油气集输专业常用公式

工    程    标    准 油气集输专业常用计算公式及参数技术规定 管道热力计算及管道、设备保温计算 档案号  集—9140/标 标准号  JI11-90    一、管道热力计算 1．集、输油管道沿程温降计算公式 （1） （2） （3） 式中： — 管道起点温度，℃； — 管道终点温度，℃； — 管道周围介质温度，℃（埋地管道取中心地温、可按附录三中附表3取值）； — 管道外径，m； — 管内介质流量，kg/h； — 介质比热容， ； —计算管段起、终点距离，m； —管内介质至周围介质的总传热系数， ； —计算常数， 。 K值的确定方法： （1）实测。对有关数据进行现场实测后由（1）式反算确定K值。这种方法可将影响因素考虑周全，使计算更符合实际。 （2）采用经验数据。埋地沥青绝缘集输油管道总传热系数可参照附录四附表4选用，埋地泡沫塑料保温集输油管道总传热系数可参照附录五附表5选用。 （3）按理论计算方法确定K值。 式中： —总传热系数， ； —管内介质至管壁的放热系数， ； d—管道内径，m； D—管道外径，m； D0—管道保温层外径，m； —保温层导热系数， ； —保温层外壁至周围环境的外部放热系数， 。 内部放热系数 的计算： 1）在层流状态下（Re≤2000）： （5） 2）在紊流状态下（Re≥104）： （6） 3）在过渡状态下（2000≤Re≤104）： （7） 在（5）、（6）、（7）式中： —— 雷诺数； ——  液体物理性质准数； ——  自然对流准数； ， 值按表1查得； —— 原油导热系数： d — 管道内径，m； g — 重力加速度，g=9.81m/s2； —定性温度下流体的运动粘度，m2/s； c—定性温度下流体的比热容， ； W—流体的流速，m/s； —定性温度下流体的密度，kg/m3； —定性温度下流体的体胀系数，由表2查得； —定性温度下流体的导热系数， ； —15℃时的油品密度，kg/m3； tf—流体平均温度，℃； tw—管道内壁平均温度，℃； 注：以上各式中参数角码“f”表示以油的平均温度ty为定性温度，角码“w”表示以管壁温度tw为定性温度。 实验证明， 在紊流状态和过渡状态时比在层流状态时要大得多，因此在紊流状态和过渡状态时，由于热阻 很小， 对总传热系数的影响可以忽略不计，总传热系数计算公式（4）可简化为： （8） 式中符号同前。 表1 2.2 2.3 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 1.0 3.2 4.0 6.8 9.5 11 16 19 24 27 30 33                           原油和油品体积膨胀系数                   表2 相对密度 相对密度 相对密度 0.73 1.151 0.83 0.845 0.93 0.632 0.74 1.130 0.84 0.824 0.94 0.612 0.75 1.108 0.85 0.803 0.95 0.592 0.76 0.997 0.86 0.782 0.96 0.572 0.77 0.974 0.87 0.760 0.97 0.553 0.78 0.953 0.88 0.739 0.98 0.534 0.79 0.931 0.89 0.718 0.99 0.516 0.80 0.910 0.90 0.696 1.00 0.497 0.81 0.888 0.91 0.674 1.01 0.479 0.82 0.866 0.92 0.653 1.02 0.462             注： 是指定性温度t下的油品密度与水在4℃时的密度之比。 外部放热系数 的计算： 埋地管道的放热系数 计算公式为： （9） 当h>4D0时， 可近似按下式计算： （10） 对埋深很浅的地下管道，必须考虑土壤与空气界面上的热阻对放热的影响，此时 应按下式计算： （11） 在（9）～（11）中： h —地面至管道中心深度，m； D0 —保温层外径（保温管）或管子外径（不保温管），m； —土壤导热系数， ；在工程计算中，如无资料时，可参照表11取值； —土壤表面至空气的放热系数，可取 =10～15 。 室外架空管道放热系数 计算公式为： （12） 在（12）式中： —大气导热系数，可从表3查得， ； D—管子外径（或保温层外径），m； Re—雷诺数， ； Wa—风速，按最冷月平均风速计算，可查附表2-2，m/s； —空气粘度，见表3，m2/s； c，n—系数，按Re值从表4查得。 在（12）式中各参数定性温度取最冷月大气平均温度。地区月平均气温见附表2-1。 大气压力为760mm汞柱的干空气物理常数    表3 温度t，℃ -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 导热系数 ×102 ； 1.82 1.89 1.96 2.03 2.10 2.16 2.23 2.30 2.37 粘度 ×106 m2/s 10.04 10.80 11.79 12.43 13.28 14.16 15.06 16.00 16.96                     系数c，n Re 5～80 80～5×103 5×103～5×104 >5×104 c 0．81 0．625 0．197 0．023 n 0．40 0．46 0．60 0．80           对室内地面管道或管沟中的管道放热系数 计算公式为： （13） 式中：ts—管道外壁温度，℃； ta—管道周围的空气温度，℃； A—系数，决定于管道外径，数值见表5。 系数A值表 D（m） 0.05 0.10 >0.20 A 1.94 1.80 1.73         单管集、输油管道温降计算图见附表一。 2、集输气管道温降计算 在不考虑节流效应的情况下,集输气管道的沿程温降可按下式计算: tx= t0+(t1- t0)e-aLx                            (14) 式中: tx —管道计算温度处的气体温度，℃； t0 —管道外部环境温度，℃； t1 —管道起点气体温度，℃； a—计算常数， K—管道总传热系数， ； —气体流道，m3/h； —气体密度，kg/m3； —气体定压比热容， ； Lx—管道起点至计算温度点距离，m。 集输气管道总传热系数K的确定： （1） 对有关数据进行实测后计算确定； （2） 无条件实测时，可按相似条件的经验确定。石油沥青绝缘管道总传热系数可参照附录六选用； （3） 对于地上输气管，其总传热系数可按下式计算确定： （15） 式中：Ts—输气管沿线外部介质温度，k； D—管道外径，mm； Wa—输气管通过地区风速，m/s。 3．集输油管道平均温度计算 已知管道起终点温度，可按下式计算管道平均温度： （16） 式中：tp—管道平均温度，℃。 t1、t2—计算管段起、终点温度，℃。 4．集输气管道平均温度计算 在不考虑节流效应的情况下，管道的平均温度按下式计算： （17） 式中：tp—管道平均温度， ℃； L—输气管长度，m； 其它符号同（14）式。 三、设备、管道保温计算 管道和圆筒设备外径大于1020mm者，可按平面计算保温层厚度；其余按圆筒面计算保温层厚度。 1．保温层厚度的计算 为减少散热损失的保温层，其厚度应按经济厚度方法计算。如计算所得出的经济厚度偏小，以致热损失超过规定的最大允许散热损失时，庆重新按许散热损失计算其保温层厚度。 （1） 保温层经济厚度的计算 最经济的保温层厚度应当使保温投资年分摊费用和年热损失费用之和为最小值。 1） 平面的保温层经济厚度计算公式 (18) 式中: —保温层厚度，m； A1—常数，按我国法定计量单位计算时，A1=1.8975×10-3； —热价，元/106kJ（元/106kcal）； —保温材料导热系数，对于软质材料应取安装密度下的导热系数，W/m·k（kcal/m·h·℃）； —年运行时间，h； t—设备、管道的外表面温度，无衬里的金属设备和管道的表面温度t取介质的正常运行温度，℃； ta—环境温度，℃；室外常年运行取历年年平均温度的平均值；季节性运行取历年运行期日平均温度的平均值。见附表2.1。室内取ta=20℃； Pi—保温结构单位造价，元/m3； S—保温工程投资贷款年分摊率，按复利计息： i—年利率（复利率）； n—计息年数，年； —保温层外表面向大气的放热系数，W/m2·k（kcal/m2·h·℃）；一般取 =11.63 W/m2·k（kcal/m2·h·℃）。 2） 圆筒面的保温层经济厚度计算公式 （19） 式中：A2—常数，按我国法定计量单位计算A2=3.795×10-3,按公制计量单位计算A2=2×10-3； D0—保温层外径，m； Di—保温层内径，m； 其余符号说明与（18）式相同。 （2） 按允许散热损失计算保温层厚度 1） 平面保温层厚度计算公式 （20） 2） 管道保温层厚度计算公式 （21） 在（20）、（21）式中： q—单位允许散热损失，平面：kcal/m2·h；管道：kcal/m·h； 关于单位允许散热损失标准，采用国标GB4272-84“设备及管道保温技术通则”中规定值（见表6、表7）。室内也可参考表8，室外也可参考表9取值。 R2—平面保温层至周围空气的放热热阻， ，m2·h·℃/ kcal，R2可查表10； R1—管道保温层至周围空气的放热热阻， ，m·h·℃/ kcal，R2可查表10； 其余符号说明同（19）式。 季节性运行允许最大散热损失表                    表6 设备、管道及附件外表温度（℃） 50 100 150 200 250 300 允许最大热损失（W/m2） 116 163 203 244 279 302 允许最大热损失（kcal/m2·h） 100 140 175 210 240 265               常年运行允许最大散热损失表                  表7