管道温降计算

1管道总传热系数管道总传热系数K指油流与周围介质温差为1°C时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：KD11+€D€KD11+€D€D1n2wIn1D+Inn

2尢DLL，11-1)式中：K——总传热系数，W/(m2.C)；D——计算直径，m；(对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无e保温埋地管路可取沥青层外径)；D——管道内直径，m；nD管道最外层直径，m；w€——油流与管内壁放热系数，W/(m2.C)；1€——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m2.C)；2九——第i层相应的导热系数，W/(m・C)；iD，D管道第i层的内外直径，m，其中i=1,2,3...n；ii+1D——结蜡后的管内径，m；L九——所结蜡导热系数。L为计算总传热系数K，需分别计算内部放热系数€、自管壁至管道最外径的1导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数€。2内部放热系数€的确定1放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用€与放热准数N、自然1u对流准数G和流体物理性质准数P间的数学关系式来表示。rr在层流状态(Rev2000),当Gr“Pr'500时：Nu—=3.65(1-2)y九在层流状态(Rev2000),当Gr“Pr”500时：

€dNu„十„0.15Re0.33…€dNu„十„0.15Re0.33…Pro.43…Gr0.1y九yyy,Pr\0.25——PrIb丿在激烈的紊流状态(Re>104),Prv2500时：,Pr\0.251-3)€„0.021-Reo$…Pro.44…1dyy——PrIPrb丿1-4)在过渡区(2000vRev104)1-5)九1-5)€=K—f-Pr0.43(f)0.25

10dfPrb式中：N——放热准数，无因次;uPr„罕——流体物理性质准数，无因次；入d3gBC—t)Gr„gf一亠——自然对流准数，无因次;Re„巴„丝——雷诺数；p兀d<K„f(Re)——系数；0fd——管道内径，m；g重力加速度，g=9.81m/s2；<——定性温度下的流体运动粘度，m2/s；C——定性温度下的流体比热容，J/(kg・K)；q——流体体积流量，m3/s；vp——定性温度下的流体密度，kg/m3；B——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：B„(1-6)2310—6340d20+5965d20—t44九——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数九约在0.1〜0.16ffW/(m・K)间，随温度变化的关系可用下式表示：九„0.137(1—0.54'10-31)/p15(1-7)ftfp1515°C时的原油密度，kg/m3；ft——油(液)的平均温度，C；ft——管内壁平均温度，C；bd20——20C时原油的相对密度。4注：上面各式中，参数角标f表示以管内油(液)的平均温度t为定性温度；f角标b表示以管壁温度为定性温度。

各处管壁导热的热阻这部分热阻包括钢管、防腐层和保温层的热阻。钢管的导热系数€约为45gW/(m・°C),其热阻可忽略不计；煤焦油瓷漆防腐层导热系数€约为1.1fW/(m・C),黄夹克保温材料的导热系数€约为0.04W/(m・C)。b对于壁厚8、外包8厚煤焦油瓷漆防腐层的非保温热油管道，钢管及防腐gf1-8)外包1-8)外包8厚保温bK=—KT…81„-„,€i…888其中：…需匚„€figf对于保温管道，保温层的热阻起决定影响。故对于壁厚8、g材料的保温热油管道：…锁D」D)〜里[(Dn„28b„28g)/(D„28g)](1-9)2€2€ib外部放热系数，的确定2对于埋地敷设管道，当管道的埋设深度(管中心至地表面)小于2m时，采用面的公式计算：2€B1-10)1-11)1-121-10)1-11)1-12)1-13)2DH+,B丿e0i,CB=―ta——i€sC=-；h-(D..'2)2TOC\o"1-5"\h\z'0e.「2h■,=ln[亠+.(a)2—1]oDDee式中：€——土壤的导热系数，W/(m・C)；sD——与土壤接触的管道外直径，m；e——土壤至地表空气间的放热系数，W/(m2.C)；tah——管道埋深(管中心至地表面)，m。0该放热系数包括对流放热系数，和辐射放热系数，两部分。,和，分tactaRtactaR1-14)1-14)二11.6+7.0*Vtaca

8Ct€273t€273„，R—[(t)4—(—a)48Ct€273t€273„，R—[(t)4—(—a)4]taRt—t100100sa式中：v地表面的平均风速，m/s；■s1-15)CRt—st—a土壤表面折算黑度；—辐射系数，可取5.7W/（m2.h4）；土壤表面温度，取当地一年中月平均的最低地面温度-空气温度，取当地一年中月平均的最低空气温度，C。°C；当管道理设深度大于2m时，可采用下面的公式计算„22…s——+：（学）2-1]VD2「2hDln[oeDe1-16)式中符号的意义同前。从上述的公式中可以看出，确定出土壤导热系数是计算埋地管道„的关键。2土壤的导热系数与组成土壤固体物质的导热系数、土壤中固体物质颗粒大小的分布、土壤含水率、土壤状态等许多因素有关。用理论计算很难得到准确值，因此推荐采用理论计算与参考类似管道实测值相结合的方法。（4）结蜡层厚度计算在计入原油蜡结晶析出的潜热后，长为dx的微元管道上，热油管道的热量平衡关系式（1-1）可简化为：KDeb€bln01—1其中：€„d1ln(Di)

d2…i1€—„D2w1-19)(1-20)(1-21)如取温降为1C时，从单位质量的原油中析出并沉积到管表面的凝油质量为务，则在〃”时间内在轴向温降为dT的dx段上沉积的量为：dGL1-22dGL因而使内径缩小了d•d），贝U：LLL0dG二,DL<d[D/j]p(T)dx1-23)将式（1-23）代入式（1-22）得：G“‘p(dG二,DL<d[D/j]p(T)dx1-23)将式（1-23）代入式（1-22）得：G“‘p(T)“TdxS'%(dl)1-24)dT_dx兀K(T)D(T—T)n0—GC(T)•k1-25)将式（1-25）代入式（1-24）得：Db•blnL01/DJd(DPT”T2、“‘P(T)“TC(t)•kd'1-26)积分后可得：n1DL0b——12D2——L'2Dbb•bInl—i0iD2L'1-27)“‘T”bi“TC(t)•k对于距泵站出口x米处的管路而言，其清管后的运行时间'可由下式计算:L—x'_'•L0VD4DD—3D2—D21其中，in4—n_LiL?亠，则—_（d—D）。D2D2L2nLL'L'联解式（1-24）与式（1-27），可求出线路上热泵站出口xm处，经清管后运行'小时的结蜡层内径D,从而求解出结蜡厚度。L'式中：‘式中：‘，‘ybi分别为油温的函数，其规律可通过试验求得；D——结蜡后的管道内径，m；L九——结蜡层的导热系数，W/（m・°C）；L从下一站收到清管器开始计算的时间，s；D——运行€小时后的结蜡层内径，m；L€5——运行€小时后的结蜡厚度，m；L€L——为站间距离，m；V——管内流速，m/s；k——蜡的结晶潜热，kJ/kg。2利用苏霍夫公式计算管路温降：对于距离不长、管径小、流速较低、温降较大的管道，摩擦热对沿程温降影响不大情况下，或概略计算温降时，可以忽略摩擦热的作用，得到苏霍夫公式：2-1)T„T+(T—T)e-2-1)L0R0其中K…其中K…Da„wGc2-2)式中K——总传热系数，W/（m2€C）；T——管道起点温度，€C；RT——管道周围土壤温度，€C；0T——距起点L处温度，€C；LD——管道外直径，m；wG——油水混合物质量流量，kg/s2-3)C——油品比热，J/（kg€C）2-3)C„WC+(1-W)C(W为含水率)水油距地面一定深度5距地面一定深度5（8米）处视为恒温层,1tf2（4€C），由热流密度:tt—tq„t_t