埋地管道温降计算
直埋热水供热管道热损失、沿程温降计算分析
Ａ ３ ６・
张呼 生， 等： 直埋热水供热 管道热损 失、 沿程温降计算分析
第３ ４卷
第１ 期
—
—
保护层 热 阻 ， ｍ・ Ｋ ／ ｗ
点 位置 进行 局部 开挖 ， 将保 温 管的保 护层 、 保 温层进 行 切 割露 出工作 钢管 ， 将 管壁 打磨 光亮后 涂抹 黄油 ，
同样 忽略 工作 钢管 热 阻 、 工作 钢管 内表 面热 阻 ，
取１ ． ５ ｗ／ （ ｍ・ Ｋ）
日 — —折 算 深度 ， ｍ ｄ —— 供 回水管 道 中心距 ， ｍ
— —
管 顶埋设 深 度 ， ｍ
化范 围 为 １ ２～１ ５ Ｗ／ （ ｎ ｑ ・Ｋ） ， 取
１ ３ ． ５ ｗ／ （ ｍ ・ Ｋ）
Ｏ ｔ —— 土壤 表面传 热 系 数 ， ｗ／ （ ｍ ・ Ｋ） ， 变
人， 副教 授， 硕士 ， 从事 暖通 、 给排水专 业的教学和研究 。
（ 尺 ＋ 。 。 ） （ Ｒ ＋Ｒ 。 ｉ ）一Ｒ
Ｒ ＝ Ｒ ＝Ｒｉ＋尺Ｐ Ｅ
１ 直埋敷 设供 热管道热损失计算
对 于 直埋 并 列 敷设 的供 回水 管 道 ， 应 考 虑相 互
式 中 ｑ ——供水管道单位长度的热损失 ， Ｗ／ ｍ ｔ ｓ — —供 水 温度 ， ℃
第３ ４卷
第 １期
煤 气 与 热 力
ＧＡＳ ＆ ＨＥＡＴ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ．１
２ ０ １ ４年 １月
Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ４
・
供 热 热 网与 热 力 站 ・
直埋 热 水供 热 管道 热损 失 、 沿程 温 降计 算分 析
张呼生 ， 锡 建新 ， 郭 华
地埋管计算方法
地源热泵地埋部分设计（一）管材选择及流体介质一、管材一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。
1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。
2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管.3、为了强化地下埋管的换热,国外有的提出采用薄壁（0。
5mm)的不锈钢钢管，但目前实际应用不多.4、管件公称压力不得小于1.0Mpa,工作温度应在-20℃～50℃范围内。
5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。
6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头.二、连接1、热熔联接(承接联接和对接联接，对于小管径常采用）2、电熔联结三、流体介质及回填料流体介质南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上,因此多采用水作为工作流体；北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液.(①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液;③酒精水溶液等）.埋管水温：1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7-12℃,与普通冷水机组相同。
地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。
2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。
地埋管中循环水冬季进水温度,以水不冻结并留安全余地为好,可取3—4℃.当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下,为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。
但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。
在严寒地区不得不这样做,而在华北地区的工程中用水就可满足要求,不一定要加防冻液.地温是恒定值,可通过测井实测。
埋地混输管道温降计算
摘要在自然条件十分恶劣的滩海油田开发建设过程中，油气集输系统的建设投资和运行管理费用要比常规的陆上和海上油田要高得多。
为了使滩海油田的开发更加经济有效，应采用油气多相混输技术。
多相混输技术的应用不仅可以增大油井集输管道半径，简化集输流程，降低油田建设投资，而且可以降低井口回压，提高油井产量。
所以，对多相混输技术的研究对我国海洋石油工业的发展有着深远的影响。
本文以国内外埋地混输管道温降的研究现状为入手点，通过查阅大量的相关资料，对现有学术论文及参考文献进行研究，得到埋地混输管道的温降计算公式，对公式中的相关系数给出算法，编制计算机程序，研究各种因素对温降的影响。
关键词：埋地；混输；温降；计算AbstractIn the processes of the bad desert development construction as natural condition full of oil field and sea oil field , the construction investment and the running overhead costs of the oil and gas gathering and transferring system compared the oil field on land of the normal regulations to develop is high.For making the oil field of the desert and the development of the sea oil fields more economic valid, we should adopt the oil gas to have th three phases technique.Have the three phases technical of application not only can enlarge the oil well to lose the radii at gather, simplify to lose the flow process at gather, lower the oil field construction investment, but also can lower the wellhead back pressure, raise the oil well output.So we have the profound influence towards having another the technical research of phase to the our country petroleum the development of the indrstry.This text takes covering up the ground to mix the research present condition of lose the piping at home and abroad as to commence the spot, passing the related data of check the mass, to the existing learned essays for the reference progress research, select by examinations among them the in keeping with our country data of big and parts of oil fields, carry on the analysis, be cover up the ground to mix the loss of the temperture calculation formula who lose the piping.To the related coefficient within formula give a related calculate way, counteract the procedure of calculator to carry out that calculate way, the actual engineering that make it be able to apply to correspond calculate medium.Key words：buried；three-phase；temperature drop；calculatation目录第1章绪论 (44)1.1 埋地混输管道温降研究意义 (44)1.2 国内外研究及发展状况 (45)1.3 埋地混输管道的应用领域 (47)1.4 埋地混输管道温降计算的复杂程度 (47)1.5 本文主要工作............................ 错误！未定义书签。
直埋热力管道保温材料及热损失计算分析
直埋热力管道保温材料及热损失计算分析《江西能源》肖平华1999年第01期32页摘要本文介绍了目前国内外直埋保温管道预制保温管的技术性能；并通过计算分析得出采用此类保温材料要比采用地沟敷设的常规保温材料热损失减少40%左右，而且节约投资并缩短施工周期，建议有条件的供热工程应采用预制保温管直埋敷设。
关健词直埋技术预制保温管热损失热阻前言国内外直埋技术的发展，已经有60余年的历史，早在30年代，原苏联最初采用泥作保温材料，40年代又改用浇灌泡沫混凝土作直埋管道的保温材料。
实践证明，这些保温材料吸水率大，直埋管道腐蚀严重。
50年代初的美国、丹麦和加拿大等国的各大公司研制了预制保温管，即“管中管”技术，从而使管道直埋技术发展到了一个新水平。
国内在50年代曾采用过浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷设方式，70年代开始研究沥青珍珠岩保温材料的直埋热力管，取得了很大成绩，80年代我国出现了两种新型预制保温管：一类是天津大学根据国外经研制的保温结构为“氰聚塑”型式的预制保温管；另一种是引进国外生产线的“管中管”型式的预制保温管。
目前这种型式的预制保温管已先后在天津、北京、郑州等地进行大批量生产并广泛用于城市热力管网。
2直埋预制保温管技术性能国内外部份厂家生产的预制保温技术性能(见表1)表1国内外部分厂家生产的预制保温管技术性能氰聚塑直埋保温管是用硬质聚氨脂泡沫塑料作保温材料，外部用玻璃钢作防护外壳，钢管外壁刷一层“氰凝”作防腐层。
通用型适用于120℃以下介质的热力管网。
高温型适用于250℃以下介质的热力管网，其保温材料为硅酸镁发泡聚氨脂复合保温材料，保护外壳为玻璃钢。
第二种类型是“管中管”预制保温管，其保温材料为聚氨脂硬质泡沫塑料，保护外壳为高密度聚乙烯外套管，适用于120℃以下部介质的热力管网。
3保温层厚度及热损失计算保温层厚度应根据热损失法或经济厚度计算后并经综合经济效益比较后确定。
直埋管道的设计结构如图1所示。
图1直埋保温管结构示意图1热力管2主保温层3保温层4土壤5地面直埋管道的保温计算其原理与一般保温管道相同，但一般热力管的表面散热由外界空气吸收，而直埋管道由周围土壤来吸收，一般管道属于无限空间放热，直埋管道放热与管道埋设深度有关。
天然气物性参数及管线压降与温降的计算
整个计算过程的公式包括三部分：一．天然气物性参数及管线压降与温降的计算 二．天然气水合物的形成预测模型 三．注醇量计算方法一．天然气物性参数及管线压降与温降的计算 天然气分子量标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。
∑=ii M y M(1) 式中 M —气体的平均分子量，kg/kmol ；y i —气体第i 组分的摩尔分数；M i —气体第i 组分的分子量，kg/kmol 。
天然气密度混合气体密度指单位体积混合气体的质量。
按下面公式计算： 0℃标准状态∑=i i M y 14.4221ρ (2) 20℃标准状态∑=i i M y 055241.ρ (3) 任意温度与压力下∑∑=ii ii V y M y ρ(4)式中 ρ—混合气体的密度，kg/m 3；ρi —任意温度、压力下i 组分的密度，kg/m 3； y i —i 组分的摩尔分数；M i —i 组分的分子量，kg/kmol ； V i —i 组分摩尔容积，m 3 /kmol 。
天然气密度计算公式gpMW ZRTρ= (5)天然气相对密度天然气相对密度Δ的定义为：在相同温度，压力下，天然气的密度与空气密度之比。
aρρ∆=(6) 式中 Δ—气体相对密度；ρ—气体密度，kg/m 3； ρa —空气密度，kg/m 3，在P 0=101.325kPa ，T 0=273.15K 时，ρa =1.293kg/m 3；在P 0=101.325kPa ，T 0=273.15K 时，ρa =1.293kg/m 3。
因为空气的分子量为28.96，固有28.96M∆=(7) 假设，混合气和空气的性质都可用理想气体状态方程描述，则可用下列关系式表示天然气的相对密度28.96gg ga a pMW MW MW RT pMW MW RT∆===(8) 式中 MW a —空气视相对分子质量；MW g —天然气视相对分子质量。
天然气的虚拟临界参数任何气体在温度低于某一数值时都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时，无论压力增加到多大，都不能使气体液化。
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。
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。
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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)