油气集输管线温降计算方法
摘要：油气集输管线沿线的温降将在一定程度上受到油管向着周围地层环境散热以及沿线压降等多种因素的影响。然而沿程压降又将由于不同的流动形态而各有区别。通过考虑上述要素，提出了计算油气集输管线沿着温降数学模型，从集输管线稳态的能量微分方程为基础，综合考虑平均气舍以及其对传热的影响，从而得出了油气集输管线的温降解析表达式，为类似油气集输管线温降的计算提供了可供参考的经验。
关键词：油气集输管线温降计算方法
从油井开采到地面的原油由于包含带有溶解盐的油层水、泥砂以及天然气等杂质。在油气的开采管理过程当中，油气集输管线沿程的温降计算是其中重要的内容之一，与油气管线运行的安全性以及经济性有着密切的联系。然而由于相流动问题具有复杂性，成熟的油气混合物温降的方法依旧处于研究当中，由此在实际的工程项目中，往往通过单相油流的苏霍夫温降公式进行估算，然而往往将造成很大的误差。随着石油工业的迅速发展，油田的实际生产中需要提出一种油气集输管线沿线温降的精确计算方式，通过从能量微分方式为基础，同时与压降等经验关联式结合起来，从而得出了油气集输管线沿程温降的计算公式，同时也编制除了大型计算机程序。通过将计算的结果与AGA数据相比较，相应的精度符合要求。
一、建立数学模型
1.热力计算能量平衡方程
石油工业开采过程中的油、汽、水混合物流动而言，液相包括不相溶的油以及水两种液体，由此其属于气液多相流动。然而其流动的力学关系与气液两相流动类似，由此一般也可将其规划为气液两相流动的研究范围。若是两相之间不存在温度滑移，同时也不计算油品的径向温度梯度，由此，气液两相混合物沿着管线的能量微分方程可表达为：
上述公式中，q是与管壁方向垂直的热流量；H为混合物焓；V为混合物的平均速度；θ为管轴线与水平面的夹角；g为重力加速度。
由于H混合物焓在很大程度上依赖于其自身压力P以及温度，由此可用下列公式表示：
公式中的μJ是焦耳一汤普森系数，是由于流体没单位压力变化而引起的温度变化，CPm是混合物的定压比热。由此整合公式（1）和公式（2）可得出：
公式中的负号表达散热，T1是环境土壤温度，k是传热系数。将公式（4）代入式（3），整理可得出：
课程设计任务书 设计题目：某热油管道工艺设计 学生姓名 课程名称管道输送工艺课程设计专业班级 地点起止时间17-18周 设计内容及要求 某油田初期产量油180万吨/年，五年后原油产量达到350万吨/年，计划将原油输送到480km外的炼油厂，需要设计一条输油管道，采用密闭输送方式。设计要求：（1）确定管道材质及规格； （2）一期数量（180万吨/年）条件下，设备选型，确定运行方式； （3）布置热站和泵站 （4）一期条件下（180万吨/年）条件下，考虑翻越点，若存在翻越点给出解决措施；（5）绘制一期工程首站工艺流程图（2#）1张； （6）确定二期（350万吨/年）条件下，泵站数及热站数； （7）二期热站、泵站的布置、翻越点校核； （8）静水压以及动水压校核； （9）最小输量； （10）绘制二期工程中站站工艺流程图（2#）1张。 设计参数原油性质表1： 表1某原油性质 含蜡量，% 沥青质，% 密度，kg/m3初馏点，℃凝固点，℃粘度，50℃，mPa.s 36.87 5.78 8548.6 76 30.5 8.9 里程和高程见表2： 表2里程和高程表 里程，km 0 70 146 178 220 287 347 410 480 高程，m 210 270 208 237 170 280 215 250 236 地温资料见表3。 表3 管道经过地区的地温 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 地温℃ 3 4 6 7 8 9 15 18 13 10 8 6 输送压力7.5MPa，最高输送压力9MPa,末站剩余压头70m，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计，20℃相对密度0.8546，50℃粘度8.9mPa.s。 粘温指数0.036。进站温度控制在38℃。保温层采用黄夹克，厚度35mm。土壤导热系数1.1W/（m﹒℃），埋地深度1.5m。最高输送温度68℃，最低输送温度36℃。 进度要求17周：周一上午：9:00-12:00：发任务书，讲解任务书内容和设计要求，然后学生查找相关设计手册，查资料，开始做课程设计；下午：14:00-5:00 答疑，指导； 周二～周四上午：9:00-12:00：个别指导；下午：14:00-5:00 集中答疑、指导；
蒸汽管道温度损失计算 及分析 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
bw k p g f C G t t k l t ?-=?)(热水供热管道的温降 1.计算基本公式 温损计算公式为： 式中： g k —管道单位长度传热系数C m w ο?/ p t —管内热媒的平均温度 C ? k t —环境温度C ? G —热媒质量流量s Kg / C —热水质量比热容 C Kg J ??/ l ——管道长度 m 由于计算结果为每米温降，所以L 取1m .管道传热系数为 式中： n a ，w a —分别为管道内外表面的换了系数C m w ο?2/ n d ，w d —分别为管道（含保温层）内外径m i λ—管道各层材料的导热系数 C m w ο?/（金属的导热系数很高，自身热阻很小，可以忽略不计）。 i d —管道各层材料到管道中心的距离m 内表面换热系数的计算 根据的研究结果，管内受迫流动的努谢尔特数可由下式计算： Pr 为普朗特常数查表可得，本文主要针对供水网温度和回水网温度进行查找得： 90摄氏度时Pr=;在75摄氏度时Pr=; 外表面换热系数的计算 由于采用为直埋方式，管道对土壤的换热系数有： 式中： t λ—管道埋设处的导热系数。
t h —管道中心到地面的距离。 3.假设条件： A. 管道材料为碳钢（%5.1≈w ） B. 查表得：碳钢在75和90摄氏度时的导热系数λ都趋近于 C m w ο?/ C.土壤的导热系数t λ= C m w ο?/ D. 由于本文涉及到的最大管径为，所以取t h = E.保温材料为：聚氨酯，取λ= C m w ο?/ F. 保温层外包皮材料是：PVC ，取λ= C m w ο?/ G.在75到90摄氏度之间水的比热容随温度的变化很小，可以忽略不计。 4.电厂实测数据为： 管径为300mm 时，保温层厚度为：50mm ，保温外包皮厚度为：7mm ； 管径为400mm 时，保温层厚度为：51mm ，保温外包皮厚度为：； 管径为500mm 时，保温层厚度为：52mm ，保温外包皮厚度为：9mm ； 管径为600mm 时，保温层厚度为：54mm ，保温外包皮厚度为：12mm ； 蒸汽管道损失理论计算及分析 1、蒸汽管道热损失公式推导 稳态条件下，通过单位长度的蒸汽管道管壁的热流量q 1是相同的。 根据稳态导热的原理，可得出蒸汽保温管道的导热热流量式为： 2、总传热系数及其影响因素分析 总传热系数k 式中：h 1—蒸汽对工作钢管内壁的换热系数 λ1—蒸汽管道各层材料的导热系数 1 1 1 1 1 1 ln 2 1 1 1 ? ? ? ? ? ? ? n i i n i i d d d d h k ?? ?? ?
整个计算过程的公式包括三部分： 一．天然气物性参数及管线压降与温降的计算 二．天然气水合物的形成预测模型 三．注醇量计算方法 一．天然气物性参数及管线压降与温降的计算 天然气分子量 标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。 ∑=i i M y M (1) 式中 M —气体的平均分子量，kg/kmol ； y i —气体第i 组分的摩尔分数； M i —气体第i 组分的分子量，kg/kmol 。 天然气密度 混合气体密度指单位体积混合气体的质量。按下面公式计算： 0℃标准状态 ∑= i i M y 14.4221ρ (2) 20℃标准状态 ∑ = i i M y 055 241.ρ (3) 任意温度与压力下 ∑∑= i i i i V y M y ρ (4) 式中 ρ—混合气体的密度，kg/m 3 ； ρi —任意温度、压力下i 组分的密度，kg/m 3； y i —i 组分的摩尔分数； M i —i 组分的分子量，kg/kmol ； V i —i 组分摩尔容积，m 3 /kmol 。 天然气密度计算公式 g pM W ZRT ρ= (5) 天然气相对密度 天然气相对密度Δ的定义为：在相同温度，压力下，天然气的密度与空气密度之比。 a ρρ?= (6) 式中 Δ—气体相对密度； ρ—气体密度，kg/m 3； ρa —空气密度，kg/m 3，在P 0=101.325kPa ，T 0=273.15K 时，ρa =1.293kg/m 3； 在P 0=101.325kPa ，T 0=273.15K 时，ρa =1.293kg/m 3。
因为空气的分子量为28.96，固有 28.96 M ?= (7) 假设，混合气和空气的性质都可用理想气体状态方程描述，则可用下列关系式表示天然气的相对密度 28.96g g g a a pM W M W M W RT pM W M W RT ?= == (8) 式中 MW a —空气视相对分子质量； MW g —天然气视相对分子质量。 天然气的虚拟临界参数 任何气体在温度低于某一数值时都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时，无论压力增加到多大，都不能使气体液化。可以使气体压缩成液态的这个极限温度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体压缩成液体所需压力称为临界压力，此时状态称为临界状态。混合气体的虚拟临界温度、虚拟临界压力和虚拟临界密度可按混合气体中各组分的摩尔分数以及临界温度、临界压力和临界密度求得，按下式计算。 ∑=i ci i c T y T (9) ∑ =i ci i c P y P (10) ∑= i ci i c y ρρ (11) 式中 T c —混合气体虚拟临界温度，K ； P c —混合气体虚拟临界压力(绝)，Pa ； ρc —混合气体虚拟临界密度，kg/m 3； T ci —i 组分的临界温度，K ； P ci —i 组分的临界压力(绝)，Pa ； ρci —i 组分的临界密度，kg/m 3； y i —i 组分的摩尔分数。 天然气的对比参数 天然气的压力、温度、密度与其临界压力、临界温度和临界密度之比称为天然气对比压力、对比温度和对比密度。 c r P P P = (12) c r T T T = (13)
重庆科技学院 《管道输送工艺》 课程设计报告 学院:石油与天然气工程学院专业班级:油气储运专业08 学生姓名:马达学号: 2008254745 设计地点（单位）重庆科技学院K栋 设计题目：某热油管道工艺设计 完成日期： 2010 年 12 月 30 日 指导教师评语: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ______________ 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字）:
摘要 我国原油大部分都属于高粘高凝固点原油，在原油管道输送过程中一般都采取加热输送，目的是为了使管道中的原油具有流动性同时减少原油输送过程中的摩阻损失。热油管道输送工艺中同样要求满足供需压力平衡，在起伏路段设计管道输油关键因素是泵机组的选择和布置，要在满足热油管道输送压力平衡的条件下尽量使管道输送能力增大。 热油管道工艺设计中要根据具体输送原油的性质、年输量等参数确定加热参数，结合生产实际，由经济流速确定经济管径，设计压力确定所使用管材，加热参数确定热站数。然后计算管道水力情况，按照“热泵合一”原则布置泵站位置，选取泵站型号，并校合各泵进出站压力和沿线的压力分布是否满足要求，并按照实际情况调整泵机组组成。最后计算最小输量，确保热油管道运行过程中流量满足最小流量要求，避免管道低输量运行。 关键词：原油加热输送泵站压力平衡输量
1管道总传热系数 管道总传热系数是热油管道设计和运行管理中的重要参数。在热油管道稳态运行方案的工艺计算中，温降和压降的计算至关重要，而管道总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降的计算结果。1.1 利用管道周围埋设介质热物性计算K 值管道总传热系数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）1112ln 111ln 22i i n e n w i L L D D D KD D D D ααλλ-+???? ?????=+++????????∑式中：——总传热系数，W /(m 2·℃)；K ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于e D 无保温埋地管路可取沥青层外径）；——管道内直径，m ；n D ——管道最外层直径，m ；w D ——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)；1α ——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)；2α ——第层相应的导热系数，W/(m·℃)；i λi ，——管道第层的内外直径，m ，其中；i D 1i D +i 1,2,3...i n =——结蜡后的管内径，m 。L D 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K 1α的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数。 2α（1）内部放热系数的确定1α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1αu N 对流准数和流体物理性质准数间的数学关系式来表示[47]。r G r P 在层流状态（Re<2000），当时：500Pr
一次管网温降及失水分析 1一次管网温降分析 1.1一次管网温降统计表 宣化集中供热一次管网温降统计表 见附1：一次管网系统实际运行温降分析报告 通过实验分析，宣化一次管网每公里温降为℃,热损失达22%，影响热耗，远高于十二五规划目标值℃，同时也高于设计计算值℃及规范估算值℃。良好的保温效果，热损失可控制在5%。 1.2设计值 根据华北设计院提供，宣化供热一次管网设计计算温降为：℃/km。 1.3供热管网改造规划目标 城市集中供热管网改造“十一五”规划编制提纲改造规划目标及相关地区城市集中供热管网改造“十二五”规划编制提纲改造规划目标，按照直埋管道能够达到的要求，热水管道散热损失应控制在每公里温降小于℃
（参考值）。 1.4规范 C JJ34-2002《城市热力网设计规范》中第11.1.2条：供热介质设计温度高于50℃的热力管道、设备、阀门应保温； 第11.1.4条：管道保温材料在平均工作温度下的导热系数值不得大于； 第11.2.2条：按规定的散热损失，……应选取满足技术条件的最经济的保温层厚度组合。 根据GB4272-92《设备及管道保温技术通则》第5.1.1条规定：对于季节运行工况允许最大散热损失≤116w/m2（保温层外表温度按50℃计）。 根据城镇建设行业标准CJT-140-2001《供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法》第5.4.1.2条，对于热水介质供热管道计算全程散热损失公式： Q=(c1t1- c2t2)----------------------公式1 式中：Q---管段的全程散热损失； G---热水质量流量； c1，c2---管段进出口热水比热容； t1，t2---管段进出口热水温度。 1.5计算 由于供热管网热水一次温度一般低于150℃，热水介质的温度对热水的比热容的影响可忽略不计。根据公式：Q=(c1t1- c2t2)可推导出每公里温差计算公式： △T≤Q/水)---------------------公式2 式中：Q---每公里管段的全程散热损失(w/s)，Q= A×q（A:每公里管道
1.1.1 压降、温降计算公式 根据《动力管道手册》压降计算公式： )(10)(10215.11232 H H Ld L d w p -++?=?ρλ ρ 式中：1.15——安全系数； p ?——介质沿管道内流动总阻力，Pa ； L ——为管道直线长度m ； Ld ——为管道局部阻力当量长度m ； W ——蒸汽管道平均流速m/s ； d ——管道内径mm ； ρ——蒸汽介质平均密度kg/m 3； λ——管道摩擦阻力系数，根据管道绝对粗糙度K 值选择，对过热蒸汽管道，按管道绝对粗糙度K=0.1mm 取用； H2-H1——管道终端与始端的高差，m 。 根据《设备及管道绝热设计导则》GB/T8175-2008 单层保温的管道单位热损失计算公式： Do Di Do In Ta T R R Ta T q ?+-=+-=αλαπ2 1)(21 W/m.h 式中：T ——设备和管道的外表面温度（℃），T 应取管道蒸汽介质的平均温度即22 1t t T +=； t1——管道始端蒸汽温度℃； t2——管道终端蒸汽温度℃；
Ta ——环境温度，根据工程情况定℃； R1——保温层热阻 对管道（m.K ）/W ；对平面：(m 2.K)/W ； R2——保温层表面热阻 对管道（m.K ）/W ； λ——保温材料制品在平均温度下导热系数W/（m.K ）； Do ——保温层外径 m ； Di ——保温层内径 m ； α——保温层外表面与大气的换热系数 W/（m 2.K ），w 36α+= GB/T8175-2008规范推荐 .K W/m .α26311= 此时风速w 为3.5m/s 。 管径计算是按照正常负荷计算管径，同时以最大负荷及最小负荷校核计算后综合选取的。
重庆科技学院 《油气管道输送技术》课程设计报告 学院:_石油与天然气工程学院_ 专业班级:油储 学生姓名:学号: 设计地点（单位）__ __________ ___ 设计题目:_某热油管道工艺计算____________________ _ 完成日期：年月日 指导教师评语: _______________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________ 成绩（五级记分制）:______ __________ 指导教师（签字）:________ ________
目录 1 总论 (1) 1.1 设计依据及准则 (1) 1.1.1 设计依据 (1) 1.1.2 设计准则 (1) 1.2 总体技术水平 (1) 2 设计参数 (2) 2.1工程概况 (2) 2.2管道设计参数 (2) 2.3原油的性质 (2) 2.4设计输量 (2) 2.5其他参数 (2) 3 基础工艺计算 (3) 3.1 采用的输送方式 (3) 3.2 管道规格 (3) 3.2.1 平均温度 (3) 3.2.2 油品密度 (3) 3.2.3流量计算 (3) 3.2.4 油品黏度 (4) 3.2.5 管道内径 (4) 3.2.6 管道壁厚和外径 (5) 3.2.7验证经济流速 (6) 3.3热力计算 (7) 3.3.1 确定流态 (7) 3.3.2 总传热系数 (7) 3.3.3 原油比热容 (9) 3.3.4 加热站布站 (9) 3.3.5水力计算 (11) 3.4 设备的选用 (12) 3.4.1泵及原动机的选用 (12) 3.4.2 加热设备选型 (13) 3.5 站场布置 (13)
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 112ln 111 ln 22i i n e n w i L L D D D KD D D D ααλλ-+???? ?????=+++???????? ∑ （1-1） 式中：K ——总传热系数，W/(m 2·℃)； e D ——计算直径，m ； （对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）； n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ； 1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)； i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =； L D ——结蜡后的管内径，m ； L λ——所结蜡导热系数。 为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、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2α。 （1）内部放热系数1α的确定 放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示。 在层流状态（Re<2000），当500Pr ?Gr 时：
1管道总传热系数 管道总传热系数就是热油管道设计与运行管理中得重要参数。在热油管道稳态运行方案得工艺计算中，温降与压降得计算至关重要，而管道总传热系数就是影响温降计算得关键因素，同时它也通过温降影响压降得计算结果。 1、1 利用管道周围埋设介质热物性计算K 值 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得热量，它表示油流至周围介质散热得强弱。当考虑结蜡层得热阻对管道散热得影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式： 1112ln 111ln 22i i n e n w i L L D D D KD D D D a a l l -+轾骣犏琪桫犏=+++犏犏犏臌? （1-1） 式中：K ——总传热系数，W /(m 2·℃)； e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径得平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）； n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ； 1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质得放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应得导热系数，W/(m·℃)； i D ，1i D +——管道第i 层得内外直径，m ，其中1,2,3...i n =； L D ——结蜡后得管内径，m 。 为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径得 导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境得放热系数2α。（1）内部放热系数1α得确定 放热强度决定于原油得物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 与流体物理性质准数r P 间得数学关系式来表示[47]。在层流状态（Re<2000），当Pr 500Gr 绪论 原油的运输作为能源利用技术的重要一环，越来越受到重视，而其中管道运输与铁路、水路、公路、航空相比，因其输送距离长、建设速度快、占地少、管径大、输量高、能耗低、不污染环境、受地理及气象条件影响小等优点，而得到快速发展，已成为世界主要的原油输送方法[1]。 原油按其油品性质来分，可以将原油分为轻质原油和高粘易凝原油，后者还可以分为含蜡量较高的含蜡原油和含胶质、沥青质较高高粘重质原油（即稠油）[2]。轻质原油的输送较为容易，一般常规输送工艺就能满足要求。含蜡原油的的凝点较高，管输过程中易出现析蜡、凝管、堵塞等事故，严重影响管输的能力和效率。而高粘重质原油的粘度非常高（通常是几百甚至是几万厘波[3]），因此管路的压降就相当大，这就大大增加了原始基建投资和运行费用。 现在原油管输工艺的种类很多，应用较多、技术比较成熟的传统管输工艺有火焰加热器的加热输工艺、热处理输送工艺、加剂（包括降凝剂、减阻剂、乳化剂）输送工艺[4~13]、稀释输送工艺[14]。另有相对来说应用较少、有待进一步研究开发的现代工艺，有保温结合伴热输送工艺、太阳能加热等特殊加热工艺[15]、低粘液环输送工艺、微波降粘输送工艺[16]、水悬浮输送工艺、气饱和输送工艺、磁处理输送工艺[17]、改质输送工艺[18]、管道内涂输送工艺[19]等。 由于我国生产的原油多属高含蜡、高凝固点、高粘度原油，因此我国多数管道仍采用加热输送。无论从输油成本以及设备投资方面都比常温输送高出很多，并且我国大部分输油管道都建在70年代，为了保证安全运行和提高企业经济效益，旧管输工艺的改进和新建管道先进技术研究开发是当前管输工作的重点。我国从事管道科研人员近年来在这方面取得了较大进展。 1 总论 1.1 设计依据 （1）国家的相关标准、行业的有关标准、规范； （2）相似管道的设计经验； （3）设计任务书。 1.2 设计原则 （1）严格执行现行国家、行业的有关标准、规范。 （2）采用先进、实用、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，建立新的管理体制，保证工程项目的高水平、高效益，确保管道安全可靠，长期平稳运行。 （3）节约用地，不占或少占良田，合理布站，站线结合。站场的布置要与油区内各区块发展紧密结合。 （4）在保证管线通信可靠的基础上，进一步优化通信网络结构，降低工程投资。提高自控水平，实现主要安全性保护设施远程操作。 （5）以经济效益为中心，充分合理利用资金，减少风险投资，力争节约基建投资，提高经济效益。 2 工程概况 某油田初期产量油180万吨/年，五年后原油产量达到350万吨/年，计划将原油输送到480km外的炼油厂，需要设计一条输油管道，采用密闭输送方式。设计要求： （1）确定管道材质及规格； （2）一期数量（180万吨/年）条件下，设备选型，确定运行方式； （3）布置热站和泵站 （4）一期条件下（180万吨/年）条件下，考虑翻越点，若存在翻越点给出解决措施；（5）绘制一期工程首站工艺流程图（2#）1张。 2.1设计原始参数 表2.1 管道经过地区的地温 表2.2 里程和高程表 输送压力7.5 MPa，最高输送压力9Mpa，末站剩余压头70m，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计，进站温度控制在38℃，最高输送温度68℃，最低输送温度36℃，20℃相对密度0.8546，50℃粘度8.9mPa.s。 2.2 原油物性 粘温指数0.036 2.3 其它参数 保温层采用黄夹克，厚度35mm，土壤导热系数1.1) W，埋地深度1.5m。 m /(℃ 管道总传热系数算 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 1管道总传热系数 管道总传热系数是热油管道设计和运行管理中的重要参数。在热油管道稳态运行方案的工艺计算中，温降和压降的计算至关重要，而管道总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降的计算结果。 1.1 利用管道周围埋设介质热物性计算K 值 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 112ln 111ln 22i i n e n w i L L D D D KD D D D ααλλ-+???? ?????=+++????????∑ （1-1） 式中：K ——总传热系数，W /(m 2·℃)； e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值， 对于无保温埋地管路可取沥青层外径）； n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ； 1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)； i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =； L D ——结蜡后的管内径，m 。 为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、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2α。 （1）内部放热系数1α的确定 放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示[47]。 在层流状态（Re<2000），当500Pr 埋地电伴热输气管线的热力计算 金卓 （陕西管理处，陕西榆林，719000） 摘要：本文根据流体在多层圆筒壁圆管中流动的传热学理论，建立了埋地电伴热输气管线的热力计算公式，给出了相应的数值计算方法，并进行了实例计算。结果表明：数值计算的管道出口温度与实际测得的管道出口温度的相对百分比误差在5%以内，验证了本文给出热力计算公式及相应数值计算方法的准确性。 关键词：天然气，电伴热，热力计算 1. 传热学的基本理论 热量在温度差作用下从一个物体传递至另一个物体，或者在同一物体的各个部分之间进行传递的过程称为传热。按照传热的不同机理可将传热划分为三种基本方式：热传导（导热）、热对流和热辐射，工程上经常遇到高温的运动流体将热量通过固体壁面传递给壁面另一侧低温流体的热量传递形式，将其称为传热过程。 圆筒壁的导热模型：内外壁面均保持恒定的温度，即忽略轴向导热，认为热量只沿径向传递，属于一维稳态导热，对于多层圆筒壁的稳态导热，要求相邻两层间的接触紧密无间隙，下图为三层圆筒壁稳态传热过程。 图1 三层圆筒壁 运用串联热阻叠加的原理，可得到图1所示的流体在多层圆筒壁圆管中流动的导热热流量 ()()()()14211322433 2ln //ln //ln //t t L Q d d d d d d πλλλ-= ++ （1） 式中：t 3—第二层圆筒壁外壁温度，℃； t 4—第三层圆筒壁外壁温度，℃； d 3—第二层圆筒壁外直径，m ； d 4—第三层圆筒壁外直径，m ； λ1、λ2、λ3—第一、第二、第三层圆筒壁导热系数，W/(m·℃)。 2. 土壤温度场的模型建立 土壤温度场的求解过程特别复杂，为了简单起见，忽视了在同一深度的地层温度变化的水平，并视为均匀半无限的物体，只考虑纵向深度方向的发展情况，求解一维非稳态导热温度场的问题，建立了土壤温度场的数学模型，即导热微分方程与边界条件如下： 2 2t t x ατ??=?? τ>0，0 热油输送管路的温降计算 热油在埋地管路输送过程中因无法做到完全绝热，它会沿管线向四周传热，下面仅以纵向温降进行研究计算。 1·设热油输送管道，管外径为D ，周围介质温度为T 0，总传热系数为K ，输量 为G ，油品的比热为C ，出站油温为T Q ，油流流到距加热站出口X 米处时，温度降为T ℃。 注：（1）在稳定工况下：温度不随时间而变化，输量不随时间而变化； （2）油流至周围介质的总传热系数K 沿线为常数； （3）沿线地温和油品的比热C 为常数； （4）油品沿管轴线温度不变。 2·在距输油站为X 处取一微元段dx ，设X 处断面油温为T ，油流经过dx 段的 温度变化为dt ，由能量方程推导温降公式，稳定流动的能量方程； dx dQ g dx dv v dx dP P h dx dT T h T p - =++??? ????+??? ????θsin 忽略高差和速度变化的影响，则： dx dQ dx dP P h dx dT T h T p -=??? ????+? ?? ???? 另外由热力学知识可知： h p T P T T h P h ??? ??????? ????-=??? ???? 因此： dx dQ dx dP P T T h dx dT T h h p p -=? ?? ??????? ????-??? ???? 由于： P p C T h =??? ???? i h D P T =??? ???? 则： dQ dp D C dT C i P P -=- 故在L+dL 断面上油温为T+dT ，稳定传热时，dL 上的热平衡方程为： 单位时间内管线向周围介质的散热量 = 油流温降放出的热量 dQ 表示单位质量液体在单位管长上的热量损失，由传热学关系可知： ()dx M T T D K dQ 0-= π 因此： ()dT C dp D C dx M T T D K P i P -=-0π 令 P MC D K a π= ， 则： ()()dx dp D T T a dx T T d i =-+-00 非齐次线性微分方程的通解为： dx e dx dp D e Ce T T ax i ax ax ---?+=-0 由于: 0=x 时，Q T T =，所以： () dx e dx dp e D e T T T T ax ax i ax Q ---? +-+=00 在热油液流中不考虑节流效应，则得到苏霍夫公式： () ax Q e T T T T --+=00 单位质量下取：P GC D K a π= 适用于流速低、温降大、摩阻热影响较小的情况下。正常运行工况选择此公式。 各参数的意义： G ——油品的质量流量，kg/s ； M ——油品的单位质量，kg ； C ——油流比热容，J/（kg ·℃）； D ——管道外径，m ；原油长输管道初步设计说明计算书
某热油管道工艺设计
管道总传热系数算
温降计算
热油输送管道的温降计算
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