流体力学--家庭燃气管道内的损失计算PPT课件.ppt

家庭燃气管道的流量损失 小组成员 刘锡晨高攀李建昌齐松博许帅鹏 1 天然气化工的发展史以天然气为能源的的优点家庭燃气管道燃气管道内产生损失的原因减少能量损失的方法 目录 2 中国是最早发现和开采利用天然气的国家 西周 约公元前11世纪 前771年 时期的 周易 中就有 泽中有火 的记载 西汉 公元前206 公元25 时中国已出现了天然气井 据 汉书 郊祀志 记载 祠天封苑火井于鸿门 对天然气的开采和利用有较详细的描述则始于西晋张华 232 300 著 博物志 其中记载 临邛火井一所 深二三丈 井在县南百里 昔时人以竹木投以取火 盆盖井上 煮盐 卤 得盐 嗣后 天然气的开采和利用不断发展 到清代已出现深达1000m的燊海井 1835年完钻 3 世界天然气化工的发展过程可大致分为三个阶段 20世纪20年代至第二次世界大战 为科学研究和技术开发阶段 战后至60年代中期 研究开发活跃及大规模工业发展的兴盛时期 60年代后期起发展有所停滞 但一些主要产品仍继续保持增长 4 技术开发阶段19世纪末 美国开始利用天然气制造槽法炭黑 20世纪20年代 美国和德国的天然气化工研究工作开始兴起 美国联合碳化物公司研究开发了从天然气分离乙烷 丙烷 丁烷技术 裂解乙烷 丙烷制取乙烯进一步制取乙烯衍生物的新工艺 丙烷 丁烷部分氧化制取甲醛 醋酸等也实现了工业化生产 美国食品机械和化学公司发明了甲烷气相硫化制二硫化碳新工艺 比古老的木炭法显著优越 在德国 赫斯特公司研究成功天然气热氯化制二氯甲烷 第一个工厂于1941年在美国投产 此后发展成为生产甲烷氯化物的主要路线 法本公司的L 安德罗索夫于1930年在洛伊纳化工厂完成天然气中甲烷氨化氧化法中间试验 成为合成氢氰酸经济有效的方法 法本公司先于意大利 美国研究成功天然气制乙炔新工艺 由赫斯化工厂于1942年在马尔建立第一座电弧法乙炔工厂 用以生产合成橡胶 此外 1931年美国壳牌公司首先应用天然气部分氧化法改造合成氨工厂 为合成氨工业从传统的煤 焦原料转向天然气走出了第一步 1940年联合碳化物公司建成以天然气为原料的合成甲醇厂 开创了制取廉价甲醇的生产路线 至40年代初期 天然气化工已呈现出一定的轮廓 5 工业发展兴盛时期第二次世界大战后 美国以其丰富的天然气资源及战胜国的优势 在原有的工业技术基础上 领先发展天然气化学工业 西欧各国及罗马尼亚 苏联等也相继积极进行天然气化工技术的研究和开发 1953年 孟山都公司采用巴登苯胺纯碱公司的萨克斯技术 建立第一个天然气部分氧化法生产乙炔的工厂 天然气制乙炔工艺比传统的电石法能耗低 费用省 大大促进了乙炔化工的发展 到1963年末 美国天然气制乙炔的年产能力达到270kt 占世界烃类制乙炔总能力的37 以上 乙炔加工产品有聚丙烯腈 聚氯乙烯 聚乙烯醇 乙醛 醋酸 氯丁橡胶 异戊橡胶等 天然气制乙炔 加上经济效益显著的天然气制合成氨 甲醇 天然气中乙烷 丙烷 丁烷制乙烯 丙烯 天然气制氯甲烷 氢氰酸等一系列天然气化工技术与工业生产的迅速发展 形成50 60年代天然气化工的全盛时期 也构成了早期石油化工的重要内容 6 调整阶段60年代起一系列石油化工新工艺问世 至60年代后期 其经济上的优势使一部分天然气化工生产方法逐渐失去竞争力 天然气制乙炔年产量逐年下降 天然气制氢氰酸 由于丙烯氨化氧化法制取丙烯腈同时副产大量氢氰酸新工艺问世 而被逐步替代 70年代以后 由于石油价格大幅度波动 天然气作为相对较廉价的烃原料 在制取氨 甲醇 乙烯和丙烯等大宗产品以及生产二氯甲烷 二硫化碳等产品方面仍一直保持发展优势 甲烷液化 回收氦工业也有较大发展 7 天然气发展 十二五 规划 国家发展改革委关于印发天然气发展 十二五 规划的通知 国务院有关部门 直属机构 各省 自治区 直辖市及计划单列市发展改革委 能源局 有关企业 为扩大天然气利用规模 促进天然气产业有序 健康发展 我委会同有关部门研究制订了 天然气发展 十二五 规划 以下简称 规划 经报请国务院同意 现将 规划 印发你们 请按照执行 国家发展改革委2012年10月22日 8 改善能源结构 天然气有大作为 近年来 全球天然气产业快速发展 有专家预测 到2020年天然气将取代煤炭成为全球第二大消费能源 我国天然气产业能否借机发展 成为煤炭替代品 从而解决污染 雾霾等问题呢 在西北地区 2006年7月 中哈管道全线贯通 2009年12月14日 中亚天然气管道工程投产 在东北地区 2010年末 中俄原油管道按计划投产 漠大线开始试运营 在海上 原油码头和液化天然气项目进展顺利 2010年9月 中国石油 7 87 0 03 0 38 首个LNG 液化天然气 码头在大连竣工 至此 我国东北 西北 西南和海上四大油气通道战略布局已初步完成 我国天然气管道已建成纵贯南北 横贯东北和联通海外的全国性供气网络 形成 西气东输 缅气北上 海气登陆 就近外供 的供气格局 截至目前 我国已建成天然气管道6万公里 仅以西气东输 陕京 川气东送 涩宁兰四大天然气管道系统为例 每年能输送1000亿立方米天然气 可替代煤炭2 6亿吨 减少二氧化硫等排放4 7亿吨 减少灰渣6565万吨 从供应角度上讲 天然气取代煤炭地位已有一定可能 R 9 天然气优点之一 安全天然气的气体密度是空气密度的二分之一 比空气轻 极易挥发 不易爆炸 天然气中所含的甲烷 乙烷 丙烷等本身是无毒性的 管道气与瓶装气在使用上相比较 其安全性高于瓶装气 原因在于管道气所采用的是气化站集中储存 集中供气的管理方式 避免了瓶装气由于家庭发散储存 自备自用而造成安全管理上的隐患 管道气的户内压力仅相当于自来水压力的1 130 是瓶装气压力的1 170 燃气管道自身的储气量非常小 以每户12米的户内管道长计算 大约是瓶装气的1 3000 万一有泄漏或因其他原因引起火灾等事故时 只需将户内总阀或单元立管阀门关闭 即可切断气源 排除险情 而瓶装的石油液化气在遇到同样情况时 则很难采取有效措施关闭或移走石油液化气钢瓶 极易造成爆炸 10 天然气优点之二 经济经济实惠是天然气的优势之一 也是管道天然气得以在全国范围迅速普及的原因之一 使用管道天然气在目前与其他燃料市场价格比较 在同等使用量 热值 的条件下比较使用瓶装液化石油气每月节约费用至少为25 35 左右 不仅会省去购买钢瓶和钢瓶定期检验费用支出 更会省去日常生活中搬运 更换液化气所带来的费用和烦恼 使用天然气的费用比用电的费用节约35 以上 使用天然气的比用柴油 重油的费用节约25 35 左右 11 天然气优点之三 环保天然气的98 成分是甲烷 甲烷是由一个碳原子与四个氢原子所组成的简单分 CH4 在燃烧时天然气只产生少量二氧化碳与水蒸气 CH4 2O2 CO2 2H2O 无残液 无污染 无硫化物产生 推广和普及天然气能改善城市环境 美化我们的家园 天然气作为一种优质 清洁性 高效的绿色能源 是国家能源政策推广和普及的能源 天然气优点之四 方便天然气通过天然气管道直接进入城市的千家万户 管道输送源源不绝 没有断气和更换钢瓶的烦恼 亦不需要在现场储存或添加 由于其方便性被群众称为 自来气 对于工业用户而言 天然气设备比燃烧煤及其它矿物燃料的设备简单 容易操作及方便保养 而且燃烧后须处理固体废料或灰烬 R 12 13 R 14 沿程损失 15 局部损失 当燃气通过三通 弯头 阀门 变径管等管道附件时 由于几何边界的急剧改变 燃气流线发生变化 产生额外的压力损失 称为局部阻力损失 hj v 2 2g 16 17 18 有一家庭燃气管道 有一球阀 共有5处弯管 管道长度l 6m 直径为d 20mm 管内燃气流量为Qv 3m3每小时 燃气的运动粘度为 10 31 10 6m2 s 流速V 4qv d 2 2 655m s雷诺数Re Vd 5149 2000为紊流根据勃拉休斯经验公式得 0 3164 Re 0 25 0 037沿程损失 3 99m 19 局部损失90度弯管取R 10cmd R 0 2 1 0 132hj1 1v 2 2g 0 0474m2 阀门 球阀 开度90 2 4 0hj2 2v 2 2g 1 44m总损失hw hf hj总 5 67m 20 R 误差分析1 速度是平均速度2 数据的误差3 阀门的规格不清楚4 燃气灶的损失没有计算 21 在各种管道的设计中 应尽量减小局部损失 为了减小局部损失 应尽量避免流通截面积发生突然的变化 在截面积有较大变化的地方常采用锥形过渡 在要求比较高的管道中应采用光滑的流线型壁面 以下举几个例子来说明减小局部损失的方法 22 弯曲管道由弯管的局部损失计算公式可知 弯管的局部损失取决于管道的直径 曲率半径和管道的弯曲角 因此在设计管道时 为了减小局部损失 应尽量避免采用弯转角过大的死弯 对于直径较小的热力设备管道 通常采用R d 3 5 对于直径较大的排烟风道来说 横向的二次流动比较突出 为了减小二次流动损失 一方面可以适当的加大管道的曲率半径 以减小流体转弯时的离心力 另一方面通常在弯管内安装导流叶片 这样既可减小弯道两侧的压强差 又可以减小二次流影响的范围 根据实验 在没有安装导流叶片的情况下 直角弯管的 1 1 安装簿板弯成的导流叶片后 0 4 当导流叶片呈流线月牙形时 0 25 可见当安装导流叶片后 并适当选择导流叶片的形状 对减小局部损失有明显的效果 流通截面的变化将突然扩张的管道改为渐扩管 由于涡流区的大小和涡流强度的减小 其局部损失有很大的改善 但是当扩张 或收缩 的面积比一定时 渐变管的长度相应地加长 使得沿程损失有所增加 所以设计时应取最佳值 管长的增加会增加管道设计的成本或带来制造上的困难 有些情况下 还要受到几何空间的限制 因此在管道设计中 应根据具体问题 具体情况全面折衷考虑