管道总传热系数计算的.docVIP

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） 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·℃)； 　 ，——管道第层的内外直径，m，其中； ——结蜡后的管内径，m。 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[47]。 在层流状态（Re2000），当时： （1-2） 在层流状态（Re2000），当时： （1-3） 在激烈的紊流状态（Re104），Pr2500时： （1-4） 在过渡区(2000Re104) （1-5） 式中：——放热准数，无因次； ——流体物理性质准数，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0.1～0.16 W/(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，℃； ——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45 W/(m·℃)，其热阻可忽略不计；煤焦油瓷漆防腐层导热系数约为1.1 W/(m·℃) ，黄夹克保温材料的导热系数约为0.04 W/(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 在原油长输管道内，液体的流动状态绝大部分是紊流状态，出现层流状态极少。因此，在热力计算中，确定值将主要使用公式(1-1)。在公式(1-1)中关键的参数是与管道周围许多因素有关的，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5.7 W/(m2·h4)； ——土壤表面温度，取当地一年中月平均的最低地面温度，℃； —