，若获得相同的PQ、PZ，Q↓。进行水力计算时T0取最高月平均温度，也即取夏季的T0作为水力计算的依据。 输气管T0的取值与输油管不同，输油管考虑油流粘度对输量的影响。由于冬季地温低，油流粘度大，在相同的输油管Q，摩阻损失大，压降大，若在相同的PQ、PZ下，Q↓。进行水力计算时T0取最低月平均温度，也即取冬季的T0作为水力计算的依据。 第四节 水合物 一、水合物及其形成条件 水合物又称水化物，是天然气中某些组分与水分在一定温度压力条件下形成的白色结晶，外观类似密致的冰雪，密度为0.88~0.90g/cm3，遇火可燃烧，俗称“可燃冰”。 研究表明，水合物是一种笼形晶格包络物，水分子借氢键结合形成笼形结晶，气体分子被包围在晶格之中。 水合物有三种结构： Ⅰ型结构：低分子的气体（如CH4，C2H6，H2S）的水合物为体心立方体晶体结构； Ⅱ型结构：较大的气体分子（如C3H8，iC4H10）则是类似于金刚石的晶体结构； H型结构：仅出现在正丁烷（n-C4）以上的大分子氢烃组分形成的水合物中，为一般六面体结构。 ?2007年5月1日凌晨，国土资源部中国地质调查局在我国南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”。  在水合物中，一个气体分子结合的水分子数不是恒定的，与气体分子的大小、性质以及晶格孔室中被气体分子充满的程度等因素有关。 当气体分子充满全部晶格的孔室时，天然气各组分的水合物分子式可写为：CH4·6H2O，C2H6·6H2O，C3H8·17H2O，i C4H10·17H2O ，H2S·6H2O，CO2·6H2O。 形成水合物的条件有三： （1）天然气中含有足够的水分； （2）一定的温度与压力； （3）气体处于脉动、紊流等激烈扰动之中，并有结晶中心存在。 这三个条件，前二者是内在的、主要的，后者是外部的、次要的。 二、形成水合物的温度、压力条件 图5-10是甲烷及不同相对密度的天然气形成水合物的平衡曲线。曲线的左上方为水合物的存在区，右下方为不存在区。 由该平衡曲线可知，低温、高压易于形成水合物。 当温度、压力处于曲线的右下方时，也就破坏了水合物形成的温度、压力条件，水合物不可能形成，已形成的水合物在这样的条件下也会分解消失。 形成水合物的最高温度称为形成水合物的临界温度。高于此温度，在任何压力下也不可能形成水合物。 表5-1 形成水合物的临界温度 六、防止水合物形成的方法 防止水合物的形成不外乎破坏水合物形成的温度、压力和水分条件，使水合物失去存在的可能。这类方法很多，主要有： 1.加热 2.降压 3.添加抑制剂 4.干燥脱水 1.加热 给气体或输气管上可能形成水合物的地段加热，使气体温度高于水合物形成的温度。该法在干线输气管上是不宜采用的，因为它会降低管道的输气能力。 在矿场集气或城市配气站中，压降主要消耗在节流