复杂工况下长距离浆体管道输送沿程压力计算与分析

摘要

浆体管道输送在实际运行中由于地形、介质密度等差异会导致部分管段的势能与管道内部压力之和大于阻力，出现加速流现象，进而形成负压，产生空化、空蚀等危害，对管道造成较大的伤害，甚至引发事故。这就需要对浆体管道输送过程中管线的沿程压力进行准确的计算，在预测可能发生加速流现象的管段采取防护措施，减少其不利影响。因此，浆体管道输送整个过程中沿程压力变化的计算和分析具有十分重要的意义。 本文详细分析了浆体管道输送沿程压力的主要影响因素——临界流速和摩阻损失。在总结前人有关浆体管道输送的临界流速和摩阻损失的经验公式的基础上，归纳出了临界流速和摩阻损失的计算方法。并且，根据能量守恒定律，提出了计算浆体管道沿程压力的公式。 将浆体管道输送的整个过程分为四个阶段:试运行（清洗）阶段、开始运行（由水过渡到浆）阶段、运行（浆体输送）阶段和停止运行（由浆过渡到水，再次清洗）阶段。深入分析了四个阶段中浆体管线沿程压力的变化情况。其中开始运行阶段和停止运行阶段的情况最为复杂。因为管道中同时存在两种输送介质:一部分是水，另一部分是浆体。水和浆的密度、浓度、粘度等参数的差别使得输送介质为水的管段所需的压力较小，而输送介质为浆的管道所需的压力较大。如果处理不当，则同时会出现负压和高压的状况，极易出现加速流、空化、空蚀、爆管等不利情形。另外，压力的不同导致流体流速变化较大，容易产生水击现象，对管道系统造成巨大伤害。 用工程计算最常用的Fortran语言，根据上述得到的沿程压力计算公式，编写了计算程序。运用此程序来计算和分析研究案例中管线的沿程压力的变化。发现在管道运行的整个过程中，需要提供最大压力才能将压力线提高至管道高程的地方均出现在桩号49.71km处。管内压力高出管道高程最多的地方均出现在桩号81.05km处。这两处坡度小，地势陡峭，极其容易发生加速流现象，进而产生空化、空蚀等危害，需要采取能量调节、能量消除等防护措施。最后总结了防止加速流、空化、空蚀等危害的常用措施，并给出研究案例的具体的防护建议。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 固体物料管道水力输送的特点

1．1．2 固体物料管道水力输送工程应用

1．1．3 固体物料水力输送的应用前景

1．2 本文研究内容和方法

第2章 固体物料管道水力输送研究理论基础

2．1 浆体的流型

2．2 浆体流变特性

2．3 浆体的输送参数

2．3．1 临界流速的计算

2．3．2 清水摩阻损失的计算

2．3．3 浆体摩阻损失的计算

2．4 沿程压力的计算方法

2．5 本章小结

第3章 研究案例概况与输送参数计算程序

3．1 研究案例概况

3．2 输送参数

3．3 摩阻损失计算公式的选择

3．4 计算程序

3．4．1 Fortran语言简介

3．4．2 管线沿程压力计算程序

3．5 本章小结

第4章 浆体输送管道全过程压力计算与分析

4．1 浆体管道输送全过程压力分析

4．2 沿程压力计算分析

4．2．1 全水和全浆输送沿程压力变化

4．2．2 浆推水工况下管线沿程压力变化

4．2．3 水推浆工况沿程压力变化

4．2．4 浆体管道输送全过程沿程压力综合分析

4．3 预防加速流措施

4．3．1 预防加速流常用措施

4．3．2 建议采取的解决措施

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文