管道温降计算.doc

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1、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℃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：（1-1）式中：——总传热系数，W/(m2·℃)；——计算直径，m；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）；——管道内直径，m；——管道最外层直径，m；　——油流与管内壁放热系数，W/(m2·℃)；　——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m2·℃)；　——第层相应的导热系数，W/(m·℃)；　，——管道

2、第层的内外直径，m，其中；——结蜡后的管内径，m；——所结蜡导热系数。为计算总传热系数，需分别计算内部放热系数、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数。（1）内部放热系数的确定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、自然对流准数和流体物理性质准数间的数学关系式来表示。在层流状态（Re<2000），当时：（1-2）在层流状态（Re<2000），当时：（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：（1-4）在过渡区(2000

3、理性质准数，无因次；——自然对流准数，无因次；——雷诺数；——系数；——管道内径，m；——重力加速度，＝9.81m/s2；——定性温度下的流体运动粘度，m2/s；——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；——流体体积流量，m3/s；——定性温度下的流体密度，kg/m3；——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：（1-6）——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：（1-7）——l5℃时的原油密度，kg/m3；——油(液)的平均温度，℃；——管内壁平均温度，℃

4、；——20℃时原油的相对密度。注：上面各式中，参数角标f表示以管内油(液)的平均温度为定性温度；角标b表示以管壁温度为定性温度。（2）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45W/(m·℃)，其热阻可忽略不计；煤焦油瓷漆防腐层导热系数约为1.1W/(m·℃)，黄夹克保温材料的导热系数约为0.04W/(m·℃)。对于壁厚、外包厚煤焦油瓷漆防腐层的非保温热油管道，钢管及防腐层对总传热系数的影响很小。如忽略内外径的差值，则总传热系数可近似按下式计算：（1-8）其中：对于保温管道，保温层的热阻起决定影响。故对于壁

5、厚、外包厚保温材料的保温热油管道：（1-9）(3)外部放热系数的确定对于埋地敷设管道，当管道的埋设深度(管中心至地表面)小于2m时，采用下面的公式计算：（1-10）（1-11）（1-12）（1-13）式中：——土壤的导热系数，W/(m·℃)；——与土壤接触的管道外直径，m；——土壤至地表空气间的放热系数，W/(m2·℃)；——管道埋深(管中心至地表面)，m。该放热系数包括对流放热系数和辐射放热系数两部分。和分别用下式确定：（1-14）（1-15）式中：——地表面的平均风速，m/s；——土壤表面折算黑度；——辐射系数，可取5.7W/(m2·h4)

6、；——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，℃。当管道理设深度大于2m时，可采用下面的公式计算：（1-16）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。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，长为的微元管道上，热油管道的热量平衡关系式（1-1）可简

7、化为：（1-19）其中：（1-20）（1-21）如取温降为1℃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，则在时间内在轴向温降为的段上沉积的量为：（1-22）因而使内径缩小了，则：（1-23）将式（1-23）代入式（1-22）得：（1-24）（1-25）将式（1-25）代入式（1-24）得：（1-26）积分后可得：（1-27）对于距泵站出口米处的管路而言，其清管后的运行时间可由下式计算：其中，，则。联解式（1-24）与式（1-27），可求出线路上热泵站出口m处，经清管后运行小时的结蜡层内径，从而求解出结蜡厚度。式中：，——分别为油温的

8、函数，其规律可通过试验求得；——结蜡后的管道内径，m；——结蜡层的导热系数，W/(m·℃)；——从下一站收到清管器开始计算的时间，s；——运行小时后的