Foreign and Domestic Design and Determination Method on Effective Rough- ness for Natural Gas Pipeline
-
摘要: 天然气管道的绝对当量粗糙度是工艺计算和评价管道涂敷内涂层经济效益的一个重要参数, 目前, 国内外输气管道绝对当量粗糙度的设计取值差异较大, 介绍了管道工业发达国家输气管道绝对当量粗糙度的取值范围及有关绝对当量粗糙度的一些最新研究成果。针对我国的具体情况, 以陕京和中原两条输气管道为例, 进行实算反推运行管道的绝对当量粗糙度值, 对长输大口径天然气管道绝对当量粗糙度的设计取值提出了建设性的意见。Abstract: The effective roughness for natural gas pipeline is an important parameter that technically calculates and assesses the economic benefit of pipeline with internal coating. At present, foreign and domestic design and/or determination methods on effective roughness for natural gas pipeline differ greatly. In this paper, the effective roughness scope to be determined for natural gas pipeline in developed countries and the latest research results of effective roughness are introduced. In the light of the effective roughness used in gas pipelines of China, taken Shaanxi-Beijin and Zhongyuan gas transmission pipelines as an example, an inverse calculation on effective roughness for the active pipelines has been carried out, and the constructive recommendation for the effective roughness of long-distance and large-diameter gas transmission pipeline has been presented.
-
Keywords:
- gas transmission pipeline /
- design /
- effective roughness /
- determination /
- method /
- research
-
目前, 天然气管道内涂层减阻技术在欧美等国家, 特别是西欧受到普遍重视并得到广泛应用。在计算新建管道内涂层经济效益时, 通常要涉及到一个非常重要的参数就是管道的绝对当量粗糙度。天然气管道工艺设计时所选取的粗糙度, 一般是指绝对当量粗糙度(也叫有效粗糙度), 它包括管子的内表面粗糙度、焊缝、弯头以及内部沉积物引起的粗糙度, 因而绝对当量粗糙度应该是管道运行时的平均粗糙度。绝对当量粗糙度指管内壁凸起高度统计的平均值, 由于制管、焊接以及安装过程中的种种原因, 管壁凹凸不平, 其凸起的程度、形式及分布具有随机性。目前文献发表的粗糙度数值都是用水力方法测得的粗糙度的当量值, 系指用等直径的沙砾粘在光滑的管内壁上, 制成人工粗糙面, 取沙砾的直径作为粗糙度高度, 以此为标准将实际的管道与之相比较, 水力摩阻系数相同者即具有相同的粗糙度。国外对各种管材、管径的管路摩阻数据进行了整理和研究, 结果表明, 对于新的、洁净的管壁, 其绝对当量粗糙度仅取决于管材和制管方法。而使用后的管道则随流体的性质、腐蚀程度、运行年限、清管方法等的不同会有很大变化, 需要进行实际测量。目前, 各种文献推荐的钢管内表面绝对当量粗糙度的估计值相差较大〔1〕。
一种管子的粗糙度一般是根据试验和工程实践经验确定的。在国内输气管道工程设计中, 钢管内壁绝对粗糙度一般根据经验选取。而国外管道绝对当量粗糙度的取值是根据不同类型的管子和存放期而定, 管内壁的粗糙度实际上是一种管子综合概念的当量粗糙度。
一. 国外钢管内壁绝对当量粗糙度的取值范围(估计值)
1990年由中国石油天然气四川石油管理局编写的《天然气工程手册》介绍了美国和俄罗斯输气管道绝对当量粗糙度的取值(见表 1、表 2)。
表 3为1975年第一届国际管子内外保护会议资料中介绍的钢管内壁绝对当量粗糙度的取值范围。
表 4为目前欧美较通用的Moody公式给出的绝对当量粗糙度值以及原苏联几种管材的绝对当量粗糙度值。
1985~1992年, 努发天然气输送有限公司系统设计部门对涂敷和未涂敷的新管绝对当量粗糙度的取值分别为10.2μm和16.5μm。1993年, 努发公司对天然气管道的进一步研究结果表明, 涂敷内涂层后的管子绝对当量粗糙度为6.4μm, 新的裸管绝对当量粗糙度的代表值为19.1μm, 没有内涂层的管道在铺设前内表面即发生严重的恶化, 暴露一年后粗糙度达到36μm。早在1956年和1965年Theis, W.T和Uhl, A.E的研究就发现, 裸管在运行期间每年绝对当量粗糙度还要增加1~4μm, 但加内涂层后管道的绝对当量粗糙度基本不变。因此, 努发公司在管径406 mm以上的干线管道中有76%使用了内涂层〔4〕。
美国伯克特管道工程公司(BECHTEL)在以往的输气管道工程设计中, 管道的绝对粗糙度一般取值为46μm。
新加坡Bredero Price有限公司的资料表明, 新直缝管的内表面粗糙度实测值为30~45μm(螺旋管更大), 在相对湿度为80%情况下存放一段时间后, 其表面粗糙度超过75μm, 并伴有轻度的腐蚀剥离物。
意大利Snamprogetti公司给出的钢管内表面粗糙度的预计值为40~60μm。
英国PLT工程有限公司在其1988年的资料中介绍, 国外商用管道的绝对粗糙度典型值为45μm〔6〕。
二. 有关国内管道管内表面粗糙度的取值
1 国内一些管厂的钢管内表面粗糙度
由于过去国内天然气长输管道一直没有大规模应用内涂层减阻技术, 因此, 国内各管厂的质量技术检验部门也就没有检测管内壁表面粗糙度这一指标。各管厂的管内壁粗糙度(见表 5)大多数是指制管用钢板板材的表面粗糙度, 与真正意义的管内壁有一定的差距, 需要实测验证。
表 5 国内各管厂钢管内表面粗糙度
2 陕京和中沧输气管道的粗糙度实际反推值
(1) 陕京输气管道的数据取2000年1月15日和25日的现场实际数据, 管段为靖边至榆林段, 有关数据见表 6和表 7。
表 6 陕京输气管道靖边至榆林段运行数据
表 7 陕京输气管道气体成分和含量
表 8 中沧输气管道数据
表 9 中沧输气管道气体成分和含量
(3) 计算原则为, 把下游进站压力设为未知数, 通过代入不同的粗糙度计算下游的进站压力, 当计算的下游进站压力与实际相吻合时的粗糙度即为实际的管道绝对当量粗糙度。模拟软件为TGNET软件。
(4) 取陕京输气管道2000年1月15日的数据, 当代入粗糙度为40μm时, 下游进站压力的计算值为4.076 MPa, 与实际的4.09 MPa基本吻合, 此时的绝对当量粗糙度应为40μm左右。取陕京管道1月25日的数据, 当代入粗糙度为40μm时, 下游进站压力的计算值为3.957 MPa, 与实际的3.96 MPa基本吻合, 此时的粗糙度应为40μm。
中沧输气管道的计算粗糙度应为25μm。
计算结果表明, 陕京输气管道在冬季输量较大, 接近设计输量时, 基本处于阻力平方区, 因此, 绝对粗糙度较大。而中沧输气管道输量较小, 且流体流态处于水力光滑区, 粗糙度很小。
纵观国外天然气管道绝对粗糙度的取值发现, 原苏联在其《干线输气管道设计规范》中, 无内涂层整体管子绝对粗糙度的取值为0.03 mm, 输油管道绝对粗糙度的取值分别为, 管径377 mm以下的管道为0.125 mm, 377 mm以上为0.1 mm。全苏气体研究所在早期(50~60年代)输气管道的摩阻计算中, 通常取绝对当量粗糙度为0.04 mm, 现在取值为0.03 mm〔7〕。美国和加拿大输气管道新管取0.02mm, 存放一年后其粗糙度达到0.031 8 mm以上。我国《输气管道工程设计规范》中没有给出绝对粗糙度的取值规定, 而在《输油管道设计规范》中, 管径在400 mm以上的螺旋焊管绝对粗糙度取0.10 mm。
通过实际计算发现, 陕京输气管道在接近设计输量时, 管道的绝对粗糙度为40μm左右, 当达到设计输量时, 管道的绝对当量粗糙度应比40μm略大。此值与国外有关资料中的绝对粗糙度取值为45μm基本吻合。而国外介绍的绝对当量粗糙度范围多数在30~45μm之间。考虑到我国西气东输管道主要以螺旋焊缝管为主, 为此, 管道的绝对当量粗糙度的取值在40μm左右较为适宜。
-
[1] 四川石油管理局: 天然气工程手册, 1990。 [2] Kut, S. etc: Internal and External Coating of Pipelines, First Internal Conference on the Internal and External Protection of Pipes, 1975.
[3] 杨筱蘅: 输油管道设计与管理, 石油大学出版社(东营), 1996。 [4] Ben Asante, P. Eng: Justification for Internal Coating of Natural Gas Pipeline, Pipeline Technology ASME, 1995.
[5] Robert, G. Worthingham etc: Cost Study Justifies Internal Coating on 48-in Gas Line, Oil & Gas Journal, 1994(5). [6] Gurdial Singh etc: Internal Coating Justified by Operating Costs, Oil & Gas Journal, 1988(4). [7] 王志昌: 输气管道工程, 石油工业出版社(北京), 1997。
下载:
计量
- 文章访问数:
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: