《输气管道设计与管理》综合复习题
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、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 0 。储气能力最大的末段长度为Lmax
2CQ的 0.5 倍。
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 喘振 。 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、在工程上，一般根据 水露点 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 降压 方法可迅速使水合物分解，管路畅通。 7、输气管内能否形成水合物主要取决于： (1) 天然气是否有足够的含水量 ；
(2) 输气管中的压力、温度曲线是否落入水合物的形成区内 。 密度 大 的天然气易形成水合物。
8、首站入口压力一定的多压气站输气干线，若某站停运，则停运站号愈 小 ，输量下降愈 多 。与正常运行相比，停运站上游各站压力均 上升 ，停运站下游各站压力均 下降 ，愈靠近停运站，压力变化幅度 越小 。
9、管输天然气最主要的三项质量指标为： 高发热值 、 硫化氢含量 、 水含量 和 总硫含量 。
10、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。
二、问答及分析题
1、水合物的形成条件是什么？生产中如何防止水合物的形成？
答：形成水合物的条件有三：（1）天然气中含有足够的水分；（2）一定的温度与压力；（3）气体处于脉动、紊流等激烈扰动之中，并有结晶中心存在。这三个条件，前两者是内在的、主要的，后者是外部的、次要的。
防止生成水合物不外乎破坏水合物形成的温度、压力和水分条件，使水合物是去存在的可能，主要方法有（1）加热（2）降压（3）添加抑制剂（4）干燥脱水。 2、分析天然气中水的存在对输气管线具有哪些危害？
答：（1）水积聚在管道低洼处，减少管道输气截面，增加输气阻力；
（2）水能在管内壁上形成一层水膜，遇酸性气体（H2S,CO2等）形成酸性水溶液，对管内壁腐蚀极为严重，是造成输气管道破坏的主要原因之一。
（3）水在一定温度和压力条件下还能和天然气中的某些组分生成冰雪状水合物（如CH4 ?nH2O等），造成管路冰堵。 3、输气系统的组成及特点有哪些？
答：整个输气系统是由矿场集气管网、干线输气管道（网）、城市配气管网和与这些管网相匹配的站、场装置组成。
特点：1. 从生产到使用各环节紧密相连。
主要有采气、净气（除尘、脱水、脱硫等）、输气、储气、供配气5个环节。 2.气体可压缩性对输气和储气的影响。
（1）上下站输量不等时，压力变化较为平缓。
（2）输气管中体积流量沿着管长而改变，起始流量小，终点流量大。 （3）输气管末端储气。 3.可充分利用地层压力输气。
4、天然气中杂质的主要类型以及危害是什么？
答：地层中开采出来的天然气常含有砂、铁锈、水、水蒸气、硫化物、二氧化碳等杂质。 （1）砂、铁锈等固体尘粒：会对管道、压气机、仪表设备等产生磨损。
（2）水：会减少输气截面，增加输气阻力；与酸性气体（H2S,CO2）形成酸性水溶液，对管内壁产生腐蚀；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；水蒸气会降低天然气热值。
（3）硫化物：① 无机硫（H2S）。H2S是酸性气体， H2S和其燃烧产物SO2是剧毒气体。（空
气中含H2S 910mg/m3,0.06%时，使人严重中毒）。② 有机硫，CS2和COS（硫氧化碳），天然气作为化工原料时易使催化剂中毒，影响产品质量。 （4）CO2：遇水生成碳酸，腐蚀管壁外，还影响天然气热值。
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44.91×10Pa，临界温度为191.05K，求工程标准状态下输气管内气体的体积。
5
解：（1）气体临界压力Pcm?44.91×105Pa 临界温度Tcm?191.05K
50?1.113 44.91278.15?1.456 对比温度Tr?191.05（3）查图知：Z1=0.88 （4）求气体体积：
（2）对比压力Pr?π23.14D?L??0.92?100000?63585m3 44 标准状态下气体体积
输气管体积V1?P1ZT063585?44.91?105?293.15 V0?V1??4914m037
PZ1T1101325?0.88?191.05式中，Z=1
2、如图示，已知压气站方程：P2?2.3P1?3.48?10Q，管路方程：
2PQ?PZ2?1000Q2L/D5.2。式中单位：Q ? m3/s; P ? Pa; L ? m; D ? m
2272La=260km， Lb=145km，Da=1m，T＝293K，Z＝0.9，压气站入口压力保持不变，为5.2MPa。
(1) 压气站仅向A城供气，当管A终点压力Pza＝1.5MPa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98.2％。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7.5MPa，B管尾端最低压力为1MPa，求不影响城市B用户用气的最长检修时间。
P1 Da A
Db B
解：（1）仅向A城供气，联立压气站方程和管路方程，
P22?2.3P12?3.48?107Q2
2 PQ?PZ2?1000Q2L/D5.2
其中，p2?pQ
得到2.3p12?3.48?107Qa2=pZ2?1000Qa2L/D5.2 代入数据，得：2.3?5.2?106求得：Qa?450.92m3/s
??2?3.48?107Qa?1.5?1062??2?1000Qa?260?103/1
2压气站出口压力p2?2.3?5.2?106??2?3.48?107?450.922?7.424MPa
（2）①压气站流量Q总?1.2Qa?541.104m3/s 现在A城的供气量QA?98.2%Qa?442.80m3/s 利用压气站方程P22?2.3P12?3.48?107Q2，求得： 压气站出口压力p2?2.3?5.2?106??2?3.48?107?541.1042?7.211MPa
2利用管路方程PQ?PZ2?1000Q2L/D5.2，求得：
管路A终点压力pZa??7.211?10?62?1000?442.802?260?103?1.010MPa
②B城供气量QB?Q总?QA?541.104?442.80?98.304m3/s
2利用管路方程PQ?PZ2?1000Q2L/D5.2，代入数据，得：
?7.211?10???10?62621000?98.3042?145?1000? 5.2D求得：D=0.5m.
（3）已知P1max?7.5MPa P2min?1MPa
2利用管路方程PQ?PZ2?1000Q2L/D5.2，求得：
P2max?2.179MPa P1min?2.397MPa
求Ppjmax，Ppjmin
Ppjmax2P2?2max??P1max?3?P1max?P2max????5.327MPa ??同理，得Ppjmin?1.794MPa
Vs??Ppjmax?PpjminT01πD2lz4P0TZ6
1(5.327?1.794)?10293.15π?0.52???145?1000?1102458.4m34101325293.15?0.9Vs?186.92min Qb3、已知某输气管内P=44×105Pa，T=278.15K，气体的容积组成为
CH4=97％,C2H6=2％,C3H8=0.5％,C4H10=0.5％，计算该天然气的平均分子量、工程标准条件下天然气的密度和相对密度。 解：平均相对分子质量
μ??yiμi?0.97?16?0.02?30?0.005?44?0.005?58?16.63
工程标准条件下天然气的密度
??μ16.63??0.742 VM22.414相对密度
??
?0.742??0.5738 ?a1.2931