管道溫降計(jì)算

1管道總傳熱系數(shù)管道總傳熱系數(shù)K指油流與周圍介質(zhì)溫差為1°C時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道單位傳熱表面所傳遞的熱量，它表示油流至周圍介質(zhì)散熱的強(qiáng)弱。當(dāng)考慮結(jié)蠟層的熱阻對(duì)管道散熱的影響時(shí)，根據(jù)熱量平衡方程可得如下計(jì)算表達(dá)式：KD11+ aDaD1n2KD11+ aDaD1n2wIn%.丿 i-1iD

+Inn2九 DLL-i1-1)式中：K——總傳熱系數(shù)，W/(m2.C)；D——計(jì)算直徑，m；(對(duì)于保溫管路取保溫層內(nèi)外徑的平均值，對(duì)于無(wú)e保溫埋地管路可取瀝青層外徑)；D——管道內(nèi)直徑，m；nD——管道最外層直徑，m；wa——油流與管內(nèi)壁放熱系數(shù)，W/(m2.C)；1a——管外壁與周圍介質(zhì)的放熱系數(shù)，W/(m2.C)；2九——第i層相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?C)；iD，D 管道第i層的內(nèi)外直徑，m，其中i=1,2,3...n；i i+1D——結(jié)蠟后的管內(nèi)徑，m；L九——所結(jié)蠟導(dǎo)熱系數(shù)。L為計(jì)算總傳熱系數(shù)K，需分別計(jì)算內(nèi)部放熱系數(shù)a、自管壁至管道最外徑的1導(dǎo)熱熱阻、管道外壁或最大外圍至周圍環(huán)境的放熱系數(shù)a。2(1)內(nèi)部放熱系數(shù)a的確定1放熱強(qiáng)度決定于原油的物理性質(zhì)及流動(dòng)狀態(tài)，可用a與放熱準(zhǔn)數(shù)N、自然1u對(duì)流準(zhǔn)數(shù)G和流體物理性質(zhì)準(zhǔn)數(shù)P間的數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)表示。rr在層流狀態(tài)(Rev2000),當(dāng)Gr-Pr<500時(shí)：Nu— =3.65 (1-2)y九在層流狀態(tài)(Rev2000),當(dāng)Gr-Pr>500時(shí)：

adNu= —=0.15Re0.33?adNu= —=0.15Re0.33?Pr0.43?Gr0.1y九 yyy——PrIb丿a=0.021-Reo.8?Pro*?a=0.021-Reo.8?Pro*?1dyy——PrIPrb丿1-4)在過(guò)渡區(qū)(2000vRevl04)九 Pr1-5)a=K—f?Pr0-43(匚)1-5)1 0dfPrb式中：N——放熱準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次；uPr=UC^——流體物理性質(zhì)準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次；入d3gRC—t)Gr二—gJ—-——自然對(duì)流準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次;Re二Vd二巴v—雷諾數(shù)；p 兀duK二/(Re)——系數(shù)；0fd——管道內(nèi)徑，m；g 重力加速度，g=9.81m/s2；u——定性溫度下的流體運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s；C——定性溫度下的流體比熱容，J/(kg?K)；q——流體體積流量，m3/s；vp——定性溫度下的流體密度，kg/m3；R——定性溫度下的流體體積膨脹系數(shù)，可查得，亦可按下式計(jì)算：R= (1-6)2310—6340d20+5965d20—t44定性溫度下的流體導(dǎo)熱系數(shù)，原油的導(dǎo)熱系數(shù)九約在0.1?0.16fW/(m?K)間，隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示：九=0.137(1—0.54x10-31)/p15 (1-7)f tfp15 15°C時(shí)的原油密度，kg/m3；ft——油(液)的平均溫度，C；ft——管內(nèi)壁平均溫度，C；bd20——20C時(shí)原油的相對(duì)密度。4注：上面各式中，參數(shù)角標(biāo)f表示以管內(nèi)油(液)的平均溫度t為定性溫度;f角標(biāo)b表示以管壁溫度為定性溫度。（2）各處管壁導(dǎo)熱的熱阻這部分熱阻包括鋼管、防腐層和保溫層的熱阻。鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)九約為45gW/（m?°C）,其熱阻可忽略不計(jì)；煤焦油瓷漆防腐層導(dǎo)熱系數(shù)九約為1.1fW/（m?C）,黃夾克保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)九約為0.04W/（m?C）。b對(duì)于壁厚5、外包8厚煤焦油瓷漆防腐層的非保溫?zé)嵊凸艿?，鋼管及防腐gf層對(duì)總傳熱系數(shù)的影響很小。如忽略內(nèi)外徑的差值，則總傳熱系數(shù)可近似按下式計(jì)算：1-8)555其中：工廠F+產(chǎn)外包5外包5厚保溫b對(duì)于保溫管道，保溫層的熱阻起決定影響。故對(duì)于壁厚5、g材料的保溫?zé)嵊凸艿溃簂n(D/D)rln(D/D)r￥1 i—2九iInI(D+25+25)/(Dn b ￡? n2九b1-9)⑶外部放熱系數(shù)a2的確定對(duì)于埋地敷設(shè)管道，當(dāng)管道的埋設(shè)深度（管中心至地表面）小于2m時(shí)，采用面的公式計(jì)算：a= s—?-2DH+aB丿e 0i（1-10）aCB=―ta-i 九s（1-11）C=厲-(D⑵2（1-12）.[2h ；(2h)a一lnl一亠+.(一)o D De e2-1]（1-13）式中：九一s土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m?C）；De—與土壤接觸的管道外直徑，m；a——土壤至地表空氣間的放熱系數(shù)，W/(m2?C)；tah——管道埋深（管中心至地表面），m。0該放熱系數(shù)包括對(duì)流放熱系數(shù)a和輻射放熱系數(shù)a兩部分。a和a分tactaRtactaR別用下式確定：tac二11.6+tac二11.6+7.0丫礦1-14)式中：￡C t+273t+273(X= R—[(—s )式中：￡C t+273t+273(X= R—[(—s )4—(—a )4]taRt—t 100 100sa地表面的平均風(fēng)速，m/s；土壤表面折算黑度；C——輻射系數(shù)，可取5.7W/（m2.h4）；Rt——土壤表面溫度，取當(dāng)?shù)匾荒曛性缕骄淖畹偷孛鏈囟龋瑂t——空氣溫度，取當(dāng)?shù)匾荒曛性缕骄淖畹涂諝鉁囟?，°C。aC；當(dāng)管道理設(shè)深度大于2m時(shí)，可采用下面的公式計(jì)算x:22九2h ]2hDln[0+.( 0)2—1]\o"CurrentDocument"eD De e1-16)式中符號(hào)的意義同前。從上述的公式中可以看出，確定出土壤導(dǎo)熱系數(shù)是計(jì)算埋地管道X2的關(guān)鍵。土壤的導(dǎo)熱系數(shù)與組成土壤固體物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)、土壤中固體物質(zhì)顆粒大小的分布、土壤含水率、土壤狀態(tài)等許多因素有關(guān)。用理論計(jì)算很難得到準(zhǔn)確值，因此推薦采用理論計(jì)算與參考類似管道實(shí)測(cè)值相結(jié)合的方法。（4）結(jié)蠟層厚度計(jì)算在計(jì)入原油蠟結(jié)晶析出的潛熱后，長(zhǎng)為dx的微元管道上，熱油管道的熱量平衡關(guān)系式（1-1）可簡(jiǎn)化為:KDeb+bln01—1其中:ln(D+i)d1i + 2九 XDi 2w1-19)(1-20)(1-21)如取溫降為1C時(shí)，從單位質(zhì)量的原油中析出并沉積到管表面的凝油質(zhì)量為1-22)—bi，則在dT時(shí)間內(nèi)在軸向溫降為dT的dx段上沉積的量為：d1-22)dGL=G〔苛丿dTdT因而使內(nèi)徑縮小了d（D），貝V：LdG=兀DL將式（1-23將式（1-23）代入式（1-22）得：G先G先p（T）dTdx1-24）dT_dx兀K（dT_dx兀K（T）D（T—T） n 0—GC（T）+k1-25）將式（將式（1-25）代入式（1-24）得：Db+blnL01Db+blnL01'D/D]d（D）_"DL丿」L2d￡P(guān)（T）dTC（T）+kdT1-26）積分后可得：積分后可得：D2L02bD2L02b+bln0Db——L— 1iD2L0D2——L2D bb+blnl—i01D 2LT1-27）bidTC（T）+bidTC（T）+k?d￡ y（dT對(duì)于距泵站出口X米處的管路而言，其清管后的運(yùn)行時(shí)間T可由下式計(jì)算:L-xT=T+L0VTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"D 4DD—3D2—D2 1其中，ln4u n_L Ln，則6_（D—D）。\o"CurrentDocument"D 2D2 LT2n LTLT LT聯(lián)解式（1-24）與式（1-27），可求出線路上熱泵站出口xm處，經(jīng)清管后運(yùn)行t小時(shí)的結(jié)蠟層內(nèi)徑D，從而求解出結(jié)蠟厚度。LT式中：￡式中：￡，￡ybi分別為油溫的函數(shù)，其規(guī)律可通過(guò)試驗(yàn)求得；D——結(jié)蠟后的管道內(nèi)徑，m；L九——結(jié)蠟層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m?°C）；LTL0TL0從下一站收到清管器開(kāi)始計(jì)算的時(shí)間，s；D——運(yùn)行t小時(shí)后的結(jié)蠟層內(nèi)徑，m；8 運(yùn)行t小時(shí)后的結(jié)蠟厚度，m；LtL——為站間距離，m；V——管內(nèi)流速，m/s；k——蠟的結(jié)晶潛熱，kJ/kg。2利用蘇霍夫公式計(jì)算管路溫降：對(duì)于距離不長(zhǎng)、管徑小、流速較低、溫降較大的管道，摩擦熱對(duì)沿程溫降影響不大情況下，或概略計(jì)算溫降時(shí)，可以忽略摩擦熱的作用，得到蘇霍夫公式：2-1)T二T+(T-T)e-2-1)L0R0K兀D其中 a=w (2-2)Gc式中K——總傳熱系數(shù)，W/（m2。C）；T 管道起點(diǎn)溫度，。C；RT0——管道周圍土壤溫度，。C；T——距起點(diǎn)L處溫度，。C；LD——管道外直徑，m；wG——油水混合物質(zhì)量流量，kg/sC——油品比熱，J/（kg。C）。2-3)C=WC+(1-W)C(W2-3)水油距地面一定深度8距地面一定深度81（8米）處視為恒溫層tf2（4。C），由