2、低壓煤層氣環(huán)狀集輸管網(wǎng)的管徑計算講解

保1-05井場（直井）6保1-05、保1-05向1、保1-05向2、保1-05向3、保1-05向4、保1-05向525001500016保1-06井場（直井）3保1-06向1、保1-06向2、保1-06向32500750017保1-07井場（直井）3保1-07向1、保1-07向2、保1-07向32500750018保1-08井場（直井）7保1-08、保1-08向1、保1-08向2、保1-08向3、保1-08向4、保1-08向5、保1-08向625001750019保1-09井場（直井）6保1-09、保1-09向1、保1-09向2、保1-09向3、保1-09向4、保1-09向525001500020保1-10井場（直井）7保1-10、保1-10向1、保1-10向2、保1-10向3、保1-10向4、保1-10向5、保1-10向625001750021保1-11井場（直井）4保1-11向1、保1-11向2、保1-11向3、保1-11向425001000022保1-12井場（直井）5保1-12、保1-12向1、保1-12向2、保1-12向3、保1-12向425001250023保1-13井場（直井）4保1-13向1、保1-13向2、保1-13向3、保1-13向425001000024保1-14井場（直井）6保1-14、保1-14向1、保1-14向2、保1-14向3、保1-14向4、保1-14向525001500025保1-15井場（直井）5保1-15、保1-15向1、保1-15向2、保1-15向3、保1-15向425001250026保1-16井場（直井）5保1-16、保1-16向1、保1-16向2、保1-16向3、保1-16向425001250027保1-17井場（直井）7保1-17、保1-17向1、保1-17向2、保1-17向3、保1-17向4、保1-17向5、保1-17向625001750028保1-18井場（直井）4保1-18、保1-18向1、保1-18向2、保1-18向325001000029保1-19井場5保1-19、保1-19向1、保1-19向2、保1-19向3、保1-19向4250012500

30保1-20井場（直井）3保1-20、保1-20向1、保1-20向22500750031保1-21井場（直井）5保1-21、保1-21向1、保1-21向2、保1-21向3、保1-21向425001250032保1-22井場（直井）3保1-22、保1-22向1、保1-22向22500750033保1-23井場2保1-23、保1-23向12500500034保1-24井場7保1-24、保1-24向1、保1-24向2、保1-24向3、保1-24向4、保1-24向5、保1-24向625001750035保1-25井場7保1-25、保1-25向1、保1-25向2、保1-25向3、保1-25向4、保1-25向5、保1-25向625001750036保1-26井場3保1-26向1、保1-26向2、保1-26向32500750037保1-27井場4保1-27、保1-27向1、保1-27向2、保1-27向325001000038保1-28井場4保1-28向1、保1-28向2、保1-28向3、保1-28向425001000039保1-29井場4保1-29向1、保1-29向2、保1-29向3、保1-29向425001000040保4井場4保4向1、保4向2、保4向3、保4向4250010000合計：總井場40個，總井數(shù)175口，總氣量462500（合：1.52625億方/年）井口壓力：0.3MPa（絕）井口溫度：20°C；煤層氣組成：詳見表4－2。表4－2某煤層氣田的某區(qū)塊煤層氣組成一覽表組份C1C2C02N2合計體積（％）98.160.040.451.35100管道的終點壓力：要求進集氣站的壓力不低于0.15MPa（絕）當?shù)氐販兀?1.6m深處平均地溫10.7C。管網(wǎng)情況：通過現(xiàn)場的踏勘選線與勘察測量，經(jīng)數(shù)據(jù)整理，系統(tǒng)分布、管網(wǎng)情況、線路長度等詳見圖4-1和圖4-2（圖中Q指氣量，L指管段線路長度），試計算集氣環(huán)網(wǎng)主干線的管徑。圖4－1集氣管網(wǎng)系統(tǒng)示意圖:點I點K點R=18ttPaR=150kPaj點ITH共40個井場、:點I點K點R=18ttPaR=150kPaj點ITH共40個井場、175口箱〉總氣址46.25X10°Nm3/d圖中：流量一10*Nffl3/d?盲長L—m:二7R=300kPa(R=295kP乩塢L開間.掠XH1.略專刃?1號集氣站(10X104Nm3/d)2號集氣站(36.25X104Nm3/d)圖4－2集氣管網(wǎng)系統(tǒng)計算簡圖4.2、計算簡圖在作管徑計算之前，首先按照已知條件進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)整理，繪出計算簡圖便于后續(xù)計算，計算簡圖詳見圖4－2。4.3、確定環(huán)狀管網(wǎng)起點與終點的壓力由系統(tǒng)計算簡圖（圖4－2）可以看出系統(tǒng)中各管段的長度。分別在上下兩個半環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中選取距離集氣站距離最遠的單井為計算起點，以集氣站為計算終點。根據(jù)這個起、終點線路總體長度及系統(tǒng)允許壓降來確定系統(tǒng)中各接點的壓力。系統(tǒng)的允許壓降：IapLp-p（式4—1）JZ式中：【P】一一從井場至集氣站的整個管網(wǎng)系統(tǒng)的允許壓降（MPa）,這個系統(tǒng)的允許壓降也就是采氣井井口的允許回壓；Pj——井場外輸起點壓力（MPa，絕）PZ——集氣站進站的允許最低壓力（MPa，絕）；即：MLP-P二300-150<150kPa（絕）。JZ從圖4-1中可以看出：環(huán)上最長支線為保1-05井場至g點，管段長度L=1005+1221=2226m。所以經(jīng)綜合考慮，上下兩半環(huán)均取最遠單井至環(huán)網(wǎng)干線的支線管段長度LQ-=A2226m來參與管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點壓力的確定計算。計算時各管段的長度都考慮1.1的系數(shù)。系統(tǒng)各管段長度及各節(jié)點壓力的確定及計算結(jié)果詳見表4-3.。表4—3系統(tǒng)各管段長度及節(jié)點壓力計算結(jié)果一覽表上半環(huán)上半環(huán)下半環(huán)下半環(huán)管段名稱管段長度L（m）管段名稱管段長度l（m）最遠單井至環(huán)網(wǎng)節(jié)點的最長支線Q-A2448.6最遠單井至環(huán)網(wǎng)節(jié)點的最長支線Q-A2448.6A-I-O9353.3A-i-O9421.50-M386.1O-M386.1M-Z2458.5M-Z2458.5Q-A-I-O-Z14646.5Q-A-i-O-Z14714.7起點壓力kPa（絕）300起點壓力kPa（絕）300終點壓力kPa（絕）150終點壓力kPa（絕）150每米管壓降（kPa/m）0.010218每米管壓降（kPa/m）0.010218節(jié)點節(jié)點壓力（kPa）節(jié)點節(jié)點壓力（kPa）井場外輸點Q300井場外輸點Q300集氣站進站點Z150集氣站進站點Z150M175.1199M175.1198環(huán)網(wǎng)終點0179.0649環(huán)網(wǎng)終點O179.0649環(huán)網(wǎng)起點A274.9813環(huán)網(wǎng)起點A274.9813環(huán)網(wǎng)管壓降（kPa/m）0.010256環(huán)網(wǎng)管壓降（kPa/m）0.010181B267.6152b270.4682C256.3349c244.2634D247.9649d227.7902E245.8781e218.1369F237.2487f211.6417G222.9339g209.4244H218.3767h207.1063I215.3198i200.0287J209.3751j190.9019K192.5674k180.9014658環(huán)網(wǎng)終點O179.065環(huán)網(wǎng)終點0179.065校核上下兩半環(huán)的計算閉合誤差：YAP=（179.065-179.065）x100%=0由于計算結(jié)果工AP=0<±5%，表明計算是符合要求的。由此，可確定得到環(huán)網(wǎng)干線的起、終點壓力如下：起點壓力P]=275（kPa，絕）終點壓力P2=180（kPa，絕）4.4、環(huán)網(wǎng)干線管徑計算1）、確定環(huán)網(wǎng)管道的流動定性操作參數(shù)（1）、管道的平均壓力計算公式：式3－4。式中：輸氣管道的起點壓力P1=275（kPa，絕）輸氣管道的終點壓力P2=180（kPa，絕）；2（2752\計算結(jié)果：管道的平均壓力P=-275+=231（kPa）；cp3（275+180丿2（2）、管道的平均溫度計算公式：式3－3。式中：管道的起點溫度t1=20（°C）；管道周圍的地溫t2=10.7（C）；計算結(jié)果：管道的平均溫度t=20+2（10.7+3）=15.8Ccp333、確定各管段氣體在流動定性操作條件（P=0.231MPa、t=15.8C）下的物性cpcp參數(shù)，由hysys計算而得，詳見表4-4。表4-4各管段操作參數(shù)一覽表氣體相對密度0.564Mg動力粘度（CP）0.01104M動力粘度（kg/m.s）g1.10E-05M動力粘度（Pa.s）g1.10E-05

p氣相的密度(kg/m3)g1.543分子量M16.34壓縮系數(shù)Z0.9945v運動粘度，m2/s7.15E-06、確定環(huán)網(wǎng)的起點位置計算公式：式2－19~式2－26。式中：上半環(huán)各節(jié)點的氣體流量，各管段的輸氣量和管段長度詳見表4-5，設(shè)管段L]的流量Q]=X=5552m3/d。下半環(huán)各節(jié)點的氣體流量，各管段的輸氣量和管段長度詳見表4-6，管段L1的流量q=V-X=17500-5552=11948ms/d。11A計算結(jié)果：上半環(huán)詳見表4-5：計算結(jié)果：上半環(huán)詳見表4-5：=1.523x1089下半環(huán)詳見表4-6：下半環(huán)詳見表4-6：(V-X)2L+工q2LA1jj二1.523x1089表4-5上半環(huán)各管段Q2L計算一覽表管道接點節(jié)點氣量(m3/d)管段名稱管段長度L(km)編號管段輸量Q(m3/d)管段輸量Q(Nm3/h)Q2(Nm3/h)2Q2L(Nm3/h)2km起點流量AB=L153515.38439.9055520.7183Q1=X5552231.333111431猜算AB10000BC=L21.1Q215552648419904461894.44886313988206.C37500CD=L30.8162Q3530522210.50.254267460181518146.D12500DE=L40.2035Q4655522731.3331.778992E(去試驗-150000.84154436643733432.EF=L5Q5505522106.3330.111654站)6902009634508.F12500FG=L61.3959Q6630522627.1674.6943531057654700235.G15000GH=L70.4444Q7780523252.16788.03721585104725187.H17500HI=L80.2981Q8955523981.33315.116054502.16720269511750231I12500IJ=L90.5797Q910805204.69.8735527558229671J35000JK=L101.639Q101430525960.560.25.2540668253547890K10000KO=L111.3167Q111530526377.16754.69.96小計0A—I—O合計1.523E+0153052(合計)9.35338

表4-6下半環(huán)各管段Q2L計算一覽表計算結(jié)果判定：因為X2L（V計算結(jié)果判定：因為X2L（V-X）2L+工q2L二1.523x108,上管道節(jié)點節(jié)點氣量(m3/d)管段名稱管段長度l(km)編號管段輸量q(ms/d)管段輸量q(Nm3/h)q2（Nm3/h）2q』（Nm3/h）2kmAb=L1247838.109866.59A119480.4433q1-X11948497.833027877bbc=L210376812670992.8125002.574q2244481018.667.77896cd=L351468488328115.4c300001.6181q3544482268.667.44468dde=L489870048521477.8175000.9482q4719482997.833.6945113124928373699.8e15000ef=L50.638q5869483622.8331.362814677833196833.1f5000fg=L60.2178q6919483831.1678.0322gh=L726887686122325.1g325000.2277q71244485185.3331.7841hhi=L8349813124319006.175000.6952q81419485914.50.2589387755234762261.i7500ij=L90.8965q91494486227975jk-L10469499046118890.j150000.9823q10164448685247kko=L1154358679806304.3125000.1804q111769487372.8331.3614小計0A—i—O合計1.523E+0176948(合計)9.42158...n）下半環(huán)的壓力平方差幾乎相等，即閉合差小于±5%，說明環(huán)網(wǎng)的計算起點選擇正確，起始管段L1的流量假設(shè)Q]=X=5552m3/d正確，不需要再重新試算，計算結(jié)果滿足要求，說明環(huán)網(wǎng)計算起點選擇正確。、確定環(huán)網(wǎng)干線的管徑1)、計算管道流速計算公式：式2－7。式中：各項物性參數(shù)見表4-4；初設(shè)管徑：d=0.232m計算結(jié)果：上半環(huán)各管段的雷諾數(shù)Re計算及流態(tài)判定詳見表4-7；下半環(huán)各管段的雷諾數(shù)Re計算及流態(tài)判定詳見表4-8；（2）、計算雷諾數(shù)Re判定流態(tài)計算公式：式2－13。式中：各項物性參數(shù)見表4-4；計算結(jié)果：上半環(huán)各管段的雷諾數(shù)Re計算及流態(tài)判定詳見表4-7；下半環(huán)各管段的雷諾數(shù)Re計算及流態(tài)判定詳見表4-8；（3）、計算摩阻系數(shù)九值計算公式：式2－14~式2－18。根據(jù)上述計算的雷諾數(shù)和流體判定的結(jié)果，摩阻系數(shù)九值的計算公式采用式2—17。式中：管道內(nèi)壁當量絕對粗糙度，?。簁=（0.1?0.2）mm=G?2）x10一4m；管徑（流速計算初設(shè)值）：d=0.232m；計算結(jié)果：上半環(huán)各管段的摩阻系數(shù)九值計算詳見表4-7；下半環(huán)各管段的摩阻系數(shù)九值計算詳見表4-8；表4-7上半環(huán)各管段摩阻系數(shù)2值計算一覽表流態(tài)判定流速Vm2P2—P21i+1P2—P2~im九Re1Re(設(shè)d=0.232)Re2判定結(jié)論m/so.iifr+Re【0.25(kg/cm2)2i(kg/cm2)21.03E+032.17E+042.37E+05RelWReWRe2O.lO24460.0272680.4155915.240996.09E+04RelWReWRe30.2869680.0222540.6145727.262332.08E+05RelWReWRe20.9789l50.0194330.4389122.585582.57E+05RelWReWRe21.2095650.0191140.107165.6065251.98E+05RelWReWRe20.9327850.0195130.4335122.216242.47E+05RelWReWRe21.1634350.0191690.6849735.733903.05E+05Re三Re21.4402150.0188870.2091211.072263.74E+05Re三Re31.7631250.0186620.137867.3872374.23E+05Re三Re41.9937750.0185420.2625214.158175.60E+05Re三Re52.6395950.0183120.7024738.361375.99E+05Re三Re62.8241140.0182640.5217828.56797ynP2一P2合計乙T—4九i228.1926

表4-8下半環(huán)各管段摩阻系數(shù)2值計算一覽表流態(tài)判定流速Vm2P2—P21i+1P2—P2ii+1九Re〔Re(設(shè)d=0.232)Re2判定結(jié)論m/sX=0.11條十拆、0.25(kg/cmj2I(kg/cmj21.03E+034.68E+042.37E+05Re1WReWRe20.22046\dIke丿0.0235490.25596710.869099.57E+04Re1WReWRe30.451110.02111351.40255866.429532.13E+05Re1WReWRe21.004670.01939100.80858941.699162.82E+05Re三Re21.327580.01898900.44760523.571783.40E+05Re三Re21.604360.01876230.29026715.470753.60E+05Re三Re21.696620.01870180.0970825.1910714.87E+05Re三Re22.296310.01841930.1004025.4509105.56E+05Re三Re32.619220.01831760.29962616.357275.85E+05Re三Re42.757610.01828090.37100620.294746.44E+05Re三Re53.034390.01821700.38662421.223206.92E+05Re三Re63.265040.01817170.0687433.782986yp2—p2合計~i沖十九i=1i230.3405（4）、計算環(huán)網(wǎng)干線管徑計算公式：式2－4。式中：YQ2L=1.523x108(見表4-5或表4-6)；0iii=1工竺二=229.1(見表4-5或表4-6，取其平均值)；九i=1i氣體的相對密度=0.564(見表4-4)；氣體的溫度T=273.15+15.8=288.95k；標況下的絕對溫度T0=273.15k；16.94A》Q2L16.94A》Q2L0iii=1yp2—p2I九i=1i5計算結(jié)果：d=廠仃6.94x0.564x1.523x108288.95)5計算結(jié)果：d=——=X'(229.1273.15丿0=0.232m5）、計算結(jié)果判定因環(huán)網(wǎng)干線管徑的計算值d=0.232m與預(yù)先初選假定值d=0.232m幾乎相等，即閉合差小于±5%，不需要再重新試算，說明計算結(jié)果合理，滿足要求。否則必須重新選擇管徑，重復(fù)上述上述表4-7與表4-8的計算步驟過程，直至滿足要求為止。5計算體會煤層氣礦場集氣管網(wǎng)它是由枝狀、環(huán)狀、放射等多種形狀組成的是一個復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)。低壓煤層氣的集輸采用環(huán)狀集輸管網(wǎng)工藝（見圖4-1），在國內(nèi)屬于首創(chuàng)，是一種新的嘗試。其實它類似于城市燃氣管網(wǎng)，所不同的只是氣體的流向相反而已城市燃氣環(huán)網(wǎng)的氣體流向是由內(nèi)向外，即：城市門站f環(huán)網(wǎng)主干線f支干線f調(diào)壓站f支線f進戶管線f燃氣用戶；而低壓煤層氣集輸環(huán)網(wǎng)的氣體流向則是由外向內(nèi),即：井場f單井管線f（或支干線）f環(huán)網(wǎng)干線f主干線f集氣站f外輸，如圖4-1和圖5-1所示。圖5－1集氣管網(wǎng)系統(tǒng)示意簡圖在如此復(fù)雜的管網(wǎng)計算中，計算時需要特別注意以下三點：（1）、關(guān)鍵節(jié)點及壓力的確定關(guān)鍵節(jié)點及壓力的確定合理與否，它直接關(guān)系到管道直徑的大小和耗鋼量關(guān)系整個系統(tǒng)的計算及方案的合理性，如圖5－1所示，關(guān)鍵的節(jié)點及壓力主要有四個：a、單井井場外輸壓力Pj：井場采油樹的出口壓