输气管的压力分布与平均压力

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年10月06日

 1. 沿线压力分布

设有一段输气管道AC长为L。以x表示管段上任意一点B至起点A的距离,如图3-1所示。由式(3-1)容易导出输气管上的任一点的压力计算公式:
    
    公式中符号的意义与式(3-1)相同。
    在上式中代入不同的x值,可求得输气管道沿线各点的压力。如代入x=0,得px=p1,即起点压力;代入x=L,得px=p2,即终点压力。由该式可看出,输气管道的压力是按抛物线的规律变化的。根据公式(3-7)可做出如图3-2所示的输气管道压降曲线。
 
    从图3-2可看出,靠近起点的管段压力降比较缓慢,距离起点越远,压力降越快,在前3/4的管段上,压力损失约占一半,另一半消耗在后面的1/4的管段上。出现这种情况是因为随着管道内气体压力的降低,气体体积流量增大,而质量流量是恒定的,因此速度增大;而摩阻损失随着速度的增加而增加,因此,压力降也加快,在接近输气管道的终点,气体流速最大,压力下降也最快(注:图3-2的曲线是在p2=0的情况下作出的)。
    输气管道压缩机站站间终点压力不能降得太低,否则是不经济的,因为能量损失大,也就是说,输气管道站间终点压力应保持较高的数值才是经济合理的。
另外,由公式(3-1)可得
 
其中
 
    对于一条已定的干线输气管道,可近似认为不随输气长度x而变化,因此,p2与x的关系为直线关系,如图3-3所示,也就是说,输气管道沿线的压力平方的变化是一条直线。
    输气管道的压降曲线或p2与x的关系在输气管道的实际操作中有很重要的意义。利用实测的压降曲线可判断输气管段的内部状态(是否有脏物、水合物、凝析液的积聚等),大致确定局部堵塞(形成水合物)或漏气地点等。
    2. 平均压力
    当输气管道停输时,管道内的压力不会立刻消失,仍处于压力状态下,高压端的气体逐渐流向低压端。这样,起点压力p1就逐渐下降,而低压端因有高压气体流入,终点压力p2逐渐上升,最后两端压力都达到某个平均值pm,即平均压力。这就是输气管道中的压力平衡现象。
利用式(3-7)可得出输气管道的平均压力:
 
若在输气管段压力分布关系式中令px=pm,则可以求得该管段中压力刚好等于平均压力的那一点距管段起点的距离:
 
    显然,在输气管段保持流量为Q的正常工况下,对于该管段中与管段起点距离大于xm的点,其压力将低于管段的平均压力pm。然而,在该管段停输后,整个管段的压力将逐渐趋近于其平均压力。因此,对xm点以后的那一段管道至少应该按该管段的平均压力进行强度设计。实际上,在进行输气管道的强度设计时,通常整个站间管段(指两个压气站之间的管道)是按等承压能力的原则设计的,即整个管段的承压能力均等于该管段起点处压气站出口的承压能力。
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