2内壁涂层对水力摩阻系数的影响
因此,当管道内壁绝对粗糙度增加时,水力摩阻系数会相应增加,而采用了内涂层后,会显著降低管道内壁绝对粗糙度,并*终降低水力摩阻系数,*终改善介质流动性能,提高输送效率,增大管输量。
3内壁涂层对管输能力的影响
输气管道计算的基本公式(高程差小于200 m时的输气公式)为Q = C(p 2 1 - p 2) D 5 Z TL( 3)式中: Q为天然气在标况下的体积流量, m 3 /s; p 1, p 2分别为计算管段起点和终点压力, MPa; D为管道内径,m; T为管道中天然气平均温度, K; C为常数; L为管道起终点的距离; Z为天然气压缩系数。
在其他条件相同的情况下,可得出输量Q与水力摩阻系数的关系。将Colebrook公式代入式( 3),得Q 0 Q = 0 0 5( 4)式中:带0角标的表示有内涂层的情况;没有角标的表示没有内涂层的情况。
将其他的摩阻系数计算公式,如Panhandle公式( = 1 11 81Re 0 146 1)代入式( 3),可得:Q 0 Q = 0 0 539 4( 5)将苏联天然气公式( = 1 68 03Re 0 039 2)代入式( 3),可得:Q 0 Q = 0 0 51( 6)可以看出,无论用何种公式,都可得出0 Q.根据一些文献报道,对于敷设前粗糙度为45 m的管道,当粗糙度减少90% ,摩阻系数降低33%,而输量可提高24%.
4内壁涂层对增压站站间距的影响
在输量、工作压力以及其他因素不变的情况下,由式( 3)可得:L 0 L a = 0(7)式中L a为管道沿线中,其中一个增压站与下一个增压站之间的距离同样,因为0 L 0。随着内涂层的运用,使用距离的增加,增压站的站间距也相应增加,这样可以减少增压站的数量。据国外资料介绍,在输气管道使用内涂层后,其增压站的数量可以减少1 /5.
5内壁涂层对压缩机功率消耗的影响
输气管道输气成本的重要部分就是压缩机的动力消耗,动力消耗是以压缩机的功率来计算的。一般选用的都是离心式压缩机,在站压较高,而输量较小时,宜用往复式压缩机。现以使用离心式压缩机为例,说明内涂覆盖层对压缩机功率的影响。
当输气管道压气机站采用离心机时,压缩机功率可以按式( 8)计算:N = 4 008 10 - 6 m m - 1 T B Z B 1 q v m - 1 m - 1 (8)式中: N为压缩机功率, kW; m为多变指数(m = 1 2 1 3); T B为压缩机吸入口温度, K; Z B为压缩机吸入口处压缩系数;为压缩机效率;为压缩机压比,= 1 4 1 6.
由流量公式( 3)可以得到高程差小于200 m的情况下,管道压力与摩阻系数的关系式:p 2 1 - (p 2)2 0 p 2 1 - p 2 = 0(9)将式(9)左边分子分母同时除以p 2 1得:1- 1 2 0 1- 1 2 = 0(10)将式(10)整理可以得到关于具有内涂覆盖层的压缩比式子:0 = 2( - 0) + 0(11)因此,可以得到,对于高程差小于200 m的平原地带,有无内涂覆盖层的压缩机功率之比为N 0 N = m - 1 m 0 m - 1 m = m - 1 m 2( - 0) + 0 m - 1 2m - 1 m - 1 m - 1(12)同理,地形起伏的输气量公式为Q = 1 051 D 5 Z TL 1+ 2L n i= 1(h i + h i- 1)L i 0 5( 13)= 2g ZR T式中: L为输气管道计算段长度; R为空气的气体常数,在标况下, R = 287 1 m 2 /( s 2 K); h为输气管道计算段终点对起点的标高差, m; n为输气管道沿线计算的分段数; h i为各计算分段的终点标高, m; h i- 1为各计算分段的起点标高, m; L i为各计算分段的长度, m; i表示地形起伏的高程分别为h 1, h 2, h 3, i= 1, 2, .
同理,根据式(13)得到地形起伏时有无内涂覆盖层的压缩机功率之比为N 0 N = m - 1 m 0 - 1 m - 1 m - 1 = m - 1 m C 2( - 0) + C 0 m - 1 2m - 1 m - 1 m - 1( 14)C= 1+ h由式( 12)和式( 14)可看出,在使用内涂层后,压缩机的输气功率将降低。
6结束语
天然气管道内壁敷设内涂层后,可以有效地改善和提高天然气在管道中的流动特性;可以减少管道沿线压缩机站的数量;可以降低输送的动力成本和泵输成本;在一定程度上可以提高管输量;可以延长清管周期;可以降低输送动力消耗和泵输成本。
因此,管道内涂层技术具有良好的经济效益,在国外天然气管道已经普遍采用此技术,并且取得较好效益。国内也应该尽快掌握和发展天然气管道的内涂层技术,这将有利于天然气管道事业的发展。