第八章 输气管道热力计算第一节 输气管道的温度变化规律1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：dQ dv h dT h dP v g sin dx dx T P dx P T dx

忽略高差和速度变化的影响，则：dQ h dT h dP dx T P dx P T dx

另外由热力学知识可知： P

h

T

h T T P P h

因此：

dQ h dT h T dP dx T P dx T P P h dx1

温降基本公式 h 由于： 则：

T P

CP

T Di P h

C P dT C P Di dp dQ

dQ表示单位质量气体在单位管长上的热量损失，由 传热学关系可知： K D(T T0 ) dx dQ因此： 令a

K D(T T0 ) dx C P Di dP C P dT M

M

K D MC P

则：

非齐次线性微分方程，其通解为：T T0 Ce ax e ax Di

d (T T0 ) dP a(T T0 ) Di dx dxdP ax e dx dx

由于x=0时，T=TQ,所以：T T0 (TQ T0 )e ax Di e ax dP ax e dx 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。输气管道沿线压力逐渐降低， 气体不断膨胀，气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。3

(2)若不考虑节流效应，则得到苏霍夫公式PQ PZ dp (3)若考虑压力沿管长为近似线性分布，即：dx L

T T0 (TQ T0 )e ax

则：

T T0 (TQ T0 )e ax Di

PQ PZ aL

(1 e ax )

温降变化 示意图， 1-输油管； 2-输气管道4

第二节 输气管道的平均温度输气管道的平均温度TCP 1 L Tdx L 01 e aL T0 (TQ T0 ) aLPQ PZ 1 e aL T0 (TQ T0 ) Di aL aL 1 1 (1 e aL ) aL

由此得到温降公式：TCPTCP

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作 为计算温度5

第三节 总传热系数

对埋地管道，其传热过程由三部分组成， 即气体至管壁的放热，罐壁、绝缘层、 防护层等N层的传热，管道至土壤的

放 热N Di 1 1 1 1 1 ln KD a1 D1 i 1 2 i Di a2 DN 1

第四节天然气水合物及生成预测天然气水合物为何物？天然气水合物是气水合物(Gas Hydrate) 的一种，是天然气与水分子在高压低温 下形成的一种固态晶状物质。 因天然气中80%~90%的成分是甲烷，所 以也叫甲烷水合物(Methane Hydrate)。 天然气水合物外观像冰雪，可以象酒精 块一样被点燃，所以也叫“可燃冰”。

天然气水合物结构与物性

CH4 5.99(± 0.07)H2O 1.9 to 9.7 MPa and 263 to 285 K. 天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、 电介常数和热传导率均低于冰，天然气水合物的声波传播速 度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱 和水沉积物，天然气水合物的毛细管孔隙压力较高,这些差 别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。8

包合物之一：气体水合物水-水：氢键 (hydrogen bond) 水分子“笼子 (cavity)”

外观为类冰晶体 非化学计量的 包合物 (clathrate)气体分子：CH4, C2H4, C2H6, C3H8, Ne, Ar, Kr, Xe, N2, H2S, CO2,

气体水合物的类型

晶体类型 I型

水分子数 晶穴种类 晶穴数 晶穴结构 46 小 大 小 大 小 中 大 2 6 16 8 3 2 1 512 51262 512 51264 512 435663 5126810

II型

136

H型

34

气体水合物的储气性质

1 m3 水合物

164 Nm3 天然气

+0.8 m3水

储气能力： 160 atm钢瓶 110 kg甲烷/m3水合物12

气体水合物的相平衡性质

气水合物的研究历史简述1810年 Humphrg Davy 伦敦皇家研 究院 首次合成氯气水合物。 气水合物(Gas Hydrate)一词最早出 现在Davy次年所著的书中。 1832年 Faraday在实验室合成氯气水 合物Cl2· 2O,并对水合物的性质作了 10H 较系统的描述。 其后陆续在实验室合成了Br2、SO2、 CO2、H2S等的气水合物。 著名的Debray规则：在给定温度下， 所有可分解成固体和气体的固态物质都 有一个确定的分解压力，其随温度变化。 1884年Roozeboom提出了天然气水合 物形成的相理论。

气水合物的研究历史简述不久，Villard在实验室合成了CH4、C2H6、C2H4、C2H2等的 水合物。 1919年，Scheffer和Meijer建立了一种新的动力学理论方法 来直接分析天然气水合物，他们应用Clausius—Clapeyron方 程建立三相平衡曲线，来推测水合物的组成。 1942年，Carson和Katz年研究了气水合物和富烃流体存在 下的四相平衡。 50年代曾用X射线晶体结构分析的方法研究了水合物的结 构。近年来用中子图示法做了研究，给出了水合物结构更完 整的概念(补充了X射线分析中关于水晶格中氢原子排列的 资料)。

天然气水合物形成的 地理地质条件三个基本条件：低

温( <10℃ ),高压，天然气气源+水。 高纬度地区的永久冻土带。 海底水深300~500m以下(由温度决定),主要附存于陆坡、岛屿和盆地 的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布 …… 此处隐藏：2015字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……