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T0，总传热系数为K，输量为G，油品的比热为C，出站油温为TQ，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;
dvdQ??h?dT??h?dP????v?gsin??? ? ?dxdx??T?pdx??P?Tdx
忽略高差和速度变化的影响，则:
?dQ??h?dT??h?dP????? ?dx??T?pdx??P?Tdx
另外由热力学知识可知:
??h???h???T? ???????? ?P?T?P??T??p??h
因此:
———————————————————————————————————————————————
dQ??h?dT??h???T?dP??? ? ?????dx??T?pdx??T?p??P?hdx
由于:
?
则:
CPdT?CPDidp??dQ ??h???CP ?T??p??T????Di ?P??h
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:
dQ?
K?D?T?T0?dx M
因此:
令 a?K?D?T?T0?dx?CPDidp?CPdT MK?D ， 则: MCP
d?T?T0?dp ?a?T?T0??Didxdx
非齐次线性微分方程的通解为:
dp?ax T?T0?Ce?ax?e?ax?Diedx dx
由于: x?0时，T?TQ，所以:
dp?axedx dx
在热油液流中不考虑节流效应，则得到苏霍夫公式: T?T0?TQ?T0e?ax?Die?ax???
T?T0??TQ?T0?e?ax 单位质量下取:a?K?D GCP ———————————————————————————————————————————————
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;
X——加热输送管道长度，m;
K——管道的总传热系数，W/(m2??);
TQ——加热站出站温度，?; T——距加热站出口x处油温，?;
，?。 T0——周围介质温度(埋地管道取管中心埋深处自然地温)
3?
例:一条D=426mm的埋地热油输送管道，出站油温TR = 50 ?，油品比热C=200 J/(kg??),管道的总传热系数K=2.1W/(m2??), 油品的质量流量G=10kg/s, 讨论周围介质温度分别为T0=20?, T0=10? T0=0? T0=-10?。
a?
K?D2.1?0.426?3.14
??1.40?10?3 GCP10?200
?3
环境温度T0=20?时T?20??50?20??e?1.4?10环境温度T0=10?时———————————————————————————————————————————————
T?10??50?10??e?1.4?10环境温度T0=0?时T?0??50?0??e?1.4?10
?3
x
?20?30?e?1.4?10x ?10?40?e?1.4?10
?3
?3
?3
?3
xx
x
?0?50?e?1.4?10
?3
x
?3
环境温度T0=-10?时T??10??50?10??e?1.4?10x
??10?60?e?1.4?10
x
4?输油管道纵向介质温度变化分布
1.输送管道沿线某一横截面温度Tx?,自然地温T0?，管道内径D1,外径加上防腐层和保温层为D2. 对埋地管道周围介质传热过程管道最外层至周围土壤的传热，管道的总传热系数K，土壤导热系数λ,管道埋深h，外部放热系数a2。
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2.管内流油至地表单位面积的传热量
q= KΔt= K(Tx- T0)
3.将管道与最外层看做一个整体作为内热源，散热量为?=q，将土壤看做包裹在管道外的圆柱体(管道相对土壤看做一条线)，以管道埋深H为半径r，大圆柱体最外温度即竖直方向上土壤自然温度T0。
圆柱坐标中的导热微分方程式:
1ddt? (r)??0 rdrdr?
dt1?2对上式两边同乘以r并积分得:r?r?c1 dr2?
dt边界条件:r=0 ?0 ; r=r1 t= T0 dr
由边界条件得:c1 =0 1?2两边再积分得:t??r?c2 4?
由边界条件得:c2 =T?1?21?21?2r1 代入得t??r?T0?H 4?4?4?
即就是将土壤看做包裹在管道外的圆柱体中的温度分布
t??1?1?2(r)2?T0?H 4?24?2
1?(H2?r2) 4?2 ?T0?
随着r的不同即就是随着管道距土壤的不同距离，竖直方向上温度t随之变化。
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