管線計(jì)算手冊(cè)

實(shí)用管線計(jì)算手冊(cè)

一、施工——纜、索

（一）估算鋼絲繩強(qiáng)度

算法：

1、將鋼絲繩直徑換算成分母為8的數(shù)；

2、將分子平方；

3、再用分母去除；

4、答案以噸為單位。

例：估算1/2英寸鋼絲繩的強(qiáng)度

直徑=1/2=4/8

42/8=16/8=2

1/2英寸鋼絲繩的強(qiáng)度約為2噸。

（一）各種鋼絲繩使用多大直徑的卷筒和滑輪？

為了最有效地使用鋼絲繩，滑輪或卷筒的直徑最好從表1-1內(nèi)選擇。

表1-1

鋼絲繩種類6X196X378X195X286X2518X76X7

最佳磨損45273136455172

良好作法30182124303442

臨界值16141416161828

例：如果鋼絲繩的結(jié)構(gòu)為6X19,直徑為3/4英寸，牽引索上的絞車卷筒應(yīng)為多大

尺寸？

根據(jù)上表，良好作法要求采用的卷筒直徑為30倍鋼絲繩直徑，在這種情況

下應(yīng)取22必英寸。負(fù)荷、速度、彎曲和工作條件也將影響鋼絲繩的使用壽命。

較好的作法是取表內(nèi)“良好作法”和“最佳磨損”這詼個(gè)指標(biāo)之間的某一數(shù)值。

（三）鋼絲繩的安全荷載

現(xiàn)有的鋼絲繩和鏈條是各種各樣的，可能的話，在具體采用之前應(yīng)查一下

其強(qiáng)度系數(shù)。下表可用于施工作業(yè)?；阢U淬火高強(qiáng)度低碳鋼這類材料，它們?cè)?/p>

許的安全系數(shù)為4。如果鋼絲繩由鉛淬火高強(qiáng)度精煉這類材料制成，其安全系數(shù)

將更大。

*1-2銅”繩和鏈條的安全荷我系效

融

入1碗〕

%。。6%

「X一口】

單線單城施豪..￥俅雙線

助行合金錘綱絲合金城合金融鋼絲合金鏈做制性

繩，噸條,噸條，噸繩，M條,噸條，噸嫌，K條，噸條，噸繩，嘩條，噸條，噸

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（四）普通鋼絲繩的強(qiáng)度及重量

表1—3給出鉛淬火高強(qiáng)度精煉鋼制成的普通結(jié)構(gòu)鋼絲繩的斷裂強(qiáng)度。

表1-3

6X19

網(wǎng)線爆結(jié)構(gòu)

-----------

尺寸1------------------------------r

二〕斷裂修度1.量

836001.60

S4800.101

1052002.03

85200.161,/.

5/162.50

1129200

122000.23Z

V.155400S.03

0.311%

7/1616540

184000S.63

214000.4017?

?/?2140004.23

0.S11?/.

9/1627000

2480004.90

0.63

V.33100

2820005.?3

476000.90

3200006.40

1.23

7.64400!--------------------------

其它結(jié)構(gòu)的鋼絲繩的換算系數(shù):

將上表用于其它結(jié)構(gòu)的鋼絲繩時(shí)，需要乘以卜.列系數(shù):

鋼絲繩結(jié)構(gòu)6X196X296X3718X7

強(qiáng)度系數(shù)1.000.960.950.92

重量系數(shù)1.000.970.971.08

例：求直徑2英寸，6X29鉛淬火高強(qiáng)度精煉鋼絲繩的斷裂強(qiáng)度。

強(qiáng)度-320000X0.96-307000磅

重量可用同樣方法求出。

（五）測(cè)量鋼絲繩的直徑

二、施工——涂層（用于管道涂層材料的磨擦系數(shù)）

埋地管線應(yīng)力分析的一個(gè)主要因素是，管道在其壽命期，在溫差和壓差不

同時(shí)而引起的移動(dòng)。這種移動(dòng)很大程度上取決于土壤的磨擦阻力。

雖然很多材料已有靜磨擦系數(shù)方面的大量資料，但是還缺乏管道工業(yè)中采

用的各種涂層與土壤間磨擦的有關(guān)資料。過(guò)去，據(jù)信磨擦系數(shù)資料是從與管子外

涂層對(duì)土壤界面的關(guān)系具有相似性的文獻(xiàn)資料中推算出來(lái)的。

然而，隨著環(huán)氧薄膜樹脂涂層系統(tǒng)的發(fā)展，以及這些系統(tǒng)在管道工業(yè)中日

益被采用，從傳統(tǒng)煤焦油氈涂層到環(huán)氧薄膜涂層的轉(zhuǎn)變，將顯示出由于這兩種材

料表面結(jié)構(gòu)的明顯差別而導(dǎo)致的磨擦系數(shù)設(shè)計(jì)原則方面的顯著變化。

為了鑒定表面結(jié)構(gòu)方面的差異對(duì)管線系統(tǒng)的影響，制定了試驗(yàn)程序，用來(lái)

確定煤焦油氈和環(huán)氧薄膜這兩種涂層對(duì)于各種土壤的磨擦系數(shù)，并獲得將來(lái)采用

這些涂層材料時(shí)進(jìn)行管線設(shè)計(jì)的更為可靠的資料。

為了求出煤焦油氈和環(huán)氧薄膜管道涂層與土壤間的磨擦系數(shù)，從一條管線

的施工占地的典型地段攝取了八種回填土土樣，進(jìn)行了靜磨擦試驗(yàn)。結(jié)果表明，

磨擦系數(shù)明顯大于根據(jù)文獻(xiàn)推算出的數(shù)值，同時(shí)還表明，就固定管線而言，煤焦

油具有更大的磨擦阻力。

根據(jù)土壤及濕度，煤焦油氈涂層的磨擦系數(shù)在0.59?0.91之間變化。在同等

條件下，環(huán)氧膜涂層的系數(shù)變化于0.51~0.71之間。

定義

靜磨擦系數(shù)作用于管道表面的土壤縱向磨擦力理論值可以從卜面的關(guān)系

計(jì)算出來(lái)

F=PJApdA

式中F—土壤縱向磨擦力，磅；

口一磨擦系統(tǒng)，無(wú)單位；

p一作用于管道表面的垂直土壤壓力，磅/英寸2

dA—土襄對(duì)管道的接觸面積積分，英寸2

/ApdA一管道表面土壤總垂直力，磅。

只要不出現(xiàn)很高的按觸壓力，即埋地管線那樣的情況，上述關(guān)系就與接合

表面的單位面積壓力無(wú)關(guān)。

埋地管線支撐的土壤厚度達(dá)到管道直徑的三倍時(shí)，土壤磨擦力的關(guān)系變?yōu)?/p>

F=P(2Dy(H-D/2)+WP)

式中

Wp一管道及其容納物質(zhì)的重量，磅/英寸；

D—管道直徑，英寸；

H一管道中心線深度，英寸；

丫一土壤的比重，磅/英寸3

從上述關(guān)系中可以明顯看出土壤磨擦力對(duì)于磨擦系數(shù)的敏感性。由于這種

磨擦力與溫度利壓力增加造成的管線移動(dòng)的有效距離成反比，磨擦系數(shù)即成為管

線應(yīng)力設(shè)計(jì)的主要因素。

試驗(yàn)系統(tǒng)作用于涂覆板材表面上的土壤理論磨擦力可通過(guò)下述關(guān)系計(jì)

算:

F=PN

式中N—作用于板材表面的垂直力，磅；

W一板材和外部負(fù)荷的總重量，磅。

w

I—1板材

N

圖2-1

由于在上述所有表達(dá)式中磨擦參量的系數(shù)都相同，板材試驗(yàn)系統(tǒng)可用來(lái)模

擬土壤與管線的界面。

煤焦油氈為了模擬實(shí)際的涂覆管線，制備了煤焦油涂層一一種瓷漆和絕

緣紙的結(jié)合物。

鋼板表面用煤焦油涂覆，并用15磅絕緣紙纏繞。因此，土壤表面主要是與

絕緣紙材料接觸。

環(huán)氧薄膜環(huán)氧涂層模擬通過(guò)熔融方法涂施的環(huán)氧薄膜樹脂管線涂層。

試驗(yàn)中采用的鋼板通過(guò)流化床方法涂覆。但其表面結(jié)構(gòu)與工廠生產(chǎn)設(shè)備可

得到的效果相同。

結(jié)果

煤焦油對(duì)土壤圖2-2表示出在現(xiàn)場(chǎng)濕度的條件下，煤焦油對(duì)各種土壤的

磨擦系數(shù)在0.59~0.91之間變化。

圖2-2煤焦油涂層對(duì)土壤的磨擦系數(shù)

由于所用的土壤樣品在種類上變化不大，磨擦系數(shù)在各種土壤間的變化機(jī)

埋從這些試驗(yàn)結(jié)果中沒(méi)有得到提示。但是，系數(shù)變化的范圍明顯地大于以前根據(jù)

文獻(xiàn)推算出的范圍。例如：

土壤種類通常采用的磨擦系數(shù)

淤泥0.3

砂0.4

礫石0.5

正如預(yù)料的那樣，這些試驗(yàn)還表明，濕度可在一定程度上改變磨擦系數(shù)。

為了掌握溫度的影響，曾對(duì)加熱到120中的煤焦油氈纏繞層進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)。

僅在涂層表面之下觀察到比微的軟化。據(jù)信，溫度在這個(gè)范圍內(nèi)不致嚴(yán)重影響磨

擦系數(shù)值。

環(huán)氧薄膜對(duì)土壤正如所料，圖2-3所示結(jié)果表明，0.5J0.71這個(gè)環(huán)氧薄

膜磨擦系數(shù)范圍要比煤焦油的低一些。

圖2-3環(huán)氧薄膜對(duì)土壤的磨擦系數(shù)

同樣，機(jī)理不太清楚，但是多數(shù)情況下結(jié)果頗符合于煤焦油磨擦系數(shù)增長(zhǎng)

的數(shù)量級(jí)。由于在文獻(xiàn)中萬(wàn)能得到這種涂層的有關(guān)資料，因而不能與類似試驗(yàn)的

結(jié)果進(jìn)行比較。

120呼范圍之內(nèi)的溫度對(duì)環(huán)氧薄膜與土壤的磨擦系數(shù)只能有極小的影響或

根本沒(méi)有影響。

結(jié)論盡管實(shí)際上不可能準(zhǔn)確地模似管線在回填溝內(nèi)的表面接觸狀態(tài)，

這里報(bào)導(dǎo)的試驗(yàn)步驟和裝置還是一種與其近似的手段。結(jié)果表明，就土壤的附著

力而論，煤焦油涂層具有比環(huán)氧涂層更大的磨擦阻力。

為了克服管線系統(tǒng)中在膨脹過(guò)大的情況下出現(xiàn)的過(guò)度應(yīng)力，往往要采用加

強(qiáng)管配或精制的管涵。在扭轉(zhuǎn)情況方面，根據(jù)土壤磨擦系數(shù)選擇涂層具有經(jīng)濟(jì)意

義。

試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，地去通常采用的磨擦系數(shù)值，對(duì)于類似土壤來(lái)說(shuō)是保守的,

但在將來(lái)的分析中建議仍采取一定的保守態(tài)度。

由于結(jié)果表明環(huán)氧薄膜的磨擦系數(shù)近似于過(guò)去所采用的煤焦油磨擦系數(shù)，

在環(huán)氧薄膜涂覆的管線上可以繼續(xù)沿用這些數(shù)值。在光滑的環(huán)氧薄膜涂層與濕度

過(guò)高、能夠明顯改變磨擦系數(shù)的土壤相接觸時(shí)，建議采用這些數(shù)值的更為保守的

近似值。

三、施工——管子和配件

(一)怎樣計(jì)算管線的收縮或膨脹

溫度變化100呼，鋼管的收縮或膨脹大約為每100英尺0.8英寸。在美國(guó)鋪

設(shè)焊接管線，除非遇到異常變化，通常不必為收縮或膨脹留松弛量。但是，在公

路穿越附近經(jīng)常要留有松弛量，在這些地段管線可能要在將來(lái)某個(gè)時(shí)候下溝。

收縮量=0.8xx()

100100

例：一段1000英尺長(zhǎng)的管線，如鋪設(shè)時(shí)的溫度為100°F,在冬季操作時(shí)溫

度降至0°F,計(jì)算這段管線的收縮量(假設(shè)管線沒(méi)有土壤或其它阻力荷載)。

收縮量=O.8xW22x變=0.8x10x1=8英寸.

100100

在外露的管線或壓縮機(jī)站下游的管線上可能出現(xiàn)很大的溫度變化。

當(dāng)需要管線有松弛量時(shí)，所需要的下垂和上拱的量可以迅速估算出來(lái)。100

英尺長(zhǎng)的管路要保證0.8英寸的縱向移動(dòng)量，需要21英寸的下垂。150英尺長(zhǎng)

的管路就需要31英寸.施工時(shí)，在管線上留出的這種松弛量可以保證管線下入

路床之下而不產(chǎn)生過(guò)度的應(yīng)力。

鋪設(shè)松弛管路時(shí)，要考慮好上拱、下垂和側(cè)彎的地點(diǎn)。管路鋪設(shè)后，應(yīng)將

部分管路回填，起固定作用。管路應(yīng)在每天最冷即管線最短的時(shí)候下溝。下溝完

了之后，下垂部分要落在溝底上，上拱部分要懸空。側(cè)彎要落在溝底并抵住溝的

外側(cè)壁。管線下溝應(yīng)能使管子的各部分都處于緊縮狀態(tài)。

(-)怎樣根據(jù)外徑和壁厚求管子重量

重量，磅/英尺二(D*)X10.68

式中D—外徑，英寸；

t一壁厚，英寸。

例：外徑=4.500英寸，壁厚=0.250英寸

W=(4.5X0.25-0.252)X10.68

=11.35磅/英尺

上述公式依據(jù)的鋼密度為490磅/英尺3。高屈服點(diǎn)的薄壁管可能比上述表明

的微重一些。

(三)怎樣依照管溝彎管一下垂、上拱和綜合彎

為了使單純的下垂或上拱與管溝相適應(yīng)(見圖4-1),符號(hào)不同的角度相加,

符號(hào)相同的角度相減。

例：（圖中彎曲部位2+40處）

坡度」5。00，

坡度-1。00,

（相減）14。00,上拱

除側(cè)彎之外，不論還有下垂或上拱，算法都是：綜合彎等于最大的角度加

最小角度的1/3。

例：（圖中彎曲部位1+40處）

坡度+10。00，

坡度-1。00，

（相加）11。00,上拱⑴

5。00，左側(cè)彎（2）

綜合彎=11。+（1/3X6。）=13。00'左上拱

注意：這項(xiàng)算法，彎曲最大到18.5。就要有大約1。的誤差。

（四）計(jì)算冷管的最大彎曲度

冷直管在不出現(xiàn)過(guò)度應(yīng)力的情況下可彎曲多大？換句話說(shuō)，在野外鋪設(shè)直

管時(shí)，允許應(yīng)力范圍內(nèi)的最小曲率半徑是多少？

圖4-3

下面是對(duì)這些問(wèn)題的分析解答。

用作懸臂梁的一段直管帶有端部集中荷載時(shí)，其撓度公式為

P/3

△y=

3EI⑴

梁內(nèi)的最大應(yīng)力是

M

s=一⑵

Z

最大彎矩是

M=Pl⑶

如果允許應(yīng)力為SA,(2)式即可改寫為

,，

3A=—M(4)

Z

s$iPI(5)

“=范(6)

(1)改寫為

⑺

3EI3EI

求式(7)的一階和二階導(dǎo)數(shù)

cl\y=2IZSA⑻

~dT~3EI

_22SA

dl~~3EI⑼

曲率半徑可由下面方程得出

(10)

J2Ay

dl2

把式⑻和⑼代入式(10)

需

MT(II)

3E/

limR1_3E1

/0-2ZSA~2ZSA

3EI

式中Ay一撓度，英寸；

/一長(zhǎng)度，英寸；

P—荷載，磅：

E一彈性系數(shù)，磅/英寸2

I一截面慣性矩，英寸4

S-應(yīng)力，磅/英寸2

SA—允許應(yīng)力，磅/英寸2,取自壓力管道標(biāo)準(zhǔn);

M一彎矩，英寸磅；

Z—抗彎截面系數(shù)，英寸3

R一曲率半徑，英寸。

例：根據(jù)美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)53(ASTM53),系列20直徑24英寸的無(wú)縫直鋼管在

不發(fā)生過(guò)度應(yīng)力的情況下，可采用的最小曲率半徑是多少？管子是在70年的條

件下，用于煉油廠界區(qū)外輸油。

2菊

E=29X106磅/英寸2

1=1943英寸4

Z=162英寸3

SA=25500磅/英寸2,取自壓力管道標(biāo)準(zhǔn)

n3x29xl()6xl943

K=--------------------------=20460英寸或1705英尺

2x162x25530

(五)解決管材有關(guān)問(wèn)題的重要公式和常數(shù)

管子截面中金屬的面積

面積，英寸2=3/416(D-t)l

式中，D一管子外徑，英寸；

t一管子壁厚，英寸。

容量

Bio(i=O.l237A=0.0972D2

式中Bioo—每100英尺桶數(shù)；

A一管子內(nèi)截面積，英寸2

D一管子內(nèi)徑，英寸。

及

「808.51029.4

叱丁二k

式中FB—每桶裝滿的英尺數(shù)；

A一管子內(nèi)截面積，英寸2

D一管子內(nèi)徑，英寸。

不同類型管材容量的詳盡資料在涉及這些管材類型的章節(jié)內(nèi)給出。

鋼材常數(shù)(用于管材)

1英寸3=0.2833磅

1英寸3=489.542磅

比重=7.851

用于工業(yè)套管、鉆桿和油管的近似膨脹系數(shù)是

系數(shù)=6.9X10心/華氏度，適用范圍。~400年

管子由于溫度變化而膨脹的計(jì)算公式如下；

L(=Lo(1+0.00000691)

式中Lo一常溫下的長(zhǎng)度；

L一溫度t變化后的長(zhǎng)度。

慣性矩

截面慣性矩都加-。;）

截面極慣性矩￡04—0：）

式中D—外徑；

Di—內(nèi)徑；

兀一3.1416。

圓柱軸或管子的扭轉(zhuǎn)變形和應(yīng)力與扭力之間的關(guān)系

—q=-T=-C--O

rJL

四、氣體

（一）有關(guān)的氣體定律

各種氣體定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式中所采用的符號(hào)是：

V1一初始條件下的氣體體積，英尺3

V2一第二組條件下的氣體體積，英尺3

「一氣體的初始溫度，（）R=°F+460；

T2一第二組條件下的氣體溫度，°R;

P一初始條件下的氣體壓力，磅/英寸氣絕壓）；

P2一第二組條件下的氣體壓力，磅/英寸2（絕壓）；

表示氣體定律數(shù)學(xué)式的其它符號(hào)，將在引用時(shí)隨時(shí)說(shuō)明。

波義耳定律如果溫度不變，一定量氣體的體積與絕對(duì)壓力成反比。其數(shù)

學(xué)表達(dá)式如下

匕」

匕P,

在運(yùn)用波義耳定律時(shí)，人們通常要求的是在第二組壓力條件下的體積，因

而上式可重新整理為

匕=VX二

例：一定量的氣體，當(dāng)壓力為42磅/英寸2（表壓）時(shí)，體積為1000英尺3。

求氣體被壓縮到100磅/英寸2（表壓）時(shí)體積是多少？假設(shè)大氣壓力為14.2磅/英寸

2（絕壓），溫度保持不變。代入上邊波義耳定律的第二個(gè)表達(dá)式，得

4?+14?

V,=1000X————=492.1英尺3

"100+14.2

查理定律（有時(shí)叫做蓋-呂薩克定律）如果壓力保持不變，一定量氣體的體

積與絕對(duì)溫度成正比。

這可以用數(shù)學(xué)式表示為

K-ZL

匕（

同樣，由于人們多關(guān)心第二組溫度條件下的體積而不是任何其它數(shù)據(jù)，因

而上邊公式更為方便的形式即為

查理定律的第二部分是一如果一定量氣體的體積不變，其絕對(duì)壓力與絕對(duì)

溫度成正比C

用數(shù)學(xué)式表示為

A-ZL

p2T2

在這種情況下，人們可能更關(guān)心第二組溫度條件下的壓力，于是可以這樣

表示

T

例：一定重量的氣體，當(dāng)溫度為45°F,壓力為10磅/英寸氣表壓）時(shí)，體積

是450英尺3。假設(shè)壓力不變，求溫度升高到90年時(shí)氣體的體積。

代入查理定律第一部分的公式，得

V、=450）嗎=490英尺,

J（"45+460）

在上邊的例題中，如果體積不變，溫度同樣從45年升到90叩，要求氣體的

（大氣壓力為14.2磅/英寸氣絕壓））

代入公式，得

E=（10+14.4）x吃瑞=26?6磅/英寸I絕壓域12.2磅/英寸1表壓）

將波義耳定律與查理定律組合起來(lái)，可用如卜.數(shù)學(xué)式表示，更便于記憶和使用

人們可以把已知數(shù)值代入組合公式，求出任意的未知項(xiàng)。在其中一個(gè)參數(shù)（如

溫度）不予考慮的情況下，可.當(dāng)作公式兩邊有相同的數(shù)夾處理，因而可以消去。

阿佛加德羅定律在同一壓力、溫度條件卜，所有等體積的氣體含有的分

子數(shù)都相等。

由此可知，一定體積的氣體重量是其分子量的函數(shù)，并且，氣體在某一體

積時(shí)，其重量（以磅為單位）與分子量的數(shù)值相等。

在溫度60°F和壓力14.73磅/英寸氣絕壓）的條件下，氣體的重量（以磅為單

位）與其分子量的數(shù)值相等表7-1點(diǎn)和天然氣其它伴生組分的分子量

時(shí)，氣體的體積為378.9

組分分子式分子肽

英尺3（即“摩爾體積”）。

甲烷C1L16.043

表7-1列出了炬及天然

乙烷C,H130.070

氣其它伴生組分的分子

丙aC.H.44.097

式和分子量。從該表查出T烷C.Hn58.124

72.151

甲烷的分子量是16.043。戊熄QHu

己烷CM,86.178

根據(jù)摩爾體積的定義，在

庚燒CrHi.100.205

溫度60°F、壓力14.73二氧化碳OQ>44.011

磅/英寸2（絕壓）時(shí)，378.9氮N,28.016

英尺3的甲烷氣體重氧532.00

水HjO18.016

16.043磅。

空28.967

阿佛加德羅定律與

通常所知的理想氣體定律具有緊密的聯(lián)系。

表7-1說(shuō)明：分子量基于下列原子量的值：氫1.008,碳12.011,氮14,008,

M16.00,及氮39.944。假設(shè)空氣含氮78.09%,氧20.95%,氮0.93%以及二氧化

碳0.03%。

理想氣體定律這個(gè)定律有多種略有差異的表達(dá)式，但最為常見的是：

PV=nRT

式中p—?dú)怏w的壓力：

V一氣體的體積；

n一氣體的摩爾數(shù)；

R—通用氣體常數(shù)，隨著采用的壓力，體積和溫度的單位而變化。

由于氣體的摩爾數(shù)等于氣體的重量與其分子量的比值，我們就可把理想氣

體定律表示為

W

PV=10.722x—xT

M

式中p—?dú)怏w的壓力，磅/英寸"絕壓）；

V一氣體的體積，英尺3；

w一氣體的重量，磅；

M一氣體的分子量；

T一氣體的溫度，濃。

常數(shù)10.722根據(jù)以磅/英尺％絕壓）為壓力單位的通用氣體常數(shù)1544換算得

出。這個(gè)公式在使用時(shí)可有多種變化。在確定一定量氣體的重量時(shí)，可以寫成

MVP

W=0.0933x-------

T

式中符號(hào)和單位同上。

混合氣體如可得到混合氣體中各組分的體積百分比的分析結(jié)果，就可迅

速確定混合氣體的平均分子量。為使術(shù)語(yǔ)前后一致，在敘述其計(jì)算步驟時(shí)，采用

“摩爾百分率”這個(gè)詞。

然而，氣體的摩爾百分率即等于各組分的體積百分比。通過(guò)舉例可以更好

地說(shuō)明這一點(diǎn)。假設(shè)需要根據(jù)如下分析求出一種天然氣的平均分子量：

甲烷94.6%

乙烷4.6%

氮0.6%

二氧化碳0.2%

該天然氣的分子量即可按下述方法計(jì)算（例中各組分的分子量數(shù)值取自表

7-1）：

各組分摩爾百分率

分子量（體積百分比）

16.043X0.946=15.177

30.070X0.046=1.383

28.016X0.006=0.168

44.011X0.002=0.088

混合氣體分子量=16.816

（二）估算壓縮天然氣所需要的馬力

估算每天壓縮一百萬(wàn)立方英尺天然氣所需要的馬力，可采用卜.面的公式

R(5.16+124log/?、

BHP/MMCfd=R+Rj[0.97-0.037?,

式中BHP-制動(dòng)馬力；

MMCfd一百萬(wàn)立方英尺/天；

R—壓縮比，即出口絕對(duì)壓力除以入口絕對(duì)壓力；

J—超壓縮系數(shù)，假設(shè)每100磅/英寸2的人口絕對(duì)壓力為0.022。

下面是一個(gè)例子：每天將一千萬(wàn)立方英尺的氣體，從185.3磅/英寸2增至

985.3磅/英寸2,應(yīng)安裝多少馬力？

用絕對(duì)壓力表示就分別為200和1000o

那么

1000

^00=5.0

代入公式

5.05.16+124x0.699

BHP/MMCj'd=--------------x=106.5馬力

5.0+5x0.0440.97-0.03x5

每天一千萬(wàn)立方英尺氣體需要1065制動(dòng)馬力。

在入口壓力約為400磅/英寸"絕壓）的情況下，每天百萬(wàn)方英尺氣體所需的

制動(dòng)馬力可從圖8-1口讀出。

上述公式可以用來(lái)計(jì)算各種入口壓力及不同物理性質(zhì)的氣體所需要的馬

力，這樣就可以繪制出一族曲線。

120

人口壓力;400修/茶，尸（絕HC

E

100

才80

60

螺40

玄

姓

丁

品

爾

耳

儂

壓縮比

圖8-1

（三）運(yùn)用壓降的方法估算氣管線的漏失量

為了確定在基礎(chǔ)壓力14.4磅/英寸2（絕壓）和溫度60午的條件下的漏失量，

以百萬(wàn)立方英尺/年為單位，可將1英里管線在1小時(shí)求驗(yàn)內(nèi)得出的數(shù)值作為基

數(shù)。采用下面公式

26P2

Ly=9xD

460+。460+/2

式中D一管子內(nèi)徑，英寸；

PL試驗(yàn)開始時(shí)的壓力，磅/英寸1絕壓）

P2—試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的壓力，磅/英寸飛絕壓）

h一試驗(yàn)開始時(shí)的溫度，°F；

12一試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的溫度，°F。

采用這個(gè)公式的誤差約為4%。

（四）集氣管線流量的快速確定法

這里介紹一種估算集氣管線內(nèi)氣體流量的簡(jiǎn)便方法。對(duì)于小口徑集氣管線,

這種方法與更難的更精確的公式相比，其誤差在10%以內(nèi)。

3

_（500）（J）A/PV^

G=7Z

式中Q一每24小時(shí)氣體的立方英尺數(shù)；

d一管子內(nèi)徑，英寸；

Pi一起點(diǎn)壓力，磅/英寸氣絕壓）

P2一終點(diǎn)壓力，磅/英寸氣絕壓）

L-管線長(zhǎng)度，英里。

（五）怎樣估算輸氣管線進(jìn)行密閉試驗(yàn)所需要

的時(shí)間以及新管線上允許的最大壓力損失

這兩項(xiàng)算法可以有助于輸氣管線的空氣或氣體試驗(yàn)。它們不能用于靜壓試

驗(yàn)。各輸氣公司所采用的常數(shù)值隨著經(jīng)濟(jì)意圖、管線條件和輸氣量的不同可以有

所變化。

管線充完氣并且穩(wěn)定下來(lái)之后取得良好的密閉試驗(yàn)所需要的最短時(shí)間可由

下面的公式來(lái)確定

3XD2XL

ni~一一

式中Hm一獲得準(zhǔn)確試驗(yàn)所必需的最短時(shí)間，小時(shí)；

D一管子內(nèi)徑，英寸；

L一試驗(yàn)管線的長(zhǎng)友，英里；

Pl—試驗(yàn)起始?jí)毫?，?英寸2（表壓）

（六）多相流動(dòng)

正如本章一開始所指出的，在油田生產(chǎn)操作中，油和氣或者油、氣、水同

時(shí)在一條管線內(nèi)流動(dòng)的問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越重要了。由于必須考慮到兩種或更多種流

體的特性，還由于流動(dòng)條件決定了液體的不同流動(dòng)形態(tài)，因此這些問(wèn)題是很復(fù)雜

的。這些流動(dòng)形態(tài)，在任何一條線內(nèi)，都可以隨著流動(dòng)條件的變化而改變，并且

它們可以共存于同一管線的不同位置。

不同的研究人員對(duì)流動(dòng)形態(tài)的認(rèn)識(shí)和采用的術(shù)語(yǔ)都不相同。通常所認(rèn)識(shí)到

的是：

1.氣泡流一氣泡沿著管子上部以與液體大致相同的速度流動(dòng)。

2.氣團(tuán)流一氣泡聚結(jié)成大的氣泡占據(jù)了管子大部分截面。

3.層狀流一氣體液體界面相對(duì)"穩(wěn)定，氣體在管子上部流動(dòng)。

4.波狀流一與前者相同，只是在液體的表面形成了波浪。

5.段塞流一有些波浪的頂部觸及管子的頂部。這些氣團(tuán)以高速度運(yùn)動(dòng)。

6.環(huán)狀流一液體貼著管壁流動(dòng)，氣體以高速在中心穿過(guò)。

7.霧狀流一液體散布在氣體中

多相流動(dòng)的壓降一定高于單相流動(dòng)的壓降，上述對(duì)流動(dòng)形態(tài)的說(shuō)明即強(qiáng)調(diào)

了這種現(xiàn)象的第一個(gè)原因°后者的壓降主要是磨擦的結(jié)果。在多相流動(dòng)中，除了

磨擦以外，能量損失還在于氣體使流體加速，氣體的壓縮以及波浪和氣團(tuán)的形成。

流動(dòng)形態(tài)不同，這些損失也不同，而流動(dòng)形態(tài)是作為流動(dòng)條件變化的結(jié)果而變化。

第二個(gè)原因是這樣一種情況，即由于管內(nèi)存在兩相物質(zhì)，其中每一相所占的橫截

面積就少了。正如前邊所討論過(guò)的，壓降與管子直徑的五次哥成反比。

兩相水平流動(dòng)

為了預(yù)計(jì)兩相流動(dòng)中的壓降，不同的研究人員提出了二十多種相互關(guān)系。

關(guān)于這項(xiàng)研究，經(jīng)美國(guó)石油學(xué)會(huì)和美國(guó)天然氣協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)起，在休斯頓大學(xué)對(duì)其

中五個(gè)相互關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)中，從15000多個(gè)所得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中篩選

出2620數(shù)據(jù)，再將這五個(gè)相互關(guān)系與這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

這項(xiàng)研究報(bào)告的統(tǒng)計(jì)部分得出結(jié)論，在所驗(yàn)證的五個(gè)相互關(guān)系中，洛克哈

特一馬蒂內(nèi)利(Lockharl-marlinelli)的相互關(guān)系顯示出與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最為一致，尤其

是對(duì)于油田生產(chǎn)中常用的管子尺寸。該方法可以歸納如下：

1.假設(shè)氣體和液體都單獨(dú)在管內(nèi)流動(dòng)，確定出它們的單相壓降。這一步是采用

以前給出的方程完成的。

2.確定無(wú)因次參數(shù)X一匹,式中APL和△PG分別是液體和氣體的單相壓降。

3.這種方法判明了兩相流動(dòng)的四種方式如下

流動(dòng)方式

氣體液體

紊流層流

紊流紊流

層流層流

層流紊流

每一相的流動(dòng)類型都由它的雷諾數(shù)所決定（圖11-6）

4.從圖中查出系數(shù)6,作為X對(duì)適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)方式的函數(shù)。

5.那么兩相壓降即是

可采用氣相或液相中任何一種單相壓降，結(jié)果是同樣的。

對(duì)于油田生產(chǎn)操作中的兩相流動(dòng)問(wèn)題，如只需求出近似的估計(jì)值，可以采

用某種簡(jiǎn)化方法：

1.油和氣體在流動(dòng)狀態(tài)下的體積可從均衡閃蒸計(jì)算中得到確定，但是通常

得不到這樣做的資料，因而可以采用

根務(wù)忸和壓力和原油重度也

SJ溶解度表示的平均條件出自151下列步驟：：

個(gè)油田的164#作品的508個(gè)觀初

值平均偏差22.0%

氣體體積采用圖11-5中的曲線

API原油重度6（P確定，這個(gè)圖產(chǎn)表示了不同重度的原

油和不同飽和壓力（這里為來(lái)油管線

壓力）的氣體溶解度。如果已知某一

霹1000

c、壓力，磅/英寸2

k壓力的油氣比，就可以通過(guò)曲線用下

?

.

面的方法計(jì)算另一壓力的油氣比：

tBt

勝

效假設(shè)30°API的原油，在900磅

丫

/英寸2的壓力下，油氣比為600英

戛至尺3/桶。確定1300磅/英寸2壓力時(shí)

工毒的油氣比。同圖可知，在900磅/英

二I瑩寸2時(shí),氣體溶解度為205英尺3/桶,

三聿在1300磅/英寸一時(shí)，氣體溶解度為

-：!（300英尺3/桶，增加了95英尺3/桶,

5000因此在1300磅/英寸2時(shí)，油氣比將

圖11-5根據(jù)飽和壓力和原油重度預(yù)測(cè)溶解度

為600-95=505英尺3/桶。

溶解氣體的增加會(huì)造成原油體積的增加，這可以從計(jì)算泡點(diǎn)液體地層體積

的圖表中得出。但是，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)油管線這樣的近似估計(jì)問(wèn)題，這一步常?？梢允?/p>

略掉，不至于嚴(yán)重影響結(jié)果的有效性。

2.在這里所考慮的多數(shù)情況下，流動(dòng)方式是紊流一紊流。因此，圖11-6

中的曲線給出的系數(shù)僅用于這種方式。

圖11-6系數(shù)小，用于兩相流動(dòng)的洛克哈特-馬蒂內(nèi)利相互關(guān)系

（七）可壓縮流管線壓降的計(jì)算圖表

可壓縮液體的流動(dòng)壓降可由達(dá)西（Darcy）公式來(lái)計(jì)算

=0.000336

f(a'}2S2

%-0.000000019597g

式中Pioo-每百英尺管子壓降，磅/英寸十表壓）

f—磨擦系數(shù)，可從本書圖13-22中求出；

W一流量，磅/小時(shí)；

d一管子內(nèi)徑，英寸；

q'一流量，英尺3/小時(shí)（在14.7磅/英寸2表壓、60°F的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）；

Sg—?dú)怏w相對(duì)于空氣的比重（即氣體分子量與空氣分子量的比值）；

P一氣體重度,磅/英尺十圖10-3）。

上邊給出的任何一個(gè)公式所得出的壓降都可以從計(jì)算圖表（圖11-10）中求出。

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