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输气管道末段储气能力稳态计算法偏差分析
优质期刊推荐《输气管道设计与管理》综合复习资料；一、填空题；1、天然气是指从地层内开发生产出来的、可燃的、烃；2、输气系统从生产到使用各环节紧密相连，天然气从；3、天然气是一种混合气体，混合气体的物理性质决定；4、在温度不变的条件下，气体的粘度随着压力的增大；5、气体被水蒸气所饱和，开始产生水滴时的最高温度；6、天然气工业中最常用的脱水方法有三种分别是：冷；7、对于长距
《输气管道设计与管理》综合复习资料
一、填空题
1、天然气是指从地层内开发生产出来的、可燃的、烃和非烃混合气体，这种气体有的是基本上以气态形式从气井中开采出来的，称为气田气；有的是随液石油一块儿从油井中开采出来的，称为油田伴生气。
2、输气系统从生产到使用各环节紧密相连，天然气从生产到使用大约有五个环节，采气、净气、输气、储气、供配气。这五个环节有三套管网相连，即：矿场集气网、输气干线和城市配气网。这三套管网形成一个统一、连续、密闭的输气系统。
3、天然气是一种混合气体，混合气体的物理性质决定于天然气组成和各组分气体的性质。天然气的组成有三种表示方法：即容积组成、摩尔组成和质量组成。
4、在温度不变的条件下，气体的粘度随着压力的增大而增大。在高压下（大于100atm），气体的粘度随着温度的增大而减小。
5、气体被水蒸气所饱和，开始产生水滴时的最高温度称气体在该压力下的露点温度，它从另一侧面反映气体中的含水量。
6、天然气工业中最常用的脱水方法有三种分别是： 冷凝分离 、固体吸附脱水和
7、对于长距离输气管线，当Q、D、P1max、P2min一定时，输气管末段的最大长度为：
Lmax22P1max?P2min，此时管末段的储气能力为。储气能力最大的末段?CQ2
长度为Lmax的
8、北美、西欧有关的管道标准已规定，20英寸以上的气管应加内涂层，长距离输气管内壁一般涂敷有机树脂涂层的主要优点有：
提高输送效率
降低管道腐蚀速度
9、工程上用压缩因子来表示真实气体与理想气体PVT特性之间的差别，该值偏离1愈远，表明气体的PVT性质偏离
性质愈远。
10、天然气的相对密度是指同一压力和温度下气体密度与
之比，无量纲。
11、“输气管道工程设计规范(GB)”中规定：进入输气管道的气体必须清除机械杂质，
应比输送条件下最低环境温度低5℃；烃露点应低于
，气体中的H2S含量不应高于
12、在工程上，一般根据
判断管线内的含水量是否达到形成水合物的条件。管线内形成水合物后可采取
方法可迅速使水合物分解，管路畅通。
13、对简单输气管路，提高起点压力或降低终点压力都会增加输量，但
对输量增加更有利。终点压力在低压范围内变化对输量变化的影响
14、在高压下，气体动力粘度随温度升高而，随气体密度的减小而
15、输气管道工程设计规范(GB)中规定：进入输气管道的气体必须清除机械杂质，
水露点应比输送条件下最低环境温度低
，这是由于水的存在具有以下危害：
加剧内壁设备腐蚀
减小管道流通面积
形成水合物堵塞管线
16、当Q、D、P1max、P2min一定时，输气管末段的最大长度为：LmaxP?P?1max
22min，此CQ22
时管末段的储气能力为________。储气能力最大的末段长度为Lmax的___________倍。
17、对下图所示的两条简单管路，如果起点压力相同，在任一长度x处，线路1的各点流速（大于、小于、等于） 线路2的流速，线路1的终点压力（大于、小于、等于）线路2的终点压力。这主要是由于气体的
造成的。 线路起点
18、沿线地形激烈起伏对输气管输量有影响，当线路纵断面图与通过管路起点水平线所围面积为正时，其输量
；面积为负时，输量
。这是由于气体
沿管长变化所致。
19、在工程上，一般根据判断管线内的含水量是否达到形成水合物的条件。管线内形成水合物后采取
方法可迅速使水合物分解，管路畅通。
二、分析题
??PQ2?PZ2?D5??1、已知输气管流量基本公式为：Q?C??z?TL????0.5，分析管路的终点压力
对流量的影响。
提示：参见教材第四章，第五节，P128
2、分析天然气中水的存在对输气管线具有哪些危害？
1）会减少输气截面，增加输气阻力
2）酸性气体（H2S,CO2）形成酸性水溶液，对管内壁产生腐蚀。
3）在一定压力、温度条件下，水还能和天然气中的轻组分生成固体冰雪状
水合物，堵塞管道。（JZ20－2 →兴城输气管曾因水合物堵塞管道而停产一
4）水蒸气会降低天然气热值。
3.试述输气系统的组成及长距离输气管的发展趋势
提示：输气系统的组成参见教材绪论，第三节，P7~11
长距离输气管的发展趋势参见教材绪论，第四节，P11~16
4、输气管的流量基本公式为：
Q0?C(PQ2?PZ2)D5
分析管径、管长、温度和压力平方差对输量的影响。
提示：参见教材第四章，第五节，P126~127
三、计算题
1、已知输气管长100公里，内径900mm，平均压力为5MPa，平均温度为5℃，
输送介质为甲烷，其临界压力为44.91×105Pa，临界温度为191.05K，求工程标准状态下输气管内气体的体积。
提示：参见教材第四章，第二节和第四节，P1 14，P1 25-128
22、如图示，已知压气站方程：P22?2.3P.?107Q2，管路方程：1?348
2PQ?PZ2?1000Q2L/D5.2。式中单位：Q ? m3/s; P ? Pa; L ? D ? m
La=400km， Lb=200km，Da=1m，T＝290K，Z＝0.9，压气站入口压力保持不变，
为5MPa。（20分）
(1) 压气站仅向A城供气，当管A终点压力Pza＝2MPa时，求压气站出口压力和城市A的供气量Qa。
(2) 管线B建成后，压气站同时向城市A和城市B供气，站流量增大为原流量的
1.2倍，A城的供气量减少为原流量的96％。a、求管路A终点压力Pza；b、若管B终点压力Pzb=1MPa，求B城供气量和管B的直径。
(3) 若运行最高出站压力为8MPa，A管尾端最低压力为1MPa，求不影响城市A用户用气的最长检修时间。
提示：参见教材第八章，第一节，P273
3、已知输气管长100公里，内径900mm，平均压力为5MPa，平均温度为5℃，输送介质为甲烷，其临界压力为44.91×105Pa，临界温度为191.05K，求工程标准状态下输气管内气体的体积。（10分）
提示：参见教材第四章，第二节和第四节，P1 14，P1 25-128
4、图示两组管系起、终点压力相同，管径、管长等参数相同，求下述不同连接方式的输量比Qb/Qa。（10分）
提示：参见教材第四章，第七节，P132~141
四、问答及推导题：
1、 已知输气管压力分布方程为：Px?22PQ?PQ?PZ2?x?L，推导平均压力计算公
式以及平均压力点距起点的距离在0.5L~0.55L之间变化的依据。
提示：参见教材第四章，第六节，P131
2、 2??PQ?PZ2?D5?已知输气管流量基本公式为：Q?C??，分析起终点压力对流?z?TL??0.5
量的影响。
提示：参见教材第四章，第五节，P127
3、水合物的形成条件及防止水合物形成的主要方法有哪些？
提示：水合物的形成条件参见教材第五章，第四节，P162
防止水合物形成的主要方法参见教材第五章，第四节，P174-175
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《 输气管道设计与管理
简答题：10题，每题6分，共60分
案例分析题：4题，每题20分，根据学号与题号的奇偶对应关系选作2题。
1、什么叫天然气的相对密度？它与天然气组成有何关系？
2、如何将表示天然气组成的摩尔分数换算成质量分数？给出具体的换算公式。
3、我国某LNG接收站进口一批LNG的价格为6美元/MMbtu，设这批LNG气化后的天然气低热值为34MJ/m3，美元对人民币的汇率为1美元兑换6.5元人民币，则这批LNG的进货价格相当于每标准立方米多少人民币？
4、按GB50251的规定，对进入输气管道的天然气的水露点和烃露点各有什么具体要求？
5、在输气管道运行的温度压力范围内，天然气的压缩因子通常明显小于1，这种情况对输气管段的摩阻压降有何影响？
6、为什么水平输气管段可以允许不超过200米的高差？水平输气管段的定义是否适用于任何长度的管段？
7、为什么高压输气是当今输气管道技术的发展趋势？
8、从水合物形成温度的概念出发，分析天然气水合物形成与天然气温度和压力的关系。
9、什么叫输气管道末段的储气能力？它是否随末段长度单调增加？
10、在进行输气管道总体工艺方案设计时，若已知管道的设计输量、设计压力、管外径和管壁厚度，则中间压气站压比对全线需设置的压气站数目有何影响？
论述题：（学号奇数者选序号1、3题，学号偶数者选2、4题）
1、当前国内外输气管道建设呈现长运距、大输量、大口径、高压力的发展趋势，试从技术和经济角度论述这些发展趋势之间的关系。
2、含水量、绝对湿度、相对湿度和水露点都是表征天然气含水状况的数量指标，试从其各自的定义出发分析这些指标的相互关系。
3、某条正在运行的输气管道需要进行增输改造，试从输气工艺角度分析可以采取哪些措施。
4、论述输气管道总体工艺方案设计的条件、目的及步骤。
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《输气管道设计与管理》综合复习资料
一、填空题
1、天然气是一种混合气体，混合气体的物理性质决定于天然气组成和各组分气体的性质。天然气的组成有三种表示方法：即容积组成、摩尔组成和质量组成。
2、对于长距离输气管线，当Q、D、P1max、P2min一定时，输气管末段的最大长度为：，此时管末段的储气能力为
。储气能力最大的末段长度为Lmax的
8、对下图所示的两条简单管路，如果起点压力相同，在任一长度x处，线路1的各点流速（小于） 线路2的流速，线路1的终点压力（大于）线路2的终点压力。这主要是由于气体的
3、为离心压气机配管时，常有出、入口相连的回流管路，其目的是避免压气机产生
4、北美、西欧有关的管道标准已规定，20英寸以上的气管应加内涂层，长距离输气管内壁一般涂敷有机树脂涂层的主要优点有：提高管线输气量、增强防腐性能。
5、工程上用压缩因子来表示真实气体与理想气体PVT特性之间的差别，该值偏离1愈远，表明气体的PVT性质偏离理想气体性质愈远。
6、天然气的相对密度是指同一压力和温度下气体密度与空气密度之比，无量纲。
7、单位体积干天然气中所含水蒸汽的质量称 含水量，它与天然气的
有关。当天然气被水饱和时，其温度也称为 露点
8、管输天然气最主要的三项质量指标为： 热值
、 H2S 和 CO2含量
9、沿线地形激烈起伏对输气管输量有影响，当线路纵断面图与通过管路起点水平线所围面积为正时，其输量 减小
；面积为负时，输量 增大
。这是由于气体 密度
沿管长变化所致。
10、输气管内能否形成水合物主要取决于： 1
压力和温度
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输气管道末段储气能力计算
i=0，1，…，N(2)式中
Δt为时间间隔。
要知道管道各个时刻的储气量必须知道管道各个时刻管道起点和终点的流量。所以在进行瞬态分析时，首先要做的就是输气管道的瞬态模拟。由于温度对管道末段运行参数影响不大，所以在建立数学模型时假设管道是等温流动，并且忽略管壁的膨胀和受压下的收缩。因此在建立输气管道瞬态模拟的数学模型时采用了如下模型
ρτ+(ρw)
fw|w|τ+(w)x+p
上面三个方程组成一个描述输气管道气体流动的方程组式，其中，式(3)是连续性方程，式(4)是动量方程，式(5)是气体状态方程，选用BWRS方程，此方程精度高，而且使用范围广，Z可以通过BWRS气体状态方程算出。这样连续性方程、动量方程和气体状态方程组成了描述输气管道瞬变流的方程组。
在瞬态计算中，运用稳态摩擦系数，摩擦系数f能用下式来计算
1=－2lgD5．0452
1(ε3．7065－
Rlge2．8257D)
引入变量m=ρω，即单位面积上的质量流量，方程式(3)和式(4)可以写成如下的简洁形式
U)(6)其中，[ρ
方程(6)是描述水平输气管道瞬变流的非齐次双曲型模型
，可以通过混合TVD方法求解［5］
散求解的结果可以知道任一时刻管道任一位置的流量。根据储气调峰原理，通过计算机模拟，可以
计算出管道末段的最大储气量和最小储气量，进而求出管道末段的储气能力。
某干线输气管道末段管长L=600km，管径为
φmm，设计压力为10MPa，昼夜平均流量
/s向管段供气，
终点用气变化量随时间变化见图1，并以24小时为周期周期性地变化，城市配
气要求管网的最低压力为2．5MPa。气体的相对密
度s=0．5796，工况下气体密度ρ3
n=0．6982kg/m。
输气管道的其它参数如下:ε=0．01mm，
T=283K。图1管道各时刻流量和储气量
根据上面的模型进行计算机编程，可以求出管
道储气量等参数，进而求出管道的储气能力。各时刻的储气量见图1，管道起终点压力随时间变化曲
管道起点和终点压力随时间变化曲线
分析图1可知，在上述已知条件下，此管道储气
量的最大值和最小值分别为412．4m3
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