3.2热油管道的压降计算
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油气集输管线温降计算方法摘要:在油管散热以及沿程压降等因素的影响下,油气集输管线会出现温降等问题,科学计算温降有利于促进石油工业的发展,因此本文利用文献资料法等方法对油气集输管线温降计算方法进行了研究与探讨。
在探究过程中先分析了相关的数学模型,例如热力计算模型、传热系数计算模型等,之后分析了计算方法以及具体案例。
在分析后发现通过能量平衡微分方程等模型以及计算程序可以增强计算结果的准确性,减少计算误差,所以需要提高对这一计算方法的重视程度。
关键词:油气集输管线;温降;计算方法前言:温降是油气集输管线经常出现的问题,在进行油气开采管理时做好温降计算工作有利于增强管线运行的安全性与经济性。
但利用传统的苏霍夫温降公式进行估算会降低计算结果的准确性,所以需要探讨新的、精准的计算方法,从而增强温降计算结果的精准性,为管理工作提供依据。
1.油气集输管线温降相关数学模型1.1热力计算模型由于液相中含有不相溶的油和水这两种液体,所以石油工业中的油、气、水混合物流动属于多液多相流动。
但从实际情况来看,其流动的力学关系类似于气液两相流动相,所以将其归纳到气液两相流动的范畴中。
在这种情况下,若假设两相之间没有温度滑梯,且不计油品径向温度阶梯,就可以将气液两相混合物沿管线的能量微分方程设置为公式(1)【1】。
(1)公式(1)当中的q指的是垂直于管壁方向的热流量、H指的是混合物焓、V指的是混合物平均速度、g为重力加速度、θ指的是管轴线与水平面夹角。
但混合物焓会受到其压力和温度的影响,所以可以利用公式(2)表示。
(2)公式(2)中的为焦耳-汤普森系数、为混合物定压比热、为混合物焓自身的温度。
从公式(1)与公式(2)可以获取公式(3)。
(3)公式(3)中的P为混合物焓自身的压力,且=-2π(4)公式(4)中的负号表示散热,k为传热系数,为环境土壤温度。
从公式(3)与公式(4)可以得到公式(5)。
(5)公式(5)中的, - - 。
管内压降的计算公式
管内压降的计算公式可以根据不同的流体和管道条件有所不同。
以下提供两个公式,可根据具体情境选择合适的公式进行计算:
1. 达西公式:用于计算流体在圆管中的压降,其公式为:ΔP = λ× L × (V^2/2g) × (πD^4/8Q^2)。
其中,ΔP为压降,λ为管道摩擦系数,L为管道长度,V为流速,g为重力加速度,D为管道直径,Q为流量。
2. 普威尔公式:用于计算流体在管道中的压降,其公式为:ΔP = f × (L/D) × (V^2/2g)。
其中,ΔP为压降,f为摩擦系数,L为管道长度,D为管道直径,V为流速,g为重力加速度。
以上信息仅供参考,如需更准确的公式或使用条件,建议咨询物理学或流体力学专家。
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 dxdP 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 dPP h dx dT T h Tp -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ 另外由热力学知识可知:h p T P T T h P h ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂因此:dx dQ dxdPP T T h dx dT T h h p p -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 由于: P p C T h =⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ i hD 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 MT T D K dQ 0-=π因此: ()dT C dp D C dx MT T D K P i P -=-0π令 PMC DK a π=, 则:()()dxdpD T T a dx T T d i=-+-00 非齐次线性微分方程的通解为:dx e dxdp D e Ce T T axi ax ax ---⎰+=-0由于: 0=x 时,Q T T =,所以:()dx e dxdp e D e T T T T axax 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:PGC DK a π=适用于流速低、温降大、摩阻热影响较小的情况下。
管径选择与管道压力降计算第一部分管径选择1.应用范围和说明1.0.1本规定适用于化工生产装置中的工艺和公用物料管道,不包括储运系统的长距离输送管道、非牛顿型流体及固体粒子气流输送管道。
1.0.2对于给定的流量,管径的大小与管道系统的一次投资费(材料和安装)、操作费(动力消耗和维修)和折旧费等项有密切的关系,应根据这些费用作出经济比较,以选择适当的管径,此外还应考虑安全流速及其它条件的限制。
本规定介绍推荐的方法和数据是以经验值,即采用预定流速或预定管道压力降值(设定压力降控制值)来选择管径,可用于工程设计中的估算。
1.0.3当按预定介质流速来确定管径时,采用下式以初选管径:d=18.81W0.5 u-0.5ρ-0.5(1.0.3—1)或d=18.81V00.5 u-0.5(1.0.3—2)式中d——管道的内径,mm;W——管内介质的质量流量,kg/h;V0——管内介质的体积流量,m3/h;ρ——介质在工作条件下的密度,kg/m3;u——介质在管内的平均流速,m/s。
预定介质流速的推荐值见表2.0.1。
1.0.4当按每100m计算管长的压力降控制值(⊿Pf100)来选择管径时,采用下式以初定管径:d=18.16W0.38ρ-0.207 µ0.033⊿P f100–0.207(1.0.4—1)或d=18.16V00.38ρ0.173 µ0.033⊿P f100–0.207(1.0.4—2)式中µ——介质的动力粘度,Pa·s;⊿P f100——100m计算管长的压力降控制值,kPa。
推荐的⊿P f100值见表2.0.2。
1.0.5本规定除注明外,压力均为绝对压力。
2.管道内流体常用流速范围和一般工程设计中的压力降控制值2.0.1管道内各种介质常用流速范围见表2.0.1。
表中管道的材质除注明外,一律为钢。
该表中流速为推荐值。
2.0.2管道压力降控制值见表2.0.2-1和表2.0.2-2,该表中压力降值为推荐值。
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)(10215.11232H H Ld L d w p -++⨯=∆ρλρ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 ∙+-=+-=αλαπ21)(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221t 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。
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:1112ln 111ln22i i ne nwiLL DD D KD DDD aall -+éùæöêúç÷èøêú=+++êúêúêúëûå(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 ;1 ——油流与管内壁放热系数,W/(m 2·℃);2 ——管外壁与周围介质的放热系数,W/(m 2·℃); i ——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...in =;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1 、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2 。
(1)内部放热系数1 的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态,可用1 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]。