复杂条件下管道水力输沙研究进展与挑战
泥沙研究
2011年12月Journal of Sediment Research第6期
复杂条件下管道水力输沙研究进展与挑战
夏建新，曹斌，黑鹏飞
（中央民族大学环境科学系，北京100081）
摘要：管道水力输沙技术已在许多工程中得到应用，但随着该技术应用领域越来越广，应用条件也越来越复
杂，管道输沙技术应用受到了很大限制，急需开展多相流体动力学基础研究。本文分析了管道水力输送面临
的复杂颗粒组成、复杂输送流体性质、复杂空间形态、复杂输送工艺等复杂条件下的工程应用问题，全面评述
了固液两相流基础理论、非均匀颗粒管道输送、高浓度流体输送流变与阻力特性以及深海采矿、油井砾石充填
等特殊输送工艺条件下的研究成果和最新的进展，并提出了管道水力输送技术研究面临的挑战。
关键词：复杂条件；管道；水力输送；颗粒物料
中图分类号：TV142文献标识码：A文章编号：0468-155X（2011）06-0007-05
1引言
管道输沙技术已在国内外许多工程中得到应用，是工程泥沙学研究的成功实践。由于具有无污染、节能减排、作业不受天气影响、输送量大的优点［1］，近年来颗粒物料管道水力输送应用领域越来越广，应用条件越来越复杂。如深海矿产资源水力提升，多种工业物料混合输送，高浓度矿山尾矿胶结充填，油井砾石充填等。
在深海采矿系统中，需将海底固体矿产资源利用管道提升到海面采矿船上，为允许海底集矿机绕障时偏离主管道，并适应海底地形变化，采矿系统下端需要连接一段空间形态复杂的软管；在工业生产中，也经常要求多种颗粒物料混合输送。如正在论证的神华至渭南的输煤管道工程，一部分煤炭供给火电厂，由于脱水困难颗粒不能太细；另一部分煤炭供给煤化工厂，颗粒可以很细，两种物料同时输送，这种级配断开的物料和水混合组成的浆体物理特性复杂；由于尾矿库事故频发（如2008年山西襄汾“9.8”尾矿库溃坝导致254人遇难，2010年9月广东紫金矿业高旗岭尾矿库溃坝导致22人遇难）和矿山环境保护的要求，矿山尾矿充填工程越来越多，不同尾矿的物料物理特性差异很大，充填一般采用高浓度输送，并且添加胶结剂（如水泥等），有可能形成膏体输送（膏体即具有良好稳定性、流动性和可塑性的牙膏状胶结体），输送的物料组成和流体性质非常复杂；为保证油井高产稳定，防止井壁出砂堵塞井筒，很多油井采用砾石充填。充填时携砂液浆体中的介质水可能逐渐滤失到井壁地层中，这时浆体是变质量流，液体介质越来越少，颗粒浓度越来越大，极易由于流体滤失发生提前堵塞，使充填作业失败。这种情况下输送工艺条件非常复杂。综上所述，在工程应用中颗粒物料管道水力输送的复杂条件可能包括四个方面：管道空间形态复杂（垂直/水平/倾斜）、输送流体特性复杂（均质载体/浆体/膏体）、输送固体颗粒物质组成复杂（精矿/河砂/尾矿加水泥）和粒级组成复杂（粗细不均，断开级配）、输送工艺条件复杂（变质量流）。
尽管颗粒物料管道水力输送有很多成功的工程案例，但是由于对诸多基础研究不充分，关键科学问
收稿日期：2011-03-08
基金项目：国家自然科学基金（50879096）；中央民族大学“985工程”项目（MUC985-9）
作者简介：夏建新（1969－），男，湖北黄冈人，教授，博士，主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail：jxxia@vip．sina．com
题没有解决，特别是应用条件复杂，给工程应用带来了一系列困难。如枣庄八一煤矿利用水力管道从井下提升煤块，在2001年1－9月间共发生6次堵管事故，其主要原因是不了解宽级配范围的颗粒物料长距离输送过程中的分选和滞留特性，设计流速过小，导致矸石颗粒分选，大块矸石积存于泵中而产生堵管。在油井砾石充填方面，进行斜井和水平井充填还存在相当的困难。由于技术水平限制，大多数水平井仍属于大斜度井的范畴。主要原因是砾石充填中固液两相变质量流动的机理不明确，无法建立描述整个充填过程的模型以及相应的参数计算方法。
当前，我国经济处在高速发展过程中，对矿产资源和石油的需求日益增大。在这些资源开发中，颗粒物料管道输送技术具有广阔的应用前景。然而，不得不注意的是我国仅有的两条铁精矿长距离管道输送工程均由外国公司设计，反映出我国在固体物料管道输送领域基础研究薄弱，在许多研究方面基本处于空白状态，在此情况下，发展我国管道输送技术显得尤为迫切。
2颗粒物料管道水力输送研究最新进展
颗粒管道水力输送技术在20世纪50，60年代得到快速发展，国外的许多管道输送研究成果也是在这一时期得到的，其中，Durand［2］和瓦斯普［3］等人成果最为突出。我国的管道输送技术研究从20世纪80年代初得到大力发展，国内先后建立了多条管道输送试验系统，获得了一系列研究成果，其中，费祥俊［4］的成果最具代表性。然而，在随后的近十年里，我国管道水力输送研究进展不大，多个管道试验室相继被撤除。最近几年，由于资源需求和环境保护要求，管道水力输送研究又出现了新的生机。
颗粒物料管道水力输送技术研究的核心是输送载体动力特性与系统输送参数研究，依赖于泥沙运动学基本理论的发展。如管道中颗粒的沉降与起动的决定条件、流体输送阻力等是管道安全输送速度设计的基础数据，管道输送阻力又与颗粒在管道中的运动形式（悬移、推移）密切相关，颗粒的运动形式又与颗粒的大小、密度以及流体的性质密切相关。下面从四个方面分析颗粒物料管道水力输送相关研究领域的现状及其发展动态：
（1）水沙流中颗粒运动。
（2）非均匀宽级配物料输送。
（3）高浓度物料输送流体流变特性与阻力特性。
（4）物料复杂输送工艺形式及条件研究。
2.1水沙流中颗粒运动形式
对于颗粒较小的物料（平均粒径0.1mm）的输送管道设计已经有很多的研究成果，工艺也比较成熟（Ni，2004）。细颗粒与介质可形成均质或准均质浆体，仅需要掌握流体的宏观特性，如输送流体的流变特性等即可［4］，但由于细颗粒脱水困难以及其他特殊因素，许多工程要求以粗颗粒进行输送。采用粗颗粒输送必须了解颗粒在管道中的受力特性及其运动特点。国内外学者针对粗颗粒物料水力输送机理进行了大量的研究。粗颗粒在管道中的运动由其受力状态决定，主要的作用力除重力与浮力外，还有流体对颗粒的拖曳力、压力梯度力、变速运动产生的附加质量力、与颗粒的不平稳运动有关Basset力、颗粒旋转运动产生的Magnus力、流速梯度产生的Saffman力以及颗粒与边壁、颗粒之间的相互作用力等。Sommerfeld［5］在对颗粒受力分析基础上，采用拉格朗日方法，考虑颗粒之间的碰撞以及颗粒与边壁的碰撞作用，对粗颗粒群运动进行了数值模拟计算，得到了颗粒在管流截面中的分布，颗粒速度分布等微观信息。路展民［6］利用激光多普勒分相测量技术，在实验中分别测出了颗粒和流体的时均速度，在力学分析基础上，确定了固体颗粒在管流中的滑移速度（颗粒与流体的速度差）表达式。近年来，在颗粒流动研究中发现了如颗粒分选、“指进（fingering）”以及“巴松果”等很多特殊现象，颗粒流研究成为了热点［7］，其中，栗苏文［8］、Campbell［9］和孙其诚［10］分析了颗粒流中多颗粒作用的力学模型，对颗粒流动状态下颗粒力链结构，颗粒“结拱”力学机制进行了试验研究，分析了颗粒物理性质对运动规律的影响，这些研究成果可为管道中推移质运动以及粗颗粒输送堵管机理研究提供参考。粗颗粒在管流中受力特点与微观运动特性研究为粗颗粒物料管道水力输送工程应用奠定了重要的基础，但是受试验测试技术、多颗粒相互作用理论模型以及与计算机模拟能力的限制，颗粒流研究整体进展缓慢。
2.2非均匀宽级配物料输送
非均匀泥沙输移是泥沙运动学研究的难点，颗粒大小不同其水动力学特性也有很大差异。粒径较小的颗粒（粒径小于0.1mm）可与介质水形成均质浆体，以悬移形式输送，大多数粒径较大的颗粒则可能以推移形式输送。费祥俊［4］根据颗粒物料组成不同区分三种输送模式，即以细颗粒为主的物料一般以均质流输送、以粗颗粒为主的物料一般以两相流或非均质流模式输送以及粗细分布很广的宽级配物料复合流模式输送。如果在同一系统中同时有粗细两种颗粒物料，细颗粒与介质水形成均质载体，粗颗粒在这种均质载体中运动，不易沉降，这种复合流是非常有利的固体物料输送模式，不仅可减少粗颗粒推移质对管道的磨损，还可以降低临界淤积速度［3］。实际上，复合流输送中参与形成均质流的细颗粒尺寸是动态变化的，随固体颗粒浓度和输送速度变化，因此，输送物料级配优化与输送参数选择是非常复杂的，目前还没有建立完整的定量分析模型。
非均匀颗粒物料输送过程中还存在物料分选的问题，由于细颗粒跟随性较好，速度较快，而粗颗粒速度较慢，容易滞留在管道中，尤其是在垂直管道中［11］。粗细颗粒分选可能导致粗颗粒在管道某个部位聚集，从而形成料栓，堵塞管道。Li［12］利用实验数据分析了非均匀推移质颗粒流动状态下分选的力学机制。非均匀颗粒水力输送分选效应及其对管道浆体流态和安全性的影响一直是困扰研究者的难题。
2.3高浓度物料输送流体流变特性与阻力特性
固液两相流体流变特性是反映流体流动性能的重要指标，与管道的阻力特性也有密切的关系。固液两相流体的流变特性非常复杂，不仅与物料级配组成有关，还与颗粒浓度、流体温度、物料化学特性等有关。为降低输送能耗及节约用水，管道输送要求提高浆体浓度，其输送浓度甚至高达65% 80%，物料和水的混合物可由浆体向膏体转变。在高浓度物料输送工程实践中，均质浆体、非均质浆体以及膏体均有可能出现。费祥俊［4］全面整理了国内外不同物料的流变试验研究成果，但由于不同学者采用的试验物料差异较大，提出的计算公式使用条件严格，不具有通用性。近几年，膏体充填技术在处理矿山地表尾矿及井下采空区的回填方面，得到了快速发展，并有逐渐取代地表尾矿处理方式的趋势［13］。黄玉诚［14］等对以尾砂作骨料的似膏体料浆流变特性进行了实验研究，分析了细颗粒含量对膏体性质，颗粒浓度对过渡流速的影响。Kesimal［15］分析了膏体中细颗粒对保持水分，并在管壁处形成润滑层，从而起到减小流动阻力的作用。尽管浆体和膏体流体性状具有较大差异，但均是颗粒物料与流体介质的混合物，从研究角度上看，具有其相似性。目前，还没有将浆体和膏体作为一个有机整体进行研究，浆体向膏体转变的临界条件以及流变特性的差异等问题尚无研究成果。同时，由于物料组成千差万别、膏体浓度及流量经常处于波动状态，其流变特性也不稳定，充填系统还需要进一步的技术攻关。
高浓度物料输送阻力计算是管道输送技术的重要内容，也是多相流体动力学研究的核心内容。管道输送阻力特性不仅与管道本身特点有关，还与颗粒物料本身特点及其水动力学特性相关。如颗粒运动形式直接影响输送阻力，固液混合物的流变特性也与阻力特性相关。Durand［2］、瓦斯普［3］、费祥俊［4］和孙东坡［16］对煤炭和河砂等物料管道水力输送阻力损失进行了大量的试验研究和系统分析；以深海采矿为应用背景，国内外学者开展了粗大颗粒在垂直管中输送阻力特性的研究。如Engelmann［17］利用200m深的矿井进行了粗颗粒垂直管水力提升阻力特性试验研究，Asakura［18］利用数值模拟进行了垂直管水力提升阻力特性研究；Han［19］、Xia［20］以及李畅［21］等利用实验研究了粗颗粒在垂直管中输送时的阻力损失。金子桥［22］等分析了通用的几种计算膏体料浆水力坡度的公式，并对各个公式的优缺点及适用范围做了评价，结果发现，已有的公式都存在偏差。毛旭峰［23］等利用试验分析了复杂地形条件下铅锌矿尾矿膏体（加水泥）输送阻力特性。
从以上研究成果看，高浓度物料管道输送流体的流变特性和阻力特性研究获得了大量的研究成果，但这些研究基于不同的物料和不同的输送条件所得的成果缺乏系统性，还无法从整体上揭示不同流体性状的流变特性变化规律。
2.4复杂输送工艺及条件研究
由于深海采矿、水力输煤以及油井砾石充填等其他相关工程领域的需求，物料管道输送应用工艺与条件越来越复杂，对管道输送技术的要求也越来越高，迫切需要发展固液两相流体动力学基础研究。
深海采矿要求以粗颗粒形式提升海底矿物，并且管道处于海水中摆动，尤其是采矿系统下端的软管空间形态非常复杂。这样特殊的输送条件对管道输送技术提出了新的要求。近年来，韩文亮［19］、陈光国［24］以及夏建新［20，25］等开展了一系列基础研究，在粗颗粒群体水动力学特性，摆动管中粗颗粒运动形态，垂直管中粗颗粒流动阻力损失以及含粗颗粒浆体水击特点等方面取得了丰硕的成果。
从节约水资源和环保的角度考虑，林愉等［26］提出了大块煤柱长距离管道水力输送技术，即将散体煤颗粒压制并洁净成具有一定强度的大块煤柱，然后采用一定浓度的煤浆作为载流体将洁净煤柱进行长距离管道输送。利用煤柱煤浆实验管道输送模拟系统，开展了煤柱煤浆管道水力学实验。得到了煤柱速度、管道断面平均流速、环隙流流速和雷诺数间的关系，绕流静止煤柱时煤柱表面的压力分布规律，还分析了煤柱临界悬浮速度、输送能耗以及管道和煤柱磨损变化规律等。这些将散体煤颗粒压制成大块煤进行长距离输送是粗颗粒水力输送一种新的应用形式，但煤块压制工艺需要额外增加成本，而且同样存在技术风险，但提供了新的物料水力输送思路。
水平井和大斜度井已成为油田尤其是海上油田开发的重要技术手段，但由于其砾石充填过程涉及井筒倾斜、流体滤失条件下的固液两相变质量流动与砂床运移，充填过程中极易发生提前堵塞，使作业失败。董长银与张琪等［27］针对水平和大斜度油井砾石水力充填特性进行了研究，初步提出了描述砾石充填过程的数学模型以及相应的设计方法。但研究从宏观角度出发，缺乏对颗粒与水流作用机制以及极端失水条件下颗粒流运动机理的探讨，但在该领域的研究和实践尝试再次说明了物料管道水力输送具有广阔的应用前景。
3复杂条件下管道水力输沙研究面临的挑战
尽管颗粒物料和输送条件非常复杂，但综合分析，管道水力输沙研究面临的挑战大致有以下三个方面：（1）需要深入分析非均匀颗粒在管道中运动力学特点、复杂物料组成条件下固液混合物流变特性与阻力特性（如固液混合物由浆体向膏体转变的影响因素和临界转变条件）、高浓度浆体中粗颗粒流流动特点与流体滤失条件下颗粒流动规律等，揭示复杂物料组成、复杂流体性质以及复杂流动条件下管道输送的基本规律。
（2）需要建立非均匀颗粒，多流体性质以及变质量水砂流等复杂条件下理论分析模型，建立联系微观颗粒运动力学特点和宏观流变与阻力特性的理论分析方法，丰富和完善管道输沙理论体系。
（3）需要提出非均匀颗粒物料在管道中运动形式划分标准和临界条件、固液混合物不同流变特性转化条件及其管道输送阻力损失计算公式、变质量水沙流安全输送条件等，为固体物料水力管道输送技术应用奠定基础。
4结论
尽管在颗粒物料管道水力输送方面取得了大量的研究成果，但由于固液两相流动和工程应用条件的复杂性，还有很多问题没有真正得到解决，如粗颗粒在复杂空间形态管道中的运移形式，非均匀颗粒在输送过程中运动形式和分选，固液两相组成的浆体与膏体的临界转变条件以及阻力特性差异，变质量流流动特点等。本文在对已有成果进行分析的基础上，提出了管道输沙研究面临的挑战，可为该领域下一步的研究工作提供参考。
参考文献：
［1］倪晋仁，王光谦，张红武．固液两相流基本理论及其最新应用［M］．北京：科学出版社，1991.
［2］Durand R．The hydraulic transportation of coal and other materials in pipes［M］．London：Collog of National Coal Board，1952.
［3］瓦斯普，等．固体物料的浆体管道输送［M］．黄河水利委员会译．北京：水利电力出版社，1980.
［4］费祥俊．浆体与粒状物料输送水力学［M］．北京：清华大学出版社，1994.
［5］Sommerfeld M．Modeling of particle-wall collisions in confined gas-particle flows［J］．Int．J．Multiphase Flow，1998，18：
905－926.
［6］路展民，杨秀芝．垂直管湍流液－固流中大颗粒的相对速度［J］．力学学报，1999，31（1）：29－36.
［7］Yan X．，Shi Q．，Hou M．，et al．Effects of air on the segregation of particles in a shaken granular bed［J］．Physical Review Letters，2003，91（1）：1－4.
［8］栗苏文，夏建新，曹斌．颗粒流动特殊现象探析［J］．泥沙研究，2005，（6）：65－69.
［9］Campbell C S．Granular material flows-An overview［J］．Powder Technology，2006，162：208－229.
［10］孙其诚，王光谦．颗粒物质力学导论［M］．北京：科学出版社，2009.
［11］夏建新，倪晋仁，黄家桢．粗颗粒物料在垂直管流中的滞留效应［J］．矿冶工程，2002，22（3）：37－40.
［12］Li H M，McCarthy J J．Cohesive particle mixing and segregation under shear［J］．Powder Technology，2006，164：58－64.［13］Frimpong S，Szymanski J．Oil sands slurry and waste recycling mechanics in a flexible pipeline system［J］．Resources，Conservation and Recycling，2003，39：33－50.
［14］黄玉诚，孙恒虎．尾砂作骨料的似膏体料浆流变特性实验研究［J］．金属矿山，2003，（6）：8－1.
［15］Kesimal A，Ercikdi B．The effect of deslining by sedimentation on paste backfill performance［J］．Minerals Engineering，2003，16：1009－1011.
［16］孙东坡，王二平，严军，等．高浓度泥浆输送管道阻力及输送能力研究［J］．水利学报，2004，（9）：1－8.
［17］Engelmann H E．vertical hydraulic lifting of large-size particles a contribution to marine mining［C］．Offshore Technology Conference，Houston，May，1978.
［18］Asakura K，Asari T，Nakajima I．Simulation of solid-liquid flows in vertical pipe by a collision model［J］．Powder Technology，1997，145（4）：201－209.
［19］Han Wenliang，Wang Guangqian，Wu Baosheng，et al．Water hammer in coarse-grained solid-liquid flows in hydraulic hoisting for ocean mining［J］．Trans．Nonferrous Met．Soc．China，2002，12（3）：508－513.
［20］Xia Jianxin，Ni Jinren，Mendoza C．Hydraulic lifting of manganese nodules through a riser［J］．Journal of Offshore Mechanics＆Arctic Engineering，ASME，2004，2：72－78.
［21］李畅，夏建新．深海矿产资源开发水力提升系统参数预测及优化［J］．矿冶工程，2007，（4）：23－27.
［22］金子桥，吕宪俊，胡术刚，等．膏体充填料浆水力坡度研究进展［J］．金属矿山，2009，（11）：35－37.
［23］毛旭锋，夏建新．复杂地形下高浓度浆体管道充填阻力试验研究［J］．矿冶工程，2007，27（4）：35－38.
［24］陈光国，阳宁，唐达生，等．垂直管道颗粒及颗粒群沉降运动规律研究［J］．泥沙研究，2010，（4）：16－21.
［25］Xia Jianxin，Huang Jiazhen．Additional pressure losses of solid-liquid flow in an oscillating pipeline［J］．Journal of Hydrodynamics，2002，B（1）：75－80.
［26］林愉，黄以细，林群．洁净煤柱的试验研究和性能分析［J］．中国矿业，2006，15（6）：84－90.
［27］董长银，张琪，张松亭．水平井砾石充填过程中的变质量流［J］．科学技术与工程，2005，5（2）：69－72.
Progress and challenge of study of sediment hydraulic transport
with pipelines under complex conditions
XIA Jian-xin，CAO Bin，HEI Peng-fei
（Department of Environmental Sciences，Minzu University of China，Beijing，100081China）
Abstract：The technology of sediment hydraulic transport with pipelines has been applied in many engineerings，with the wider the application field becomes，the more complex the application condition is．However，the technology of pipeline hydraulic transport can not meet the engineering requirements，and many basic studies should be carried out．In this paper，many engineering application problems are investigated including the complex solid components，complex fluid characteristics，complex spatial shape and special transport method in hydraulic conveying with pipelines，and the newest results and progresses are analyzed in the solid liquid two phase fluid theory，high concentration slurry rheology and resistance models and the engineering application，such as the deep sea mining and oil well backfill，and some challenges in the future researches are suggested．
Key words：complex condition；pipeline；hydraulic transport；sediment
管道水力输送研究进展及工业应用
管道水力输送研究进展及工业应用 发表时间：2018-10-01T15:04:07.817Z 来源：《基层建设》2018年第23期作者：韦广江 [导读] 摘要：在交通输送方面我国近年来已经取得了很大的成绩，其中管道水利输送作为五大运输系统之一，也为我国的输送事业做出了巨大的贡献。 广西华磊新材料有限公司动力厂广西壮族自治区百色市 531400 摘要：在交通输送方面我国近年来已经取得了很大的成绩，其中管道水利输送作为五大运输系统之一，也为我国的输送事业做出了巨大的贡献。管道水力输送能取得今天的成就源于多年经验的积累和改进，所以与其长期的发展历程息息相关。本文主要对管道水力输送多年的研究发展进行了分析和总结，并对其在工业中的实际应用进行了分析和探讨，希望能够进一步推进我国管道水力输送的水平。 关键词：管道水力输送进展研究工业应用 引言 在管道水力输送中应用比较典型的就是对固体物料的输送，其主要的原理是利用液态载体在封闭管道中实现对固体物料的输送。我国对该输送方式的研究相对较晚，但是该方式可以实现长距离输送，并且在输送过程中需要投入的资金费用相对较低，输送安全并且满足国家的环保要求，所以，该输送方式在我国很多领域内都得到了广泛应用。 1 管道水力输送方式的研究进展 在所有输送方式中，管道水力输送一种新型的输送方式，属于固液两相流的研究范畴。由于在液态管道中加入了固体物料，所以此时的管道两相流，不再简单的具有水力学的单一性质，同时还具有了其本身的特殊特征。然而，如果只是从技术应用方面来讲，其主要的研究内容主要包括以下几方面的研究。 1.1对流动状态进行研究 管道水力输送的内有物质包括液体和固体，这种两相流的性质与单相流有所不同。在今几十年来，世界各国的业界学者都提出了一些流型的分类标准，然而，该项研究具有很强的复杂性并且具体的测试难度较大，所以以至于，至今都没有形成一套统一的分类标准。在对两相流进行研究的学者中，比较早的就当属Newitt一行学者，他们在进行试验的时，所选择的固体对象为砂卵石，直径分别为25和152毫米，输送方式为水平管道输送。在试验中，分别根据输送的速度以及不同的砂石直径而将流型分为四种。但是在试验中存在的唯一缺陷就是全管砂石层移在进行流区划分时没有独立出来，该问题也是在之后的70年代才被发现。之后，Turian等一行人在前人经验的基础上，进行了大量的试验，并对流型图进行了更新。随着技术的发展，Roco在进行流型划分时就充分利用了微观技术，从而将流型种类进行了更详细的划分，相对来讲，复杂性较高。与上述研究都有所不同的就是后来Wasp基于实际应用的角度出发，对流体类型进行了重新的界定和划分。 1.2 对临界流速进行研究 临界流速是管道水力输送过程中与管道输送的经济和安全具有直接的关系，所以其也是研究中的重点参数之一。该项研究中，国内外的很多业界学者都在一直努力，但是同样是由于两相流的复杂性，致使该问题并没有得到一致的认同。其中，Thomas在该项研究中的重点依据是最小输送流速，而Durand 则使用的是极限淤积速度，同时Graf则是用的是临界淤积速度，我国学者费翔俊等人则比较认同临界不淤流速。 1.3 对浓度和速度的分布进行研究 管道水力输送就会涉及阻力问题，所以加强对浓度和速度分布的研究具有重要的价值。该项问题中国外也有很多的学者进行的研究，但是由于浓度和速度的分布在试验中比较难以观察，数据难以确定，因而也导致了该研究结果的搁浅。但是到了二十世纪九十年代，学者们认识到了开展该研究的重要性，国内外的学者试着用数值解法来对浓度和速度分布进行计算，有些学者也对浓度和速度进行了数值模拟。 1.4 对阻力损失以及减阻问题进行研究 在对阻力损失进行规律总结和研究中，我国的学者钱宁对其进行了比较详细的研究。国外学者Thomas进行了部分研究，结果认为悬浮区的阻力损失的大小与砂石的大小有关。在其中阻力损失研究要多的当属管道内部不均匀悬浮区的阻力损失，其中Durand的研究成果到目前为止依然被应用较为广泛。另外，我国学者阎庆绂在进行该项研究时选用的对象为输煤管道，并对其输送中可能会影响能量损耗的因素进行了研究。总体来讲，各学者在进行研究时所得出的计算公式有所差别，研究成果比较分散，并没有形成系统的结论。 为了达到能源节约的目的，很多学者都对减阻问题展开了研究。目前该问题已经形成了独立学科。多项研究都证实影响造成阻力的因素为固体物质的长度与直径比，另外还有一些高挠度的纤维材料也会造成阻力损失。基于此，很多学者都通过注入减阻剂以及注入空气的方式来实现节能减阻。 1.5 对管道磨损问题进行研究 由于在管道水力输送中存在液体与固体两相运动，所以，比较容易对管道造成磨损。对此，国外学者也进行了很多的研究，也找除了相关的措施。近年来，我国学者邹伟生等通对浆体的长距离输送造成的管道磨损进行了研究，并提出了降低磨损的对策。 2 管道水力输送的工业应用分析 最早在19世纪中叶就已经开始利用管道水流来对固体物质进行输送，到目前为止已经有了一百多年的历史。从起初少数国家到目前大多数国家、从小管径到目前的大管径、从短距离到如今的长距离，管道水力输送取得了巨大的成就。在二十世纪五十年代后期，很多的国家也逐渐加大了对管道水力输送的研究，并取得了很大进展，从而可以更好地指导其在工业中的应用。由于管道水力输送具有安全环保、经济效率等优势，扩大了其在各领域中的应用范围，比如，可以用于煤炭的运输、水库河道的清理以及环保部门用于工业垃圾的输送处理等等。根据世界范围内的相关调查统计，目前世界范围内已经有二十多个国家都正在采用管道水力输送的方式，并且在浆体输送中，其管道距离长度已经达到了4000公里，可用于多达25种固体物料的输送。 当前, 随着管道水力输送技术的发展, 它的应用领域变得越来越广泛。我国的管道输送技术近 20 年来得到了长足的发展, 目前已建成了数条相当规模的长距离浆体输送管道, 如贵州瓮福磷精矿输送管道, 山西尖山铁精矿输送管道等。世界各地还有许多高浓度、大管径、远距离的管道输送项目正在筹建中。在上海, 管道水力输送有着巨大的需求市场, 如黄浦江入海口的航道疏浚、苏州河的开发治理以及城市污水
水平输气干线工艺设计(末端储气)
重庆科技学院 《管道输送工艺》 课程设计报告 学院:_ 石油与天然气工程学院_ 专业班级:油气储运工程 学生姓名:学号: 设计地点（单位）________ 石油科技大楼K704 _____ ___ __设计题目:______ _水平输气干线工艺设计（末端储气）____ _ ___ 完成日期：年月日 指导教师评语: ___________ ___________ _________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ _____________________________________ __________ _ 成绩（五级记分制）:______ __________ 指导教师（签字）:________ ________
目录 摘要..................................................................... I 1 总论. (1) 1.1 设计依据及原则 (1) 1.1.1设计依据 (1) 1.1.2 设计原则 (1) 1.2 总体技术水平 (1) 2 工程概况 (3) 3 输气管道工艺计算 (4) 3.1 末端管道规格 (4) 3.1.1 天然气相对分子质量 (4) 3.1.2 天然气密度及相对密度 (4) 3.1.3 天然气运动粘度 (4) 3.2 管道内径的计算 (5) 3.3 确定管壁厚度 (5) 3.4 确定管道外径及壁厚 (6) 3.5末段长度和管径的确定原则 (7) 3.6 末段最大储气能力的计算 (8) 4 结论 (10) 参考文献 (11)
第十章 天然气管网稳定流水力计算
10 稳定流燃气管网计算方法与模型 10.1燃气管网水力计算数学模型与方法 10.1.1 燃气管网水力计算的数学模型 用计算机进行燃气管网水力计算，首先需要把管网的信息输入到计算机中去，这就必须用数学的语言描述管网的结构，这一任务可借助图论来完成，图10-1为一简单的管网示意图。 图10-1 管网示意图 图中 1，2，…10——接点编号； （1），（2），…（10）——管段编号； Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ——环编号； Q 1，Q 2，…Q 10——节点流量； q 1，q 2，…q 10——管段流量。 由图论可知，任何环状管网在管段为p ，节点数数为m ，环数为n 的情况下，其管段数、节点数和环数存在下列关系： p=m+n-1 燃气管网供气时，在任何情况下均需满足管道压降计算公式，节点流量方程和环能量方程，其中后两个方程称为基本方程。 10.1.1.1管段压力降计算公式 αj j j q s p =? j=1,2,…p (10－1) 式中 j s ——管段的阻力系数； 8 7 Q 3 5
j p ?——管段的压力降； j q ——管段j 的流量； α——常数。 可列出p 个管段压降计算公式。 10.1.1.2节点流量连续方程 对燃气管网任一节点i 均满足流量平衡，可用下式表示： 01 =+∑=i p j j ij Q q a i=1,2,…m （10-2） 式中 ij a ——管段j 与节点i 的关联元素，1=ij a ，管段j 与节点i 关联，且是管段的起点，1-=ij a ，管段j 与节点i 关联，且是管段的终点，0=ij a ，管段j 与节点i 不关联。 可建立1-m 个独立的方程 10.1.1.3环能量方程 对于燃气管网中任一环路均应满足压降之和为零，可用下式表示： 01 =∑=p j j j ij q s b α i=1,2,…n (10－3) 式中 b ij ——管网环路与管段的关联元素，b ij =1管段j 在第i 个环中，且管段j 的方向与环的方向一致，b ij = -1，管段j 在第i 个环中，且管段的方向与环的方向相反，b ij =0，管段j 不在第i 个环中。 可建立n 个独立的环能量方程。 10.1.2三种计算方法 总之，对于一个管网，当管径已知时，每条管段有压降和流量两个未知数，共有2p 个未知数，可列出的方程数为： p n m p 21=+-+）（ （10-4） 这样未知数与方程的个数相等，可以进行求解，方程组为非线性的，直接求解困难，一般可通过以下三种方法求解。 10.1.2.1 解环方程法 在满足连续方程组（10-2）的条件下，用求解各环校正流量的方法，来间接解出各管段流量的方法叫解环方程法，也就是Hardy Cross 法。 对第i 环列出能量方程，最初确定的管段设计流量一般不能满足能量方程，其能量可用下式表示： i p j j j ij p q s b ?=∑=1 α i=1，2，…n （10－5）
天然气管道输送计量输差的控制
天然气管道输送计量输差的控制 天然气管道运输过程中的输差产生原因，从技术层面分析，可总结为输送过程中的泄漏、计量流程配置、气体组分、管存误差以及包括放空在内的其他因素导致的输送误差。天然气管道输差成因较为复杂，除技术原因外，还存在管理因素导致的计量输差，本文在研究过程中，仅对技术原因造成的计量输差进行分析，并提出相应的控制措施。 1 计量输差成因分析 1.1 系统泄漏输差 泄漏输差的成因既有锈蚀穿孔等客观因素，也有人为的打孔窃气因素。客观因素方面，由于天然气管道长期运行，导致管道内外锈蚀穿孔，或由于地震、火灾、雷电、降雨等自然灾害，导致管道密封失效引起泄漏，或管线本身架设过程中存在失误，导致天然气泄漏，此类因素均可导致一定的计量输差。人为因素方面，利益驱使下，人为打孔窃气更加具有隐蔽性和目的性，同时造成的输差更大，有调查表明，在部分地区的天然气管网输送过程中，由于人为原因造成的输差，比例约为1.5%-3%。另外，基于天然气本身无色无味的性质，泄漏后不易察觉，不易定位，因此在输差构成中，泄漏输差不可避免，只能尽量减小。 1.2 计量配置输差 天然气输送管道系统构成较为复杂，所涉及设备除管道外，还包括各类计量仪表、管道阀门、监测传感器等。输送过程中，计量仪器与系统的匹配程度决定了计量配置输差的大小。目前高精度的天然气流量计，最高可达0.5级，主要在管线的重要节点和大型管道上推广使用。管道输送最常用的流量计精度一般在0.5-1.0级，型式以孔板流量计、涡轮流量计和超声波流量计为主。考虑流量计精度的最大差值，供气方与销气方分别采用精度上下限，则由于流量计产生的输差
可达±2%-±3%。 1.3 气体组分输差 天然氣输送过程中，气体组分对于天然气密度的影响较大。通常在天然气输送过程中，会对气体组分进行及时的更新，以便对气体体积、密度等进行计算。若由于主观或者客观因素导致组分未能及时测定及数据更新，则会影响输送量的计算，最终造成计量输差。以孔板流量计为例，以组分造成的密度偏差为0.05而言，由于密度变化造成的输差为±3.92%。 1.4 账面输差 账面输差主要构成为管存输差，在天然气计量过程中，计量输差应当为供应侧量减去销售侧量和管存量，因而，对于管存量的计算和测量，对于账面输差的数值影响较大。若在测量过程中，温度以及压力等测量数据出现错误，会造成管存量计算的错误。当管道运行压力为2.5Mpa，运行温度为20℃时，压力误差在±0.05MPA时，所造成的输差率变化为±1.96%，而温度测量误差在±1℃时，所造成的输差率变化为±0.34%。 1.5 其他输差 管线运行过程中的正常排空、检修造成的管容损失等，也是造成管线输差的重要原因。由于天然气输送的不稳定性，在管线运行过程中，必然存在计量仪表高限或低限运行的情况，因此导致的计量仪表误差也是在输差计量中需要考虑的。 2 计量输差控制措施研究 针对上述计量输差产生的原因，本文针对性提出以下输差控制措施。 2.1 泄漏输差控制 客观因素导致的泄漏输差，在运行过程中可以通过定期对管线进行检修，对锈蚀管道做到及时维护或更换；此外，加强对管道泄漏的检测，提高检测准确度和定位精确程度，应用先进的多通道声发射技术，对管网泄漏点进行准确定位，进而及时维修，降低泄漏输差。
管道的水力计算
第三章管道的水力计算及强度计算 第一节管道的流速和流量 流体最基本的特征就是它受外力或重力的作用便产生流动。如图3—1所示装置，如把管道中的阀门打开，水箱内的水受重力作用，以一定的流速通过管道流出。如果水箱内的水位始终保持不变，那么管道中的流速也自始至终保持不变。管道中的水流速度有多大?每小时通过管道的流量是多少?这些都是实际工作中经常遇到的问题。 图3—1水在管道内的流动 为了研究流体在管道内流动的速度和流量，这里先引出过流断面的概念。图3—2为水通过管道流动的两个断面1—1及2—2，过流断面指的是垂直于流体流动方向上流体所通过的管道断面，其断面面积用符号A来表示，它的单位为m2或cm2。 图32管流的过流断面 a)满流b)不满流
流量是指单位时间内，通过过流断面的流体体积。以符号q v表示，其单位为m3／h，cm3／h或m3／s，cm3／s。 流速是指单位时间内，流体流动所通过的距离。以符号。表示，其单位为m／s或cm／s。 图3—3管流中流速、流量、过流断面关系示意图流量、流速与过流断面之间的关系如下： 以水在管道中流动为例，如图3—3所示，在管段上取过流断面1—1，如果在单位时间内水从断面1—1流到断面2—2，那么断面1—1和断面2—2所包围的管段的体积即为单位时间内通过过流断面1—1时水的流量q v，而断面1—1和断面2—2之间的距离就是单位时间内水流所通过的路程，即流速。 由上可知，流量、流速和过流断面之间的关系式为 q v=vA (3—1) 式(3—1)叫做流量公式，它说明流体在管道中流动时，流速、流量和过流断面三者之间的相互关系，即流量等于流速与过流断面面积的乘积。如果在一段输水管道中，各过流断面的面积及所输送的水量一定，即在管道中途没有支管与其连接，既没有水流出，也没有水流入，那么管道内各过流断面的水流速度也不会变化；若管段的管径是
输气工艺计算.
输气管道工艺计算 第一节 管内气体流动的基本方程 1．1气体管流基本方程 气体在管内流动时，沿着气体流动方向，压力下降，密度减少，流速不断增大，温度同时也在变化。在不稳定流动的情况下，这些变化更为复杂。描述气体管流状态的参数有四个：压力P 、密度ρ、流速v 和温度T 。为求解这些参数有四个基本方程：连续性方程、运动方程、能量方程和气体状态方程。 1、连续性方程 连续性方程的基础是质量守恒定律。科学实践证明，在运动速度低于光速的系统中，质量不能被创造也不能被消灭，无论经过什么运动形式，其总质量是不变的。气体在管内流动过程中，系统的质量保持守恒。 对于稳定流，常用的连续性方程为： 常数=vA ρ 或 222111A v A v ρρ= 2、运动方程 运动方程的基础是牛顿第二定律。也就是控制体内流体的动量改变等于作用该流体上所有力的冲量之和：即 ()τd N mv d i ∑= 式中：()mv d ——动量的改变量； τd N i ∑——流体方向上力的冲量 稳定流常用的运动方程为： 02 2 =+++ρλρρv D dx ds g dx dv v dx dP 3、能量方程 能量方程的基础是能量守恒定律。根据能量守恒定律，能量既不能被创造，也不能被消灭，而是从一种形式转变为另一种形式，在转换中能量的总量保持不变。对任何系统而言，各项能量之间的平衡关系一般可表示为： 进入系统的能量－离开系统的能量＝系统储存能的变化。 稳定流常用的能量方程为：
dx dQ dx ds g dx dv v dx dp p h dx dT T h T p -=++???? ????+??? ???? 4、气体状态方程 ZRT PV = ZRT P ρ= 由连续性方程、运动方程、能量方程、气体状态方程组成的方程组可以用来求解管道中任一断面和任一时间的气体流动参数压力P 、密度ρ、流速v 和温度T 由于这是一组非线性偏微分方程一般情况下没有解析解，因而只能在一定条件下以简化、线性化和数值化的方法求得近似解。 1．2稳定流动的气体管流的基本方程 为了简化上述方程组，假设： （1） 气体在管道中的流动过程为等温流动，即温度不变，T 为常数。 （2） 气体在管道中作稳定流动，即在管道的任一截面上，气体的质量流量M 为一常数， 也就是说气体的质量流量不随时间和距离的改变而改变，常数==vA M ρ。 等温流动则认为温度T 已知，实际上是采用某个平均温度，这样就可以在方程组中除去能量方程，使求解简化；稳定流动则可从运动方程和连续性方程中舍去随时间改变的各项。 这样的假设和简化对输气管，特别是长距离输气管可以认为是基本相符的。 稳定流动的运动方程： 02 2 =+++ρλρρv D dx ds g dx dv v dx dP 两边乘以dx ，并用 22 dv ρ 代替 2vdv ρ 整理后得： 2 22 2dv gds v D dx dP ρρρλ++=- 或： 2 222dv gds v D dx dP ++=-λρ （2－1） 式中： P ——压力，Pa ； ρ——气体得密度，㎏/m3； λ ——水力摩阻系数；
管道水力计算
管道水力计算 新大技术研究所：戴颂周 2012 年3 月2 日
目录 第一章单相液体管内流动和管道水力计算 (3) 第一节流体总流的伯努利方程 (3) 一、流体总流的伯努利方程 (3) 二、流体流动的水力损失 (3) 第二节流体运动的两种状态 (6) 一、雷诺实验 (6) 二、雷诺数 (7) 三、圆管中紊流的运动学特征—速度分布 (7) 四、雷诺数算图 (8) 第三节沿程水力损失 (9) 一、计算方法： (9) 第四节局部水力损失 (14) 第五节管道的水力计算 (17) 一、管道流体的允许流速（经济流速供参考） (17) 二、简单管道的水力计算 (19) 第二章玻璃钢管道水力计算 (20) 第一节玻璃钢管道水力计算公式 (20) 一、玻璃钢管道水力计算公式 (20) 二、管道水力压降曲线 (21) 三、常用液体压降的换算 (21) 四、常用管件压降 (23) 第二节油气集输管道压降计算 (24) 第三节玻璃钢输水管线的水力学特性 (25) 一、玻璃钢输水管水流量计算 (25) 二、玻璃钢输水管水击强度计算 (25) 第三章管道水力学计算中应注意的几个问题 (28) 一、热油管道的工艺计算 (28) 二、油水两相液体的工艺计算 (28) 三、地形变化时的水力坡降 (30)
第一章 单相液体管内流动和管道水力计算 第一节 流体总流的伯努利方程 一、流体总流的伯努利方程 1. 流体总流的伯努利方程式（能量方式） =++g c g P Z 22 1111αρw h g c g P Z +++22 2222αρ 2. 方程的分析 (1) 方程的意义 物理意义：不可压缩的实际流体在管道内流动时的能量守恒，或者说，上游机械能=下游机械能+能量的损失。 (2) 各项的意义 -21,z z 单位重量流体所具有的位能，或位置水头，m ，即起点、终点标高。-g p g p ρρ/,/21单位重量流体所具有的压能，或压强水头，m ；即P 1 P 2为起点、 终点液流压力，-g c g c 2/,2/2 22211αα单位重量流体所具有的动能，或速度水头， m ；即C 1 C 2为液流起、终点的流速。 -21,αα单位重量流体的动能修正系数；-w h 单位重量流体流动过程的水力损失，m 。 二、流体流动的水力损失 1. 水力损失的计算 液体所以能在管道中流动，是由于泵或自然位差提供的能量。液体流动过程中与各种管道、阀件、管件发生摩擦或撞击而产生阻力。同时液体质点间的互相摩擦和撞击也要产生阻力。为了使液体继续流动，就必须供给能量，以克服这些阻力。用于克服液流阻力的能量，就是管路摩阻损失。水力损失一般包括两项，即沿程损失 f h 与局部损失 m h 。因此，流体流动时上、下游截面间的总水力损失 w h 应等于两截面间的所有沿程损失与局部损失之和，即
天然气长输管道的知识
关于天然气长输管道知识普及 随着我国天然气勘探开发力度的加大以及人民群众日益提高的物质和环保需要，近年来天然气长输管道的发展十分迅速。随着管道的不断延伸，管道企业所担负的社会责任、政治责任和经济责任也越来越大。因此，对于天然气长输管道知识普及显得尤为重要。 一、线路工程 输气管道工程是指用管道输送天然气和煤气的工程，一般包括输气线路、输气站、管道穿（跨）越及辅助生产设施等工程内容。 线路工程分为输气干线与输气支线。输气干线是由输气首站到输气末站间的主运行管线；输气支线是向输气干线输入或由输气干线输出管输气体的管线。 线路截断阀室属于线路工程的一部分，主要设备包括清管三通、线路截断球阀、上下游放空旁通流程、放空立管等，功能是在极端工况或线路检修时，对线路进行分段截断。阀室设置依据线路所通过的地区等级不同，进行不同间距设置。 阀室系统包括手动阀室和RTU阀室两大类。 二、工艺站场 输气站是输气管道工程中各类工艺站场的总称。一般包括输气首站、输气末站、压气站、气体接收站、气体分输站、清管站等站场。 输气站是输气管道系统的重要组成部分，主要功能包括调压、过滤、计量、清管、增压和冷却等。其中调压的目的是保证输入、输出
的气体具有所需的压力和流量；过滤的目的是为了脱除天然气中固体杂质，避免增大输气阻力、磨损仪表设备、污染环境等；计量是气体销售、业务交接必不可少的，同时它也是对整个管道进行自动控制的依据；清管的目的在于清除输气管道内的杂物、积污，提高管道输送效率，减少摩阻损失和管道内壁腐蚀，延长管道使用寿命；增压的目的是为天然气提供一定的压能；而冷却是使由于增压升高的气体温度降低下来，保证气体的输送效率。根据输气站所处的位置不同，各自的作用也有所差异。 1、首站 首站就是输气管道的起点站。输气首站一般在气田附近。 2、末站 末站就是输气管道的终点站。气体通过末站，供应给用户。因此末站具有调压、过滤、计量、清管器接受等功能。此外，为了解决管道输送和用户用气不平衡问题，还设有调峰设施，如地下储气库、储气罐等。 3、清管站 清管站是具有清管器收发、天然气分离设备设施及清管作业功能的工艺站场。 4、压气站 压气站是在输气管道沿线，用压缩机对管输气体增压而设置的站。 5、分输站
膏体倾斜管道自流输送水力坡度研究
第３６卷第１２期 硅 酸 盐 通 报 Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．１２２０１７年１２月 ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１７ 膏体倾斜管道自流输送水力坡度研究 赵利安１，马 斌１，王铁力２ （１．辽宁工程技术大学矿业学院，阜新 １２３０００；２．中煤科工集团武汉设计研究院有限公司管道输煤所，武汉 ４３００６４） 摘要：通过倾角为４０°、５０°和６０°的膏体管道输送试验结果，分析了膏体管道输送水力坡度的影响因素，研究了膏体屈服应力和刚度系数与膏体浓度的关系。在水平管道水力坡度计算公式的基础上，通过分析发现，倾斜管道中的水力坡度相对于水平管道水力坡度减少值与福氏数、浆体浓度和管道倾角有关。通过绘图分析以上参数对水力坡度减少值函数的影响规律，给出了水力坡度减小值函数的表达式，进而给出了膏体倾斜管道自流输送水力坡度的计算模型。采用７０°倾角膏体输送试验结果对作者所提出的模型进行了检验，发现最大偏差在１２％以内。 关键词：膏体；倾斜管道；自流输送；水力坡度 中图分类号：ＴＶ１４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１-１６２５（２０１７）１２-４０２７-０６Hydraulic Gradient of Conveying Paste by Gravity Flow in Inclined Pipe ＺＨAO Ｌi -ａｎ１，ＭA Biｎ１，WANG Tiｅ-li ２ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｉｎｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ１２３０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｉｐｅｌｉｎｅＣｏａｌＴｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ， ＷｕｈａｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐ，Ｗｕｈａｎ４３００６４，Ｃｈｉｎａ） Abstract ：Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｔｈｅｐａｓｔｅｐｉｐｅｌｉｎｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｓｉｚｅｄｂｙｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｐａｓｔｅｐｉｐｅｌｉｎｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｄｉｐａｎｇｌｅｏｆ４０ｄｅｇｒｅｅｓ，５０ｄｅｇｒｅｅｓａｎｄ６０ｄｅｇｒｅｅｓ，ａｎｄｓｔｕｄｙｓｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｐａｓｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｐａｓｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆＦｒｏｕｄｅｎｕｍｂｅｒ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｌｕｒｒｙａｎｄｔｈｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｌａｗｏｆａｂｏｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｇｉｖｅｓｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｇｒａｄｉｅｎｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｕｓｇｉｖｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔｆｏｒｐａｓｔｅｇｒａｖｉｔｙｆｌｏｗｉｎｉｎｃｌｉｎｅｄｐｉｐｅ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｔｅｓｔｅｄｂｙｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆ７０ｄｅｇｒｅｅａｎｇｌｅｐａｓｔｅｔｒａｎｓｆｅｒｔｅｓｔ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｅｖｉａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｖａｌｕｅａｎｄｔｅｓｔｖａｌｕｅｗａｓｆｏｕｎｄｔｏｂｅｌｅｓｓｔｈａｎ１２％．Key words ：ｐａｓｔｅ；ｉｎｃｌｉｎｅｄｐｉｐｅ；ｇｒａｖｉｔｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔ 基金项目：中煤科工集团有限公司青年基金（２０１４ＱＮ０４０） 作者简介：赵利安（１９７３-），男，博士，讲师．主要从事浆体输送理论及技术方面的研究．１ 引 言 近２０年来我国高浓度浆体（膏体）管道运输（包括自流运输）工艺技术，已经达到国际先进水平。一般膏体充填材料质量浓度大于７５％，目前最高浓度达到８８％［１］。高浓度膏体料浆一般不沉淀、不泌水、不离析，很小速度时仍然能够正常输送。高浓度膏体充填不仅可以简化尾砂、尾矿处理工艺，提高资源利用率，省去占地面积大、污染环境的堆放设施，还有利于提高井下充填体的质量。膏体自流管道输送是充填料输送的 万方数据
燃气管道水力计算
1．高压、中压燃气管道水力计算公式： Z T T d Q L P P 0 5 210 2 2 2 110 27.1ρ λ ?=- 式中：P 1 — 燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa ）； P 2 — 燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa ）； Q — 燃气管道的计算流量（m 3/h ）； L — 燃气管道的计算长度（km ）； d — 管道内径（mm ）； ρ — 燃气的密度（kg/m 3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m 3。 Ｚ — 压缩因子，燃气压力小于1.2MPa （表压）时取1； Ｔ — 设计中所采用的燃气温度（K ）； Ｔ0 — 273.15（K ）。 λ— 燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： 25 .06811.0??? ? ??+ =e R d K λ K — 管道内表面的当量绝对粗糙度（mm ）；对于钢管，输送天然 气和液化石油气时取0.1mm ，输送人工煤气时取0.15mm 。 R e — 雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg 和粘性力(内摩擦 力)Fm 之比称为雷诺数。用符号Re 表示。层流状态，R e ≤ 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力1P ，燃气管道的计算长度L ，燃气密度ρ，燃气温度T ，压缩因子Z 为已知量，燃气管道终点的压力2P ，燃气管道的计算流量Q ，燃气管道内径d 为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。 如燃气管道终点的压力2P 的计算公式为： ZL T T d Q P P 0 5 210 2 1210 27.1ρ ?-= 某DN100中压输气管道长0.19km ，起点压力0.3MPa ，最大流量1060 m 3/h ，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力2P =0.29MPa 。
输气工艺计算试题
输气工艺计算题 1、一段输气管道，平均压力是1.2MPa，平均温度是19℃，管道规格 是φ457 mm×7 mm,管道长度25km，管道的平均压缩系数为1,请计算 该段管道的管道容积？ 已知：t=19℃，P=1.2MPa，D=（457-7×2）mm，L=25km 求：V=？ 解：根据公式得： ①A=1/4×3.14×(（457-7×2）×10-3)2=0.1541 m2 ②V= A L= 0.1541×25×103=3852.5 m3 答：该段管道的管道容积是3852.5 m3。 2、一段输气管道，天然气的平均压力是4.5MPa，平均温度是15℃， 管道规格是φ559 mm×9 mm，管道长度25.4km，大气压力按0.1 MPa， 天然气的平均压缩系数为1，请计算该段管道的储气量？ 已知：t=15℃，P=4.5MPa，D=（559-9×2）mm，L=25.4km，t0=20℃， P0=0.1MPa 求：V0=？ 解：根据公式得： ①A=1/4×3.14×(（559-9×2）×10-3)2=0.2298 m2 ②V= A L= 0.2298×25.4×103=5836.9 m3 ③T0 =273.15+20=293.15 K T=273.15+15=288.15 K ④P0 V0/ T0 = P V/ T Z0=Z=1
⑤V0 = P V T0/ （P0 T） =（4.5+0.1）× 5836.9 × 293.15/（0.1×288.15） = 273156 m3 答：该段管道的储气量是273156 m3。 3、输气站到邻近阀室距离16.9 km，输气站起点压力是3.8MPa，阀室压力是3.5MPa，距输气站5 km处的输气管道发生泄漏，请问发生泄漏时泄漏点的压力是多少？ 已知：。P1=3.8MPa，P2=3.5MPa，L=16.9km，X=5km。 求：P X=？ 解：根据公式得： ①P X=( P12 -（P12– P22）X/L )1/2 ②P X=( 3.82 -（3.82–3.52）×5/16.9 )1/2 ③P X=3.72 MPa 答：发生泄漏时泄漏点的压力是3.72 MPa。 4、输气站到邻近阀室距离25.9 km，输气站起点压力是2.9MPa，阀室压力是2.5MPa，输气管道在压力2.69MPa处发生泄漏，请问发生泄漏时泄漏点距输气站的距离有多远？ 已知： P1=2.9MPa，P2=2.5MPa，L=25.9km，P X =2.69MPa。 求：X =？ 解：根据公式得： ①P X=( P12 -（P12– P22）X/L )1/2 ②2.69=( 2.92 -（2.92–2.52）X /25.9 )1/2
垃圾气力管道输送系统概述
垃圾气力管道输送系统概述 2007-8-9 1. 垃圾气力管道输送系统在国内外的应用 真空管道垃圾收集系统在国外应用十分广泛且技术已经相对成熟。该系统在欧洲城市新建区及卫星城、世博会、体育运动村等大型城市发展区较为普遍使用，西班牙、葡萄牙两国使用气力管道输送生活垃圾的普及率都已达到10%-20%，在亚洲的应用主要集中在日本、新加坡和香港。日本主要采用三菱的系统，将焚烧厂周边地区的垃圾直接输送到焚烧厂，例如东京湾和横滨；新加坡和香港都采用瑞典Envac系统，新加坡应用了7套，香港应用了9套；国内上海浦东国际机场和广州市白云新国际机场厨房也都采用的该系统，北京国际中心、上海泰晤士小镇住宅区、广州金沙洲居住区和花园酒店的垃圾气力管道输送系统也正在建设中。 目前全球共有近千套垃圾气力管道输送系统在投入使用。这种系统对提高环境质量的作用已逐渐被认同。 2. 垃圾气力管道输送系统的工作原理 垃圾被丢入投放口内（室内投放口或室外投放口），电脑程序控制清空过程，风机运行产生真空负压，所有垃圾以70公里/小时的速度，通过管道网络传输，将垃圾抽吸到 收集中心。每次清空一类垃圾。垃圾被导入相应类别集装箱内，由卡车运走。传送垃圾的气流经过过滤清洁，达到环保标准后排出。这套系统还可以通过增设投放口，实现垃圾分类。 垃圾气力输送系统组成主要有：垃圾投放口、垃圾管道及管道附属设施、吸气阀、排放阀，垃圾收集中心、电力和控制系统等。 3. 垃圾气力管道输送系统的特点 气力管道输送系统是一个高效的、现代化的和卫生的固废收运系统。该系统以空气为动力，经地下管网运输，将固体废弃物从建筑物运输到中央收集站。整个系统完全封闭，具有以下特点： （1）环境优雅。气力输送系统垃圾完全密闭收集与运输，可以使整个区域环境得到有效改善。小区内可取消手推车、垃圾桶、垃圾箱房等传统的收集工具与设施，有效的减少了二次污染。系统能基本避免人力车等垃圾运输工具穿行于居住区，有利于保持清爽的居住环境。
给水排水管道系统水力计算
第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
输气管道技术经济计算
输气管道技术经济计算[2005-11-28] 根据输气管道水力和热力计算所确定的榆气管道的参数能满足工艺上的要求，但从经济上来说并不一定合理。因为从技术上讲，为实现规定的任务输量，可以有许多不同参数组合的方案，可是在这些方案中哪一个在经济上最合理，靠水力和热力计算是无法确定的，这要通过技术经济计算才能决定。 一、方案比较法 输气管道有五大技术经济参数，这就是：管径D、输压P、压缩比ε、压缩机站数n和管壁厚度δ。我们可根据这五个参数来评价一条输气管道在技术上是否先进、在经济上是否合理。 所有这五个参数都互相联系，其中一个参数发生变化，其它几个参数都将随之变化，例如管径越大、或输压越高(压缩比一定时)、所需的压缩机站数就越少；反之，所需的压缩机站数就越多；而管子的壁厚则决定于输压和管径。 因此，当我们着手做一条输气管道的设计时，为完成规定的输气任务，可以有许多个由不同的D、P、ε、n、δ组合而成的方案。这许多个方案，在技术上都是可行的，但在经济上不一定是合理的。设计人员的任务在于找到一个在经济上最优的方案。方案比较法就是根据输气管道的输量，定出几种不同直径D、输送压力P、压缩比ε、压缩机站数n和管壁厚度δ的可供竞争的方案。由于钢管的规格、压缩机的型号、以及钢管和压缩机等设备在预定施工期内的供应等条件的限制，因此，可供竞争的方案数目一般都是有限的几个。 为对输气管道的设计方案进行技术经济比较，我们引入年折合费用S的概念。 S=EK+C (1—88) 式中S——年折合费用，万元／a； K——基建投资费，万元； E——额定的投资回收系数，1／a； C——年操作经营费，万元／a。 建设一条输气管道所需的总投资K可分为两部分：建设压缩机站的投资K Z和铺设管线的投资K G，即 K=K Z+K G (1—89)
燃气管道水力计算
目录 目录 (1) 常用水力计算Excel程序使用说明 (1) 一、引言 (1) 二、水力计算的理论基础 (1) 1.枝状管网水力计算特点 (1) 2.枝状管网水力计算步骤 (2) 3.摩擦阻力损失,局部阻力损失和附加压头的计算方法 (2) 3.1摩擦阻力损失的计算方法 (2) 3.2局部阻力损失的计算方法 (3) 3.3附加压头的计算方法 (4) 三、水力计算Excel的使用方法 (4) 1.水力计算Excel的主要表示方法 (5) 2.低压民用内管水力计算表格的使用方法 (5) 2.1计算流程： (5) 2.2计算模式： (6) 2.3计算控制： (6) 3.低压民用和食堂外管水力计算表格的使用方法 (7) 3.1计算流程： (7) 3.2计算模式： (7) 3.3计算控制： (7) 4.低压食堂内管水力计算表格的使用方法 (8) 4.1计算流程： (8) 4.2计算模式： (8) 4.3计算控制： (9) 5.中压外管水力计算表格的使用方法 (9) 5.1计算流程： (9) 5.2计算模式： (9) 5.3计算控制： (10) 6.中压锅炉内管水力计算表格的使用方法 (10) 6.1计算流程： (10) 6.2计算模式： (10) 6.3计算控制： (11) 四、此水力计算的优缺点 (11) 1.此水力计算的优点 (11) 1.1.一个文件可以计算不同气源的水力计算 (11) 1.2.减少了查找同时工作系数，当量长度的繁琐工作 (12) 1.3.进行了计算公式的选择 (12) 1.4.对某些小细节进行了简单出错控制 (12) 2.此水力计算的缺点 (12) 2.1不能进行环状管网的计算 (12)
输气管道工程设计规范2015
输气管道工程设计规范 1 总则 2 术语 3 输气工艺 3.1一般规定 3.1.1 输气管道的设计输送能力应按设计委托书或合同规定的年或日最大输气量计量。当采用年输气量时，设计年工作天数应按350d计算。 3.1.2进入输气管道的气体应符合现行国家标准《天然气》GB17820中二类气的指标，并应符合下列规定： 1 应清除机械杂质； 2 露点应比输送条件下最低环境温度低5℃； 3 露点应低于最低环境温度； 4 气体中硫化氢含量不应大于20mg/m3； 5 二氧化碳含量不应大于3%。 3.1.3 输气管道的设计压力应根据气源条件、用户需求、管材质量及管道附近的安全因素，经技术经济比较后确定。 3.1.4 当输气管道及其附近已按现行国家标准《钢质管道外腐蚀控制规范》GB/T21447和《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T21448的要求采取了防腐措施时，不应再增加管壁的腐蚀裕量。 3.1.5 输气管道应设清管设施，清管设施与输气站合并建设。 3.1.6 当管道采用内壁减阻涂层时，应经技术经济比较确定。 3.2工艺设计 3.2.1工艺设计应根据气源条件、输送距离、输送量、用户的特点和要求以及与已建管网和地下储气库容量和分布的关系，对管道进行系统优化设计，经综合分析和技术经济对比后确定。 3.2.2 工艺设计应确定下列内容： 1 输气总工艺流程； 2 输气站的工艺参数和流程； 3 输气站的数量及站间距； 4 输气管道的直径、设计压力及压气站的站压比。
3.2.3 工艺设计中应合理利用气源压力。当采用增压输送时，应结合输量、管径、输送工艺、供电及运行管理因素，进行多方案技术经济必选，按经济和节能的原则合理选择压气站的站压比和确定站间距。 3.2.4 压气站特性和管道特性应匹配，并应满足工艺设计参数和运行工况变化的要求。再正常输气条件下，压缩机组应在高效区内工作。 3.2.5 具有分输或配气功能的输气站宜设置气体限量、限压设施。 3.2.6 当输气管道起源来自油气田天然气处理厂、地下储气库、煤制天然气工厂或煤层气处理厂时，输气管道接收站的进气管线上应设置气质监测设施。 3.2.7 输气管道的强度设计应满足运行工况变化的要求。 3.2.8 输气站宜设置越站旁通。 3.2.9进、出输气站的输气管线必须设置截断阀，并应符合现行国家标准《石油天然气工程设计防火规范》GB50183的有关规定。 3.3 工艺设计与分析 3.3.1 输气管道工艺设计至少应具备下列资料： 1 管道气体的组成； 2 气源的数量、位置、供气量及其可变化范围； 3 气源的压力、温度及其变化范围； 4 沿线用户对供气压力、供气量及其变化的要求。当要求利用管道储气调峰时，应具备用户的用气特性曲线和数据； 5 沿线自然环境条件和管道埋设处地温。 3.3.2 输气管道水力计算应符合下列规定： 1 当输气管道纵断面的相对高差Δh ≤200m 且不考虑高差影响时，应按下式计算： 5.052221)(1051???????-=TL Z d P P q v λ （3.3.2—1） 式中：v q ——气体（P 0=0.101325MPa ，T=293K ）的流量（m 3/d ）； P 1——输气管道计算段的起点压力（绝）（MPa ）； P 2——输气管道计算段的终点压力（绝）（MPa ）； d ——输气管道内径（cm ）； λ——水力摩阻系数； Z ——气体的压缩因子； ?——气体的相对密度； T ——输气管道内气体的平均温度（K ）； L ——输气管道计算段的长度（km ）。 2 当考虑输气管道纵断面的相对高差影响时，应按下列公式计算： 5 .01152221)(21)1(1051??? ?????????????????++??+-=∑=-n i i i i v L h h L TL Z d h P P q αλα （3.3.2—2）