管道温降计算
蒸汽管道温度损失计算及分析
蒸汽管道温度损失计算及分析Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UTbw k p g f CG 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。
埋地管道温降计算
2.92 0.274 260000 0.577 2244
W/m2℃m
m3/d
J/kg℃
a= 已知: t 0= t 1= x=
0.53535
10 ℃ 70 ℃ 1.3 km
则输气管道沿线任意点的气体温度计算如下: tx=t0+(t1-t0)e-ax tx= 39.91804 ℃
埋地管道温降计算
埋地管道温降计算参见《输气管道工程设计规范》GB50251-94， 第8页，公式（3.3.3-1）及公式（3.3.3-2）。 tx=t0+(t1-t0)e-ax 式中： tx------输气管道沿线任意点的气体温度（℃）； t0------输气管道埋设处的土壤温度（℃）； t1------输气管道计算段起点的气体温度（℃）； e-------自然对数底数，宜按2.718值; x-------输气管道计算段起点至沿线任意点的长度(km)。
a=225.256×10 KD/(qv△CP)
6
式中： K------输气管道中气体至土壤的总传热系数（W/m2℃） D------输气管道外直径（m）
qv-------输气管道中气体在标准状况下的流量（m3/d） △-------气体的相对密度 CP-------气体的定比热（J/kg℃） 已知： K= D= qv= △= CP= 则: a=225.256×10 KD/(qv△CP)
蒸汽管道温度损失计算及分析
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1.1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 1.2.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 ，wd —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m2.1内表面换热系数的计算根据H.Hansen 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=1.95;在75摄氏度时Pr=2.38;2.2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 36.7C m w ο⋅/C.土壤的导热系数t λ=0.6C m w ο⋅/D. 由于本文涉及到的最大管径为0.6m ，所以取t h =1.8mE.保温材料为：聚氨酯，取λ=0.03C m w ο⋅/ F. 保温层外包皮材料是：PVC ，取λ=0.042C 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：7.8mm ； 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是相同的。
过热蒸汽管道压降温降计算
21.50 21.50 21.50 1.8100E-05 2.0200E-05 2.2300E-05
5.21E-06 6.30E-06 7.48E-06 3.11E-06 3.87E-06 4.69E-06 3.00E+06 2.72E+06 2.49E+06 3.39E+06 3.04E+06 2.76E+06 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.00048544 0.00048544 0.00048544 0.00055402 0.00055402 0.000554 0.01657339 0.01657339 0.01657339 0.01707425 0.01707425 0.0170743 1000 1000 1000 1000 1000 1000 0 95428.63 0.10 0.90 82.37 188.38 0 104626.20 0.12 0.88 103.84 237.48 0 113666.80 0.13 0.87 127.43 291.44 0 112427.12 0.12 1.38 61.51 130.82 0 125607.80 0.14 1.36 80.39 170.98 0 138193.63 0.15 1.35 101.35 215.55
输入 2672800 输入 0.018482 输入
15.87 3239.13 391.4 8.6
6.20 2871.90 241.1 8.9
8.11 2999.39 291 9
10.22 3115.08 340.8 9.2
12.55 3225.95 390.3 9.7
输入
5.4 6.4 7.4 8.6
热水系统温降设计计算
热水管道系统设计温降计算项目符号单位公式原始数据热水质量流量qm t/h 给定初始温度t1 ℃给定管道外径dw mm 给定管道壁厚δmm 给定管道总长度L m 给定热水平均比容vp m3/kg 查表《饱和线上水的基本物理特性表》，设计给定管道内径 d mm d=dw-2* δ流体平均流速wp m/s wp=qm*vp/(d/594.5) 2导热系数λ1W/(m℃)给定环境温度ta ℃给定热水平均比热 c kJ/kg ℃给定保温壁厚δ1mm 给定换算系数A2 A2=3.6计算长度Lc 计算长度 Lc=1.25L保温层散热系数αW/(m℃)给定一般取 11.63计算结果管道的散热损失q kW q=3.14(t1-ta)/(1/2λ（1ln(Dw+2δ1)/Di)+1/(α(Dw+2δ）1))L等式右边2*3.14 λ1{A2*Lc/{（t1+t2)/(2cln[(t1-ta)/(t2-ta)]-1/[3.14 α(Dw+2δ1)]}}管道温度降△t℃△ t＝ t1-t2管道末端温度t2 ℃假定热水管道系统设计温降计算项目符号单位公式原始数据热水质量流量qm t/h 给定初始温度t ℃给定管道外径dw mm 给定管道壁厚δmm 给定管道总长度L m 给定热水平均比容vp m3/kg 查表《饱和线上水的基本物理特性表》，设计给定管道内径 d mm d=dw-2* δ流体平均流速wp m/s wp=qm*vp/(d/594.5) 2导热系数λ1W/(m℃)给定环境温度ta ℃给定热水平均比热 c kJ/kg ℃给定保温壁厚δ1mm 给定换算系数A2 A2=3.6计算长度Lc 计算长度 Lc=1.25L保温层散热系数αW/(m℃)给定管道的散热损失q kW q=3.14(t1-ta)/(1/2λ（1ln(Dw+2δ1)/Di)+1/(α(Dw+2δ）1))L等式右边2*3.14 λ1{A2*Lc/{（t1+t2)/(2cln[(t1-ta)/(t2-ta)]-1/[3.14 α(Dw+2δ1)]}} 等式左边ln( （Dw+2δ1)/Di)管道温度降△t℃△ t＝ t1-t2管道末端温度t2 ℃假定数值300653258200000.001040042 3091.150.029-304.2803.62500011.63842.7240.4007.6457.36数值200653258200000.001040042 3090.770.029-304.2803.62500011.63842.724 0.400 0.400 11.23 53.77。
蒸汽管道损失理论计算及分析
bw k p g f CG 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：gk —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 ︒kt —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∑=+++=ni w w i i i n n g d a d d d a k 111ln 2111ππλπ式中：na ，wa —分别为管道内外表面的换了系数C m w ο⋅2/nd ，wd —分别为管道（含保温层）内外径mi 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：42.075.0Pr)180(Re037.0-≈=λnn n d a NPr 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：]1)2(2ln[22-+=wt wtwtw d h d h d a λ式中： t λ—管道埋设处的导热系数。
th —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th =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=Cmwο⋅/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是相同的。
长输蒸汽管道的温降和压降的计算方法研究
长输蒸汽管道的温降和压降的计算方法研究I. 引言II. 相关理论A. 热力学基础B. 管道流体力学基础III. 计算温降和压降的方法A. 温度降低计算方法1. 傅里叶热传导定律2. 内能方程B. 压降计算方法1. 流体阻力公式2. 考虑弯头、阀门和管道接口的阻力修正3. 流量计算方法IV. 案例分析A. 设计长度内输送中长输蒸汽管道的压降计算B. 天然气长输管道的压降计算V. 结论和展望I. 引言随着工业化与城市化水平的提高，管道运输已成为现代工业的一项重要方式。
在液体或气体输送的过程中，管道内部的流体将产生热和压降。
因此，准确计算管道内的温降和压降对管道的设计和运行至关重要。
长输蒸汽管道作为重要的能源输送方式，其温降和压降的计算更加显得重要。
因此，本文将研究长输蒸汽管道的温降和压降的计算方法。
II. 相关理论A. 热力学基础长输蒸汽管道中，管道内的蒸汽流体内部会发生热传导、对流和辐射传热等多种传热方式。
其中，热对流传热是主要的传热方式之一。
设管道内蒸汽的平均温度为T，内径为D，流量为Q，则热对流传热时管道内蒸汽的热传导率h可根据Nusselt 数Nu计算得到。
B. 管道流体力学基础在管道内输送流体的过程中，管道内流体的速度和压力都会发生变化，从而在管道内产生阻力。
考虑到管道内部的不同形状和结构，管道内部阻力的计算方法不同。
同时，管道内的流体速度和流量之间、流量与压力之间也存在着一定的关系，一般需要将它们联系起来一起计算。
基于这些关系，我们可以推导出管道流体动力学的基本方程。
III. 计算温降和压降的方法A. 温度降低计算方法蒸汽管道内流体的温度降低是由内能流失及管道散热流失两个方面导致的。
在不同的情况下，这两个方面的影响程度和计算方法也不同。
1. 傅里叶热传导定律傅里叶热传导定律指出，热传导速率正比于管道上下表面温度之差，反比于管道的厚度。
同时，管道内部存在多种热传导方式，如传热导率k、面积S和传热距离l等，将它们综合运用可得到热传导方程：q = -kS(dT/dx)其中q表示单位时间内管道内能流失的热量，k为传热导率，S为管道的横截面积，dT/dx为管道内蒸汽温度的梯度。
管道温降计算
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：1112ln 111ln 22i i n e n wi 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 3.65y dNu αλ== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当500Pr >⋅Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y y b d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭（1-4）在过渡区(2000<Re<104)25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ⋅λα＝ （1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；g ——重力加速度，g ＝9.81m/s 2； υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ； C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)； v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；β——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：td d -+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3；f t ——油(液)的平均温度，℃；b t ——管内壁平均温度，℃；204d ——20℃时原油的相对密度。
管道温降计算
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：1112ln 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 ；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 3.65y dNu αλ== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当500Pr >⋅Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭（1-4）在过渡区(2000<Re<104)25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ⋅λα＝ （1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；——重力加速度，g ＝9.81m/s 2；υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：tdd-+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3；f t ——油(液)的平均温度，℃； b t ——管内壁平均温度，℃；204d ——20℃时原油的相对密度。
热油输送管道的温降计算
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 dxdPP h dx dT T h T p -=++⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂θsin 忽略高差和速度变化的影响，则： dx dQ dxdPP h dx dT T h T p -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂另外由热力学知识可知： hp T P T T h P h ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂因此： dx dQ dx dPP 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 MT T D K dQ 0-=π因此： ()d T C d p D C d x MT T D K P i P -=-0π令 PMCD K a π=， 则：()()dxdp D T T a dxT T d i=-+-00非齐次线性微分方程的通解为： dxedxdp D e Ce T T axi ax ax ---⎰+=-0由于: 0=x 时，Q T T =，所以：()dxedxdp eD eT T T T axaxi axQ ---⎰+-+=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：PGCD K a π=适用于流速低、温降大、摩阻热影响较小的情况下。
管道温降计算
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）1112ln 111ln 22i i n e n wi 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 ——所结蜡导热系数。
L λ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。
r G r P 在层流状态（Re<2000），当时：500Pr <⋅Gr（1-2）1 3.65y dNu αλ==在层流状态（Re<2000），当时：500Pr >⋅Gr（1-3）0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：（1-4）0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭在过渡区(2000<Re<104)（1-5）25.043.001Pr Pr (Prbf ffd K ⋅λα＝式中：——放热准数，无因次；u N ——流体物理性质准数，无因次；λρυC =Pr ——自然对流准数，无因次；()υβw f t t g d Gr -=3——雷诺数；υπρd q vdv4Re ==——系数；)(Re 0f f K =——管道内径，m ；d ——重力加速度，＝9.81m/s 2；g g ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；υ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；C ——流体体积流量，m 3/s ；v q ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；ρ——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：β（1-6）tdd-+-=2042045965634023101β——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数约在0.1～0.16f λf λW/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：（1-7）153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-=——l5℃时的原油密度，kg/m 3；15f ρ——油(液)的平均温度，℃；f t ——管内壁平均温度，℃；b t ——20℃时原油的相对密度。
煤气管道温降计算
4.00 520.45 135.71 135.71 147.85 1.80 36.55 0.03 26.93 0.67 21.64 5.96
不太准确
最终计算
温降
Δαn/α
Δαw/α
管道线性传热热阻 管道总传热热阻 系数 管道长度 温降值
%
-1.00 -0.99
%
1.47 1.34
Rl h.m.℃/kcal 0.04
0.04
R h.㎡.℃/kcal 0.21
0.21
A
1340.91 1337.86
Xm
1400 1400
Δt ℃
84.24 84.35
ok
文献 文献 文献
文献 文献 文献 文献
文献
文献 文献 假定
根据假定 的入口温 度为定性 温度查表 Pr=μCp/λ <杨世明 传热学> 同上
同上
同上
0.327613
λ kcal/h.m.℃ 36.49
1.00 15.59 0.31 140 36.49
普朗特常数
Pr
0.67
0.67
不太准确
烟气导热系数 运动粘度
初步计算 内表面放热系数 格拉晓夫准则数
层流紊流判据
层流时外表面放热系数 紊流时外表面放热系数 考虑刷油漆及积灰对换热系数的 修正值 传热系数 热流密度 管壁外表面温度 管壁内表面温度 定性温度 定型尺寸 钢管导热系数 烟气导热系数 运动粘度 普朗特常数 最终计算 内表面放热系数 外表面放热系数
名称 室外计算温度 烟气原始温度 管内流体入口温度与管外介质温 差 烟气体积流量 烟气密度 烟气质量流量 管道公称直径
已知条件 管道壁厚
3.1热油管道的温降计算详解
iZ
或
i pj iTpj
式中：iR、iZ—计算管段起点、终点油温下的水力坡降
由轴向温降公式可知：考虑摩擦升温后相当于地温升高 了b ℃ 。
温降曲线的特点：由图可知：
T
①温降曲线为一指数曲线，渐近 Tc
线为 T=T0
②在两个加热站之间的管路上，各 T
处的温度梯度不同，加热站出口 处，油温高，油流与周围介质的
以埋地管道为例，管道散热的传热过程由三部分组成：即 油流至管壁的放热，钢管壁、防腐绝缘层或保温层的热传 导和管外壁至周围土壤的传热（包括土壤的导热和土壤对 大气和地下水的放热）。
在稳定传热的条件下，其热平衡关系可表示为：
KD( Ty T0 ) 1D1( Ty Tb1 )
2i ln Di1
在固定进站温度运行的管道中，输送量减少，上一加热 站出站温度必须升高，管道各截面上油流的温度升高。 输送量增加时，各参数的变化规律相反。
（4）传热系数对温降的影响
从温降公式可知，传热系数增加时，温降加快，温降 曲线变陡；传热系数减小时，温降减慢，温降曲线变 平。在热油管的运行中，引起传热系数改变的因素， 都会带来温降情况的变化。
1、由于原油的凝固点比较高，一般在环境温度下就失去流动 性或流动性很差，因而不能直接常温输送。
2、在环境温度下，含蜡原油即使能够流动，其表观粘度 (Apparent Viscosity)也很高。对于稠油，虽然在环境温度 下并不凝固，但其粘度很大，实际上已经失去流动性。因 此无论是高含蜡原油还是稠油，常温输送时摩阻损失都很 大，很不经济。
⑵ 加热站进站油温的选择
加热站进站油温首先要考虑油品的性质，主要是油品的 凝点，必须满足管道的停输温降和再启动的要求，但主 要取决于经济比较，故其经济进站温度常略高于凝点。 设计时一般取进站温度高于原油凝点3~5℃。
蒸汽管道温度损失计算及分析
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1.1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 1.2.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 ，wd —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m2.1内表面换热系数的计算根据H.Hansen 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=1.95;在75摄氏度时Pr=2.38;2.2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36.7C m w ο⋅/ C.土壤的导热系数t λ=0.6C m w ο⋅/ D. 由于本文涉及到的最大管径为0.6m ，所以取t h =1.8mE.保温材料为：聚氨酯，取λ=0.03C m w ο⋅/ F. 保温层外包皮材料是：PVC ，取λ=0.042C 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：7.8mm ；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。
苏霍夫温降公式
苏霍夫温降公式
苏霍夫温降公式是用于计算流体在管道中的温降程度的公式。
根据该公式，流体在管道中的温降可由以下公式表示：
ΔT = (Q / (m * Cp)) * (1 / π * D * L * α)
其中：
ΔT：流体的温降（摄氏度）
Q：流体通过管道的热量（单位为焦耳）
m：流体的质量流量（单位为千克/秒）
Cp：流体的定压比热容（单位为焦耳/千克*摄氏度）
D：管道的直径（单位为米）
L：管道的长度（单位为米）
α：流体的温度散度系数（单位为1/摄氏度）
π：圆周率（大约为3.14159）
根据这个公式，可以通过已知的流体参数和管道参数，计算出流体在管道中的温降程度。
蒸汽管道温度损失计算及分析
1.计算基本公式
1.1 温损计算公式
t l
kg (t p tk ) G•C
为：
fbw
式中： kg —管道单位长度传热系数 w / m C
t p —管内热媒的平均温度 C
tk —环境温度 C
G —热媒质量流量 Kg / s
C —热水质量比热容 J / KgC
m l ——管道长度 由于计算结果为每米温降，所以 L 取
（资料素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关 注）
—蒸汽管道工作钢管内径 ②影响因素：蒸汽管道的管径大小及蒸汽温度 ③ 文献数据分析结论：在蒸汽供热运行的温度范围内，蒸汽温
度对对流换热系数的影响相对较小，在计算时 该系数可近似地取平均值。
2.2.2 管道与土壤的换热系数ɑ（直埋敷设）
响）
2t
①计算公式：
De x
ln[
2ht De x
( 2ht )2 1] De x
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：7.8mm； 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；
1m
1.2.管道传热系数为
1
kg
1
n
1 ln di1
1
andn i1 2 i
di
awd w
式中：
w / m C an ， aw —分别为管道内外表面的换了系数
2
m dn ， dw —分别为管道（含保温层）内外径
w / m C i —管道各层材料的导热系数
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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：1112ln 111ln 22i i n e n wi 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 3.65y dNu αλ== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当500Pr >⋅Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭（1-4）在过渡区(2000<Re<104)25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ⋅λα＝ （1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；g ——重力加速度，g ＝9.81m/s 2；υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；β——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：td d -+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3； f t ——油(液)的平均温度，℃； b t ——管内壁平均温度，℃； 204d ——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f t 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g λ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f λ约为1.1 W/(m·℃) ，黄夹克保温材料的导热系数b λ约为0.04 W/(m·℃)。
对于壁厚g δ、外包f δ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：12111i i K δαλα=++∑ （1-8）其中：ffg g i i λδλδλδ+≈∑对于保温管道，保温层的热阻起决定影响。
故对于壁厚g δ、外包b δ厚保温材料的保温热油管道：1ln (22)/(2)ln(/)22n b g n g i i ib D D D D δδδλλ+⎡⎤+++⎣⎦≈∑ （1-9） (3) 外部放热系数2α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：()i e is B D B 0212αλα+=（1-10）sta i CB λα=（1-11） 20)2(e D h C -= （1-12）]1)2(2ln[2000-+=ee D hD h α （1-13） 式中：s λ——土壤的导热系数，W/(m·℃)；e D ——与土壤接触的管道外直径，m ；ta α——土壤至地表空气间的放热系数，W/(m 2·℃)； 0h ——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tac α和辐射放热系数taR α两部分。
tac α和taR α分别用下式确定：a tac v 0.76.11+=α （1-14）])100273()100273[(44+-+-=a s as RtaR t t t t C εα （1-15） 式中：a v ——地表面的平均风速，m/s ；ε——土壤表面折算黑度；R C ——辐射系数，可取5.7 W/(m 2·h 4)； s t ——土壤表面温度，取当地一年中月平均的最低地面温度，℃； a t ——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2α：]1)2(2l n [22002-+=ee e sD h D h D λα （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2α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d x 的微元管道上，热油管道的热量平衡关系式（1-1）可简化为：101ln n e L D KD b b D -⎡⎤⎛⎫=+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ （1-19）其中： 1012ln()112i i i wD d b dD αλα+=++∑ （1-20） 112Lb λ=（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biTε∂∂，则在d τ时间内在轴向温降为dT 的dx 段上沉积的量为： biL dG G dTd Tετ∂⎛⎫= ⎪∂⎝⎭（1-22） 因而使内径缩小了()L d D ，则：()2LL L D dG D d T dx πρ⎡⎤⎛⎫=⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（1-23） 将式（1-23）代入式（1-22）得：()()2bi L L D G dTd d D T T dx επτρ∂=∂ （1-24）()()()0n y K T D T T dTdxG C T k T πε-=-⎡∂⎤⎛⎫+⎪⎢⎥∂⎝⎭⎣⎦（1-25）将式（1-25）代入式（1-24）得：()()()0012ln bi n L L L yT T D D b b d D d D T T C T k T ετερ∂-⎡⎤⎛⎫+=-⎪⎢⎥∂⎝⎭∂⎛⎫⎣⎦+ ⎪∂⎝⎭（1-26） 积分后可得：()()22011010100ln ln 22222L n L n L L biy D D D D b b b b b b D D T T T T C T k T ττετερ⎡⎤⎡⎤+--+-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎢⎥∂-⎢⎥=⎢⎥∂∂⎛⎫+⎢⎥⎪∂⎝⎭⎣⎦ （1-27） 对于距泵站出口x 米处的管路而言，其清管后的运行时间τ可由下式计算：0L L xVττ-=+其中，22243ln 2n n L L nL L D D D D D D D ττττ--≈，则()12L n L D D ττδ=-。
联解式（1-24）与式（1-27），可求出线路上热泵站出口x m 处，经清管后运行τ小时的结蜡层内径L D τ，从而求解出结蜡厚度。
式中：y ε，bi ε——分别为油温的函数，其规律可通过试验求得； L D ——结蜡后的管道内径，m ； L λ——结蜡层的导热系数，W/( m·℃)；0L τ——从下一站收到清管器开始计算的时间，s ；L D τ——运行τ小时后的结蜡层内径，m ； L τδ——运行τ小时后的结蜡厚度，m ；L ——为站间距离，m ；V ——管内流速，m/s ； k ——蜡的结晶潜热，kJ/kg 。
2利用苏霍夫公式计算管路温降：对于距离不长、管径小、流速较低、温降较大的管道，摩擦热对沿程温降影响不大情况下，或概略计算温降时，可以忽略摩擦热的作用，得到苏霍夫公式：aL R L e T T T T --+=)(00 （2-1）其中 GcD K a wπ=（2-2） 式中 K ——总传热系数，W/(m 2 C)； R T ——管道起点温度， C ； 0T ——管道周围土壤温度， C ； L T ——距起点L 处温度， C ；w D ——管道外直径，m ；G ——油水混合物质量流量，kg/s ； C ——油品比热，J/(kg C)。
油水C W W C C )1(-+=（W 为含水率） （2-3）距地面一定深度1δ（8米）处视为恒温层， 2f t （4 C ），由热流密度：sf s f f t t t t q λδαλδα2112111+'-=+'-= （2-4） 求得距地面任意深度土壤温度0t ，其中α'可以根据（1-14）、（1-15）求得。
式中 1f t ——地表温度， C ；t——恒温层处土壤温度， C；f2t——距地面任意深度土壤温度， C；α'——地表大气对流换热系数，W/(m C)；δ——恒温层深度，m；1δ——距地面任意点深度，m；2λ——土壤导热系数。
s。