【原创】输气管道沿线温度分布规律和平均温度

第二节 输气管道沿线温度分布规律和平均温度

输气管段的热力计算主要有两个目的,一是为同一管段的水力计算服务,二是预测管段中出现凝析液及水合物的情况.由输气管段的流量公式可知:在其他条件一定的前提下输气管段的流量取决于整个管段中气体的平均温度,而这一平均温度又取决于整个管段沿轴向的温度分布.令一方面,输气管段的稳态温度分布又取决于该段的流量.因此,输气管段的稳态水力计算与热力计算实际上是相互耦合的一对问题.为了求出一个输气管段的流量与沿线温度分布,需要联立求解输气管段的流量关系式和温度分布关系式.由于这两个关系式中的气体物性取决于气体温度和压力,故要进行精确的联立求解是相当的困难的,为此,在工程上通常采用近似解法,即:先假定输气管段的平均温度,按该温度计算输气管段中气体的物性参数并计算输气管段的流量,然后根据该流量求出输气管段沿线的温度分布及平均温度,若该平均温度与假设的平均温度之差满足工程精度要求,则计算结束;否则,以计算出的平均温度作为新的假设平均温度并重复前面的计算过程,直到输气管段平均温度的假设值与新的计算值之差满足工程上的精度要求为止.
一.    输气管温度分布规律
对于一个等直径、等流量的输气管段,若已知管道起点x=0处的温度T=T1,,则其沿线轴向温度分布可以用输气管道温降基本公式描述:
T=T0+(T1−T0)e−ax−Di【(p1−p2) (1−e−ax) /aL】
其中a是一个综合系数:a=Kπdw/MCp
式中 T—管段上到起点的距离为x处的气体温度,K;
T1—管段起点处的气体温度,K;
T0—管段周围环境的自然温度,对于埋地管道,此温度系指管道中心线处的自然地温,K;
K—管段与周围环境之间的总传热系数,W/(m2•K);
M—管段中气体的质量流量,kg/s
dw—管段的外径,m
Cp—管段中气体质量定压比热容,J/(kg•K)
Di—管段中气体的焦耳-汤姆巡逊效应系数,℃/MPa
式中最后一项是由焦耳-汤姆逊效应引起的温降,
在干线输气管线上该项一般为3~5℃.若忽略该项
的影响后,式可变为:
T=T0+(T1−T0)e−ax
该式就是著名的苏霍夫公式.
分析研究表明,当x→∞时,由上式计算出的温度T→T0,即输气管道的温度接近地温;但由式中计算出的温度T→T0−(p1−p2) /aL,即输气管道的温度低于地温,这与实际是符合的.
二、输气管的平均温度
在输气管段的水力计算中需要用管段中气体的平均温度.
由输气管道温降基本公式不难求出整个管段中的气体平均温度:
Tm=To+(T1−To)(1− e−aL /aL) −【Di(p1−p2) /aL】【1¬−1 aL / (1−e−aL)】
从上式可以看出,:在其他条件相同情况下,环境温度越高,暑期管段的平均温度越高.而从输气管段的基本流量公式可知:在其他条件不变的情况下,管段的平均温度越高,其通过的质量流量越小.因此,在输气管道设计及运行管理中要考虑环境温度对管道输气流量的影响.