泡沫塑料保温管道总传热系数的确定

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1、万方数据第24卷第5期油气储运泡沫塑料保温管道总传热系数的确定杨开玖。梁晓寒(长庆石油勘探局勘察设计研究院)王建国(长庆油田分公司第三输油处)杨波(中国石油管道公司锦州分公司)杨开玖梁晓寒等：泡沫塑料保温管道总传热系数的确定，油气储运，2005，24(5)15～18。摘要随着油田长输管道高强度钢材的应用和输送压力的提高，泵站间距越来越长。为减少占地和节约投资，尽可能将加热站与泵站合建，这样势必增大加热站站间距。为此采用理论计算法和反算法对总传热系数(K)进行计算，得出了黄土塬地区埋地泡沫塑料保温管道总传热系数选用值，为输油管道高效经济运行和节能降耗提供了可靠的依据。主题词埋地

2、管道总传热系数计算推荐一、前言一、阐吾靖安首站至惠安堡热泵站输油管道(简称靖惠管道)全长216．65km，管径为377×6mm，中间设有一座加压站(油房庄输油站)，管道采用泡沫塑料保温，保温层厚度为30mm。其中靖安首站至油房庄输油站的靖油段长为115．76km，投产初期输量仅110×104t／a；油房庄输油站至惠安堡站的油惠段长100．89km，投产初期输量166×104t／a。近年来，随着长庆油田的迅速发展，原油产量大幅攀升，提高靖惠管道管输量已势在必行。靖惠管道在设计时，由于石油天然气行业标准SY／To004--98{油田油气集输设计规范》对管径大于250mm埋地泡沫塑

3、料保温输油管道的总传热系数(K)值没有规定，所以靖惠管道的设计计算总传热系数(K)值选取为0．928W／(m2·℃)，按该值计算，要使靖油段、油惠段的输量达到250x104t／a和350×104t／a，还需要在靖安首站至油房庄输油站之间再增设一座中间加热站，这样将一次性多投入1680x104元，年运行成本增加86×104元。为减少占地和节约投资，设计考虑尽可能将加热站与泵站合建，这样就会加长加热站站间距，其合建可行性需要进行热油管道温降计算，其中管道的总传热系数(K)值的准确确定是个关键。*710021，陕西省西安市未央区长庆兴隆园小区；电话：(029)86592534。二、

4、总传热系数计算1、理论计算法埋地热油管道散热的传递过程由油流至管壁的放热、钢管壁和保温层的热传导及管外壁至周围土壤的传热。3三部分组成。在稳定传热的情况下，热油管道经过长期运行，已在管内外建立了稳定的温度场时，在同一时间内各部分所传递的热量相等，其热平衡关系可表示为：K兀D(Ty—To)一a17c以·(T。一T61)一2积；·(n—R+。)／(1nn／d；)一a27cD。·(了乙+1——To)(1)式中K——总传热系数；D——管道外径，m；T。——油温，℃；T0——埋深处的自然地温，℃；Ot，——油流至管内壁的放热系数，W／(m2·℃)；d。——钢管的内径，m；瓦广一钢管内壁

5、的温度，℃；A；——导热系数，W／(m·℃)；瓦一钢管与绝缘层内壁温度，℃；R+。——钢管与保温层外壁温度，℃；D。——钢管与保温层的外径，m；万方数据油气储运d；——钢管与绝缘层的内径，1TI；口。——管外壁至土壤的放热系数，W／(m2·℃)；D。——保温管道的直径，m。管壁的导热包括钢管、绝缘层、保温层等的导热。钢材的导热能力很强，其导热系数可以达到46～50w／(m·℃)，故可忽略钢管壁的热阻；绝缘层厚度仅为0．2～o．3mm，相对于30mm厚的保温层，可以忽略。热油管道保温层采用的是导热系数为0．035w／(In·℃)的聚氨酯泡沫塑料。由于雷诺数(RP)为：Re一4Q

6、／(丌dv)(2)式中Re——雷诺数；Q——体积流量，m3／s；d——管道内径，m；u——运动粘度，ril2／s。所以由式(2)可知，当雷诺数RP>104，紊流时油流至管壁的放热系数(a，)对总传热系数的影响很小，也可以忽略。靖惠管道管中心埋深为地坪以下1．5815ITI，与土壤接触的管外径为0．437In，其比值大于2，因此，可以忽略土壤与空气间界面热阻的影响，将管外壁至土壤的放热系数(a。)近似取为：a。一2A。lED。·ln(4h。／D。)](3)式中A。——土壤的导热系数，W／(m·℃)；h。——管中心埋深，In。管道总传热系数计算公式为：1／(K丌D)一1／(a。7

7、rd。)+y[1n(Di／d。)／2积i]+1／(口27rD。)(4)靖惠管道有两种土质，靖安一油房庄输油管道在黄土段，油房庄一惠安堡输油管道在粉土段。根据靖惠管道土壤地质报告∞3，黄土段、粉土段土壤含水率见表1。由表1可知，黄土段的土壤平均含水率为9．71％，粉土段土壤平均含水率为11．1％。其黄土颗粒粒径以0．05～0．005mm为主，含量一般在60％以上，几乎没有粒径大于0．25mm的颗粒，可以近似按照砂土考虑。靖惠管道沿途土壤的导热系数(K)和管外壁至土壤的放热系数(a。)的取值见表2。表1靖惠