管道-热力计算
第3章 管道的热力计算
TZ = T0 + (TR − T0 )e − aLR
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温降曲线的特点：由图可知： ①温降曲线为一指数曲线，渐近 线为 T=T0
T TR
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 T0 处，油温高，油流与周围介质的 0 温差大，温降快，曲线陡。
L
dL
随油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此当出站温度提高 时，下一站的进站油温TZ不会按比例提高。如果TR提高10℃， 进站油温TZ一般只升高2～3℃ 。因此为了减少热损失，出站 油温不宜过高。
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常在紊流光滑区运行，摩阻与粘度的 0.25次方成正比，高温时提高温
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 ℃。 ⑶ 周围介质温度 T0 的确定 对于架空管道，T0 就是周围大气的温度。 对于埋地管道，T0则取管道埋深处的土壤自然温度。 设计热油管道时, T0取管道中心埋深处的最低月平均地 温，运行时按当时的实际地温进行计算（地温的测量 方法）。
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第一节 热油管道的温降计算
一、加热输送的特点
什么是热油管道？ 所谓热油输送管道是指那些在输送过程中沿线油温高 于地温的输油管道。对于含蜡原油管道，一般来说， 其沿线的油温不仅高于地温而且还高于原油的凝点。
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在热油沿管道向前流动过程中，由于油温高于管道周围的 环境温度，在径向温差的作用下，油流所携带的热能将不 断地向管外散失，因而使油流在前进过程中不断地降温， 引起轴向温降。 轴向温降的存在，使油流的粘度在前进过程中不断升高， 单位管长的摩阻逐渐增大，当油温降至凝点附近时，单位 管长的摩阻将急剧升高。 故在设计管道时，必须考虑：需将油流加热到多高的温度 才能输入管道？当油温降到什么温度时需要建一个加热站？ 像等温管那样，热油管也设有泵站，沿线的加热站和泵站 补充油流的热损失和压力损失。
管道的热应力计算
6、4、4波纹补偿器
横向型补偿器可吸收横向(径向)位移,主要有大 拉杆横向型、铰链横向型与万向铰链型
角向型可吸收角向位移,主要有单向角向型与 万向角向型
另外:单侧与双侧补偿;压力平衡型与压力不平 衡型;矩形与圆形
图6-7 轴向波纹补偿器使用情况 1-固定支架;2-波纹补偿器
轴向
6、4、4波纹补偿器
算方型补偿器得弹性力,确定对固定支架产生 得水平推力得大小; ⑷对方型补偿器进行应力验算。
6、4、1方型补偿器
6、4、1、1减刚系数:弯管刚度降低得系数
K h 1.65
弯管尺 寸系数
(当h≤1)
h
R
rp2
K 1 12h2 (当h＞ 1) 10 12h2
rp
Dw
2
6、4、1、2方型补偿器值得确定方法
⑴额定许用应力 。它取决于管材得强度特性,它 就是应力验算中最基本得一个许用应力值。常用钢 管额定许用应力见表6-2
⑵许用外载综合应力 w 。在热力管道强度计算中, 如只考虑外部荷载引起得综合应力,则不应大于规 定得许用外载综合应力值 。w
w 0.87
1.2
zs
2
zs
PDw s C 2s C
主要包括得应力有:
– ⑴由于管道内得流体压力(简称内压力)作用所产生 得应力;
– ⑵管道在外部荷载作用下所产生得应力。 – ⑶供热管道由于热胀与冷缩所产生得应力。
应力验算:计算供热管道在各种负荷得作用下所产生
得应力,校核其就是否超过管材得许用应力
许用应力分类:
许用应力分为:额定许用应力 [;外] 载许用综合应 力 ;许w 用合成应力 与许h 用补偿弯曲应力 等。 bw
管道的热应力计算
供热管道热损失计算
序管道内径d n 热媒到管内壁放热系数αn 热媒到管内壁热阻R n号（m ）（W/m 2·℃）（m·℃/W ）10.53000.002120.453000.002430.43000.002740.353000.003050.33000.003560.253000.004270.23000.005380.153000.0071管道内径d n 管道外径d w管材的导热系数λg管壁热阻R g（m ）（m ）（W/m·℃）（m·℃/W ）10.50.53480.0001920.450.48480.0002130.40.43480.0002140.350.38480.0002550.30.33480.0002760.250.27480.0003070.20.22480.0003080.150.16480.00015序管道外径d w 保温层外表面直径d z 保温材料导热系数λb保温材料热阻R b 号（m ）（m ）（W/m·℃）（m·℃/W ）10.530.640.0330.884320.480.590.0330.966130.430.530.033 1.075840.380.480.033 1.209550.330.440.033 1.417860.270.390.033 1.667270.220.300.033 1.560280.160.240.033 2.0519序地表面到管中心线管材导热系数λt土壤放热系数αk 管子折算埋深H 号埋设深度h （W/m·℃）（W/m 2·℃）（m ）（m ）11.23 1.512.73备注热媒到管内壁热阻计算序号备注管壁热阻计算备注保温材料热阻计算备注管道埋深折算2 1.2 1.51 2.703 1.08 1.51 2.584 1.05 1.51 2.5550.93 1.51 2.4360.9 1.51 2.4070.76 1.51 2.2680.73 1.51 2.23序保温层外表面直径d z 管材导热系数λt 土壤热阻R t号（m ）（W/m·℃）（m·℃/W ）1 2.730.64 1.50.3022 2.700.59 1.50.3093 2.580.53 1.50.3144 2.550.48 1.50.3235 2.430.44 1.50.3296 2.400.39 1.50.3417 2.260.30 1.50.36082.230.24 1.50.384管子折算埋深H 双管距离b 管材导热系数λt 双管并行时附加热阻R c （m ）（m ）（W/m·℃）（m·℃/W ）12.730.2 1.50.3512 2.700.2 1.50.3503 2.580.2 1.50.3454 2.550.2 1.50.3445 2.430.2 1.50.3396 2.400.2 1.50.3377 2.260.2 1.50.33182.230.21.50.330序热媒到管内壁热阻管壁热阻保温材料热阻土壤热阻供热管道总热阻号R n R g R b R t R i 10.00210.000190.88430.302 1.188220.00240.000210.96610.309 1.277630.00270.00021 1.07580.314 1.393140.00300.00025 1.20950.323 1.536150.00350.00027 1.41780.329 1.750960.00420.00030 1.66720.341 2.012570.00530.00030 1.56020.360 1.926380.00710.000152.05190.3842.4427备注供热管道（供、回水段）总热阻计算供热一次网供水段管道单位长度热损失计算管子折算埋深H （m ）备注土壤热阻计算序号备注双管并行时的附加热阻计算序供水回水土壤地表总热阻R i 附加热阻R c 单位长度号温度t 1温度t 2温度t d·b （m·℃/W ）（m·℃/W ）耗热损失q供水（℃）（℃）（℃）（W/m ）112060-5.1 1.18820.35197.62212060-5.1 1.27760.35090.77312060-5.1 1.39310.34583.34412060-5.1 1.53610.34475.75512060-5.1 1.75090.33966.75612060-5.1 2.01250.33758.38712060-5.1 1.92630.33160.93812060-5.12.44270.33048.50序供水回水土壤地表总热阻R i 附加热阻R c 单位长度号温度t 1温度t 2温度t d·b （m·℃/W ）（m·℃/W ）耗热损失q 回水（℃）（℃）（℃）（W/m ）112060-5.1 1.18820.35125.94212060-5.1 1.27760.35026.09312060-5.1 1.39310.34526.08412060-5.1 1.53610.34425.42512060-5.1 1.75090.33924.26612060-5.1 2.01250.33722.56712060-5.1 1.92630.33123.32812060-5.12.44270.33020.10序热网分段供水段回水段一次网输送热损失小计Q 0号计算长度L （m ）热损失Q 0供水（k W ）热损失Q 0回水（k W ）（kW ）167597.6225.9465.8917.5183.40287590.7726.0979.4222.83102.25390083.3426.0875.0023.4898.48457575.7525.4243.5614.6258.175245066.7524.26163.5559.45223.006245058.3822.56143.0355.27198.30767560.9323.3241.1315.7456.87875048.5020.1036.3715.0851.45647.96223.97871.93745.15257.571002.72回水段单位长度耗热损失q 回水（W/m ）小 计考虑直埋管道散热损失附加系数0.15后，热损失合计供热一次网热力输送损失计算供热一次网回水段管道单位长度热损失计算供水段单位长度耗热损失q 供水（W/m ）项目实物量（GJ ）比例项目实物量（GJ ）比例采暖需要量2997730.1598.58%换热站损失29977.30.99%一级网损失13168.520.43%449.309902总供热量3040875.97100.00%总面积指标总功率负荷(m 2)（W/m 2）(kW)系数1单系统换热站（15座）2294.2549.1836480.752双系统换热站（11座）3045.35412.1836480.753三系统换热站（5座）180847.2336480.754合计7147.628.59运行数量（台）循环泵3061800.80.75补水泵0.756 4.50.80.7515万平方米循环泵5594950.80.75（9座）补水泵1.5913.50.80.7520万平方米循环泵3082400.80.75（4座）补水泵0.75860.80.7525万平方米循环泵3762220.80.75（3座）补水泵1.16 6.60.80.7530万平方米循环泵5584400.80.75（4座）补水泵1.58120.80.7535万平方米循环泵3762220.80.75（2座）补水泵1.16 6.60.80.75循环泵4562700.80.75补水泵 1.5690.80.75循环泵7532250.80.75补水泵 2.236.60.80.75合计2358.8总供热量3040876100%序号项目年工作时间(h)换热站类型设备名称单机功率（kW ）运行功率（kW ）需要系数负荷系数10万平方米（640万平方米（250万平方米（11建筑物照明电力能耗7.829.6125.102主要用电设备498.7612.901600.833输电线路损耗10.1312.4532.52516.65634.961658.45设备名称2460.825541560.810944490.8255427.590.810942480.825541580.8109429.660.8255418.560.810944480.8255427.580.8109429.660.8255418.560.810943660.8255422.560.810946030.8255437.530.810949 合计年用电量（万kW •h ）折标准煤当量值(tce)折标准煤等价值(tce)年用电时间（h)需要系数总用电能耗合计序号额定功率（kW ）运行台数（台）序号用电内容1循环水泵2循环水泵3循环水泵4循环水泵5循环水泵6循环水泵循环水泵8循环水泵30303755374575实际运行功率（kW）5570.056380330.064538520.06297480.074312030.080042710.090936990.090754360.04561051保温层厚度0.05320.18326653.20.05320.20021653.20.05320.22295653.70.05370.25066655.50.05550.29381756.50.05650.3455141.80.04180.3233441.60.04160.4252268.5930122872.839868.53462717.12764 2.8406939.2087312483.80073119.15427418.36301 2.9103389.6919609392.93410679.64023419.33219 2.96177210.5284889109.84907810.4808921.00938 3.04496911.146789123.25090511.1018422.24863 3.1022812.409514152.99603712.3691624.77867 3.209983 14.9372108222.12026814.903729.84091 3.39588 18.5678601343.76542918.5409137.10877 3.61385327.3746.2927.31831 3.3075572773027.01851 3.29652225.8666.6425.81937 3.25112525.5651.2525.5196 3.23944724.3591.4924.32057 3.1913222457724.02082 3.17892122.6511.7622.62211 3.11892822.3498.2922.32241 3.105591备注125.1148.642565.122.85796125.7845 1.288508125.1159.831965.122.7817137.0502 1.509883125.1174.27865.122.46797151.81 1.821639125.1192.162165.122.38726169.7749 2.241245125.1219.03765.122.05468196.9824 2.950862125.1251.764765.121.96898229.7957 3.936303125.1240.983465.121.55437219.429 3.601108125.1305.58465.121.46221284.1218 5.858183备注77.3511143.925233.42591 1.28850883.1739343.7786639.39528 1.50988390.6914343.1757747.51566 1.82163999.9980543.0206856.97737 2.241245113.983342.3815771.60173 2.950862131.014242.2168888.79734 3.936303125.403841.4201683.98368 3.601108159.020941.24304117.7779 5.858183135017501800115049004900135015001022.82548449.309902折标煤（当量）2.51 3.093.33 4.101.98 2.437.829.61364839.4018240.493648108.351824 1.48364852.5318240.66364848.5918240.72364896.311824 1.31364848.5918240.72364859.1018240.98364849.2518240.72509.20年运行时间（h ）年耗电量(万kWh)年用电量29.42307.883080.915521.665539.233010.503036.29379.713771.925519.255536.29379.713744.134511.824536.78759.8575475.35年用电量（万kWh）。
热力管道水力计算表
热力管道水力计算表（一）K d=0。
5mm r=958.4kg/m3
热力管道水力计算表（二）
3
热力管道水力计算表(三）
3
热力管道水力计算表(四)
3
热力管道水力计算表(五）
3
热力管道水力计算表(六）
3
热力管道水力计算表（七）
3
热力管道水力计算表（八）
3
热力管道水力计算表（九) K d=0。
5mm r=958。
4kg/m3
热力管道水力计算表（十)
3
热力管道水力计算表(十一）
3
热力管道水力计算表(十二）
3
热力管道水力计算表（十三）
3
热力管道水力计算表（十四)
3
热力管道水力计算表（十五）
3
热力管道水力计算表（十六)
3
热力管道水力计算表（十七）
3
热力管道水力计算表（十八）
3。
管道总传热系数计算
KD e1 1i D n 2D WI2 L D L(1-1 )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1C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：式中：K ――总传热系数，W/( m2C)；D e ――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)；D n ――管道内直径，m；D W ------- 管道最外层直径，m;1――油流与管内壁放热系数，W/(m2C)；2---- 管外壁与周围介质的放热系数，W/(m2C)；i ――第i层相应的导热系数，W/(m・C )；D i，D i 1 ――管道第i层的内外直径，m其中i 1,2,3...n ；D L结蜡后的管内径，m为计算总传热系数K ,需分别计算内部放热系数1、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1的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用2 o1与放热准数N u、自然对流准数G r和流体物理性质准数P r间的数学关系式来表示在层流状态(Re<2000,当Gr Pr 500时:INu y —ld 3.65(1-2)15 C 时的原油密度，kg/m 3；在层流状态(Re<2000,当Gr Pr 500时：― id c 0.33 f 0.43 — 0.1Nu y 一 0.15Re y Pr y Gr y0.25Pr b在激烈的紊流状态(Re>1(4), Pr<2500时:0.80.440.021dRe y Pr y0.25Pr y Pr b在过渡区(2OOOvRev1(0)1= K 0 —d式中：N u ——放热准数，无因次;p 「b(1-3)Pr C—— ——流体物理性质准数，无因次;Gr d 3g t f t自然对流准数，无因次;(1-6)0.1 〜0.16(1-7)Re vd乎—雷诺数;K 。
管子传热量计算公式
管子传热量计算公式热传导是热力学中的一个重要概念，它描述了热量如何在物体之间传递。
在工程领域中，热传导的概念被广泛应用于管道传热的计算中。
管道传热是指通过管道将热量从一个地方传递到另一个地方的过程。
在这个过程中，我们需要计算管道的传热量，以便设计合适的管道系统来满足特定的热传导需求。
管子传热量的计算公式是一个重要的工程工具，它可以帮助工程师们准确地计算管道传热量，从而设计出高效的管道系统。
在本文中，我们将介绍管子传热量的计算公式，并讨论如何应用这些公式来解决实际的工程问题。
管子传热量的计算公式通常包括两个主要部分，传热系数和温度差。
传热系数是描述管道内部热传导能力的参数，它取决于管道材料的热导率、管道壁的厚度以及管道表面的热传导性能。
温度差则是描述管道两端温度差异的参数，它取决于管道内部的热源和热汇。
通过这两个参数的计算，我们可以得到管子传热量的准确值。
传热系数的计算通常涉及到管道的材料和结构，以及管道表面的热传导性能。
对于不同材料和结构的管道，传热系数有所不同。
一般来说，金属管道的传热系数要高于非金属管道，因为金属具有更好的热导率。
此外，管道的表面处理也会影响传热系数，比如表面光洁度和表面涂层都会对传热系数产生影响。
温度差的计算通常涉及到管道两端的温度差异。
在实际工程中，我们需要测量管道两端的温度，并计算出温度差。
温度差越大，管子传热量就越大。
因此，在设计管道系统时，我们需要合理控制管道两端的温度差，以满足特定的热传导需求。
管子传热量的计算公式可以用来解决各种实际的工程问题。
比如，在工业生产中，我们需要设计高效的管道系统来传递热量，以满足生产过程中的热传导需求。
在建筑领域中，我们需要设计供暖系统和制冷系统来满足建筑物内部的热传导需求。
在能源领域中，我们需要设计输油管道和输气管道来传递能源，以满足能源的输送需求。
在环保领域中，我们需要设计废热回收系统来回收工业生产过程中的废热，以减少能源消耗和环境污染。
《供热工程》供热管道的应力计算与作用力计算
安定性分析方法
该理论进行应力分类，温度应力的强度条件为不出现循环塑 性变形的安定性条件
反映了钢材塑性变形和破坏的关系，充分利用了钢材的潜力 对于运行温度在85～150oC 的直埋管道，直管段一般可不设 置补偿器，也不预热
当固定支座设置在两个不同管径间的不平衡轴向力：
Pch PF1 F2
N
当固定支座设置计 对在波算有纹截管面堵补积板偿，的器对端，于头F套为筒、波补或纹偿有管器补弯，偿F器为的以有套效筒面补积偿，
管以及阀门的管器 近段外 似，套 以管 波内的 纹压内 半产径 波生为 高的直 为径 直轴计 径向算 计力的算：圆出面的积圆Pn面积PF
管道中因温度变化产生热胀变形，热胀变形不能完全释放， 产生了较大的轴向力和轴向应力，属于二次应力 如果二次应力超过了极限状态，管道只会产生有限的塑性交 形，但会造成钢管内部结构一定程度的损伤；循环往复的塑 性变形会使管道发生破损
15.3.2 直埋热水管道的荷载
土壤轴向摩擦力
轴向摩擦力的计算
F 管道g单位土H长土壤度壤密轴摩度D2向擦管，k 摩系顶kDg擦数覆／k力，土管m，与深道3N管度保/道，m护N保m层/护的m层外材径质，和m回填土类型有关
15.3.2 直埋热水管道的荷载
温度
管道工作循环最高温度(T1)取用室外供暖计算温度下的热网 计算供水温度
管道工作循环最低温度(T2)，对于全年运行的管网取30oC ； 对于只在供暖期运行的管网，取10 oC
计算安装温度(T0)，对于冷安装取安装时当地可能出现的最 低温度；对于预热安装取预热温度
L
L1
管道热力补偿计算
碳钢
二、推力与应力计算
输入参数 推力系数 Kx 11.6 弯曲应力系数 Kb Ky 11.6 扭转应力系数 Kt Kz 0 温度系数 C 0.7 管子断面惯性矩 I cm4 两固定点间距离 U m 39.59 直角立体管道高度H m 0 管道外径 cm 21.9 平面管道计算 固定点推力 x轴方向 N y轴方向 N 管道弯曲应力 Mpa 合力 N 直角立体管道 x轴方向 N y轴方向 N z轴方向 N 管道弯曲应力 MPa 管道扭转应力 Mpa 合力 N 291 0 2294
中间数据 说明 cm 6.5 7.3 管道外径 Mpa 1.3 ℃ 194 cm/m.℃ 12.16 查表 m 11.3 37.3 a1.a2的和 m 26 1391.29 和的平方 m 3 9 平方 m 37.420449 m 40.3 cm 7.8920832 62.284977 平方 cm 5.501184 30.263025 平方 cm 9.62018725 7.54131912 可以
碳钢
L 形 管 道 补 偿 计 算
管材 管系公称直径 设计压力 设计温度 线膨胀系数α ×10－4 管道a长度 管道b长度 两直线点距离 管道总长 x方向膨胀量 y方向膨胀量 总膨胀量 计算系数 自然补偿
碳钢 cm Mpa ℃ cm/m.℃ m m m m cm cm cm
中间数据 说明 20 21.9 管道外径 1.4 195 12.165 查表 28 784 平方
28 784 平方 39.5979797 56 5.96085 35.531733 平方 5.96085 35.531733 平方 8.42991491 0.62669827 可以
Z 形 管 道 补 偿 计 算
管材 管系公称直径 设计压力 设计温度 线膨胀系数α ×10－4 管道a1长度 管道a2长度 管道b长度 两直线点距离 管道总长 x方向膨胀量 y方向膨胀量 总膨胀量 计算系数 自然补偿
管道总传热系数计算
1管道总传热系数管道总传热系数就是热油管道设计与运行管理中得重要参数。
在热油管道稳态运行方案得工艺计算中，温降与压降得计算至关重要，而管道总传热系数就是影响温降计算得关键因素，同时它也通过温降影响压降得计算结果。
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得热量，它表示油流至周围介质散热得强弱。
当考虑结蜡层得热阻对管道散热得影响时，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 a a l l -+轾骣犏琪桫犏=+++犏犏犏臌å （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得平均值，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——管外壁与周围介质得放热系数，W/(m 2·℃)；i λ——第i 层相应得导热系数，W/(m·℃)；i D ，1i D +——管道第i 层得内外直径，m ，其中1,2,3...i n =；L D ——结蜡后得管内径，m 。
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得导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境得放热系数2α。
（1）内部放热系数1α得确定放热强度决定于原油得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 与流体物理性质准数r P 间得数学关系式来表示[47]。
在层流状态（Re<2000），当Pr 500Gr <g 时：1 3.65y d Nu a l== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当Pr 500Gr >g 时： 0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr a l 骣琪==鬃琪桫（1-3） 在激烈得紊流状态（Re>104），Pr<2500时： 0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y y b d l a 骣琪=鬃琪桫 （1-4）在过渡区(2000<Re<104)（1-5）式中：u N ——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；0(Re )f K f =——系数；d ——管道内径，m ；g ——重力加速度，g ＝9、81m/s 2；υ——定性温度下得流体运动粘度，m 2/s ；C ——定性温度下得流体比热容，J/(kg·K)； v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下得流体密度，kg/m 3；β——定性温度下得流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：（1-6）f λ——定性温度下得流体导热系数，原油得导热系数f λ约在0、1～0、16 W/(m ·K)间，随温度变化得关系可用下式表示：（1-7）15f ρ——l5℃时得原油密度，kg/m 3；f t ——油(液)得平均温度，℃；b t ——管内壁平均温度，℃；204d ——20℃时原油得相对密度。
管道的换热
架空管道：在外界环境处于最高状态时，管外环境与管外壁的换热量qo，包括以下五方面的热量交换：①太阳对管道的辐射热量qr1：假定太阳辐射强度为一定值，取1327.9 ( W/m2 )；②天空对管道的辐射热量qr2，将天空有效辐射温度设为0℃[8]，辐射角系数为：X12=0.5，X21=0，X12指管道对天空的角系数，而X21指天空对管道的角系数。
③地面（或河面）对管道的辐射热量qr3：辐射角系数为：X13=0.5，X31=0，X 13指管道对地面（或河面）的角系数，而X31指地面（或河面）对管道的角系数；④管道向周围环境的辐射散热qr4；⑤管道与周围空气的对流换热qc：由于空气流动将有利于管段的散热，因此，为求解管道温度场的极端情况，则计算周围空气不流动，即无风的极端情况，这样，管段外壁与周围空气之间就是自然对流换热。
管道横截面热力分析示意图具体计算公式分别为：式中：qsun——太阳辐射强度，α——管道表面吸收率l ——管道长度，mε——管道表面黑度ε′——地面（或河面）的表面黑度t′——地面（或河面）的表面温度，Kαo——空气与管道外壁的平均换热系数，tair——周围空气温度，K在外界环境处于最低状态时，管外环境与管外壁的换热量qo，则包括以下两方面的热量交换：①与周围空气的对流换热量q：这时由于空气流动，将导致管道外壁温的c进一步下降，因此，为求解管道温度场的极端情况，则计算冬季夜晚有风的情况下，管道与周围空气间的强迫对流换热量；：在这里，将夜空看作-70℃的黑体[9]与管道②夜空与管道的辐射换热量qr进行辐射换热。
上述两项公式分别为：埋地管道：埋地管道又根据埋设方式的不同，分为直埋（外无套管）、直埋（外有套管）和地沟敷设三种：①直埋（外无套管）：管道外壁与周围土壤直接接触，管内、外壁间的传热量由所接触的土壤通过热传导的方式传递到外界；②直埋（外有套管）和地沟敷设：在这两种埋设方式下，管道外壁不再和周围土壤直接接触，管内、外壁间的传热量首先传给了管外壁与套管（或地沟）内壁间的夹层空气，通过该层空气的对流传导作用，将热量传递给套管（或地沟），再由套管（或地沟）与周围土壤通过热传导的方式将热量传递到外界。
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名称 一) 1 2 3 4 5 5 6 7 7 原始数据 BMCR时抽汽流量 压力 温度 管材 管道规格 直管内径 比容 管内流速 允许流速 符号 单位
低温再热蒸汽管道管径壁厚计算
依据 一段(P11) 一段(12Cr1MoV) 二段
17:21
2016/10/8
三段(P11)
116.198 1.282 373.9 St45.8/III 457.2*6.3 444.6 0.2283 47.46369284 35~60
94.811 0.474 251.1 Q235－A 630*8 614 0.5021 44.65890634 35~60
59.811 0.474 251.1 Q235－A 529*7 515 0.5021 40.04540625 35~60
17:21
2016/10/8
七段（两根） Do630x8 以下未计算 最小壁厚 0.13 0.14 0.14 0.16 12.50 0.143 0.02 0.16
Do325x13 Do325x13 500 299 Do323.9*8.4 （A335P11)
Do660.4x6.3 Do660.4x6.3 1000 647.8 Do609.6*6.35 （A672 B70 CL32）
t
d
]
2
t
dh
[
]
-
t
t
h
p
a
a
Di+2*Smi
9.45 263.50 273.00 9.79 12.50 0.143 1.40 11.19
7.39 269.78 273.00 7.48 12.50 0.143 1.07 8.54
6.46 269.91 273.00 6.53 15.00 0.176 1.15 7.68
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11 取用管子规格
四) 弯管壁厚计算 弯管弯曲半径值 1 >=6倍管子外径 2 5倍管子外径 3 4倍管子外径 4 3倍管子外径 11 壁厚允许负偏差 12 直管壁厚负偏差系数 13 壁厚负偏差值 14 计算壁厚 五) 计算结论
三段(P11) Do323.9x8.4 以下未计算 最小壁厚 5.23 5.32 5.62 6.16 12.50 0.143 0.80 6.42
低温再热蒸汽管道管径壁厚计算
单位 依据 mm 参照 MANNESMANN 管子规格表 一段(P11) Do273x14.2 以下未计算 最小壁厚 10.38 10.58 11.16 12.24 12.50 0.143 1.59 12.76 一段(12Cr1MoV) Do273x9 以下未计算 最小壁厚 7.93 8.07 8.52 9.35 12.50 0.143 1.22 9.74 二段 Do273x8 以下未计算 最小壁厚 6.92 7.05 7.44 8.16 12.50 0.143 1.06 8.51
Do630x8 Do630x8 950 614
Do529x7 Do529x7 800 515
Do630x8 Do630x8 950 614
Do630x8 Do630x8 950 614
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再热冷段
托克托二期2X600MW工程
低温再热蒸汽管道管径壁厚计算
备注
17:21
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58.343 0.259 185.1 Q235－A 630*8 614 0.8037 43.98877418 35~60
60.431 0.128 117.3 Q235－A 820*9 802 1.3853 46.03103665 35~60
2.655 489.26
1.312 388.05
1.312 388.05
154.611 6.827 401.5 12Cr1MoV 273*9 255 0.0412 34.67122929 35~60
130.093 4.258 335.5 20 273*8 257 0.0614 42.77124877 35~60
87.809 2.503 473.3 A335 P11 323.9*8.4 307.1 0.1345 44.28917186 35~60
表压
按内径管计算,验算 外径管
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再热冷段
托克托二期2X600M
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再热冷段
1.312 388.05
1.312 388.05
0.423 262.78
0.423 262.78
0.187 195.56
0.043 126.45
121.222 0.4208 1 0
106.8883929 0.4 1 0
89.9875 0.4 1 0
87.673 0.4 1 0
87.673 0.4 1 0
196.198 1.282 373.9 A672 B70 CL32 660.4*6.3 647.8 0.2283 37.74978453 35~60
116.198 1.282 373.9 20 480*14 452 0.2283 45.92229371 35~60
196.198 1.282 373.9 St45.8/III 660.4*6.3 647.8 0.2283 37.74978453 35~60
二) 部分参数及规定 1 设计压力 2 设计温度 三) 直管壁厚计算结果
P T
Mpa 管规 ℃
7.412 416.53
7.412 416.53
4.799 355.37
2.655 489.26
D i
=
594 . 7
G v w
1 2 3 4
设计温度下的许用应力 温度对壁厚的修正系数 许用应力修正系数 附加厚度
4.89 657.58 660.40 4.91
3.36 451.31 457.20 3.40
1.31 616.63 630.00 1.34 12.50 0.143 0.19 1.53
1.10 517.20 529.00 1.13 12.50 0.143 0.16 1.29
0.55 615.10 630.00 0.57 12.50 0.143 0.08 0.65
0.16 802.32 630.00 0.13 12.50 0.143 0.02 0.14
0.30 4.33
0.30 3.78
0.30 5.21
0.30 3.70
13.00
6.30
14.00
6.30
6.30
8.00
7.00
8.00
8.00
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再热冷段
托克托二期2X600MW工程
三段(12Cr1MoV) Do325x13 以下未计算 最小壁厚 3.74 3.81 4.02 4.41 12.50 0.143 0.57 4.60 四段(母管） Do660.4x6.3 以下未计算 最小壁厚 4.28 4.36 4.60 5.04 12.50 0.143 0.66 5.26 四段（至除氧器） Do480x14 以下未计算 最小壁厚 3.69 3.76 3.97 4.35 12.50 0.143 0.57 4.53
86.09921429 0.4208 1 0
Sm=
5 按内径管计算最小壁厚 6 外径 7 取用外径(暂取) 8 11 12 13 14 按外径计算最小壁厚 壁厚允许负偏差 直管壁厚负偏差系数 壁厚负偏差值 计算壁厚
[d ] ha+ 2Ypa pD i +2
p D 2 i ( [ +
S
m
=
2([d ] h - p + pY)
G t/h VWO工况热平衡图 P1 Mpa(a) T1 ℃ / / DoXS mm Di mm v m3/kg w m/s 353668.09*G*v/Di2 w m/s 管规
154.611 6.827 401.5 A335 P11 273*14.2 244.6 0.0412 37.68223863 35~60
低温再热蒸汽管道管径壁厚计算
四段(母管） Do660.4x6.3 以下未计算 最小壁厚 5.21 5.31 5.60 6.14 12.50 0.143 0.80 6.40 四段（至除氧器） Do457.2x6.3 以下未计算 最小壁厚 3.60 3.67 3.88 4.25 12.50 0.143 0.55 4.43 五段(母管） Do630x8 以下未计算 最小壁厚 1.42 1.45 1.53 1.68 12.50 0.143 0.22 1.75 五段（至5＃低加） Do529x7 以下未计算 最小壁厚 1.20 1.22 1.29 1.41 12.50 0.143 0.18 1.47 六段 Do630x8 以下未计算 最小壁厚 0.60 0.61 0.64 0.71 12.50 0.143 0.09 0.74
110.166 0.4 0.9 0
110.166 0.4 0.9 0
115.6036522 0.4 0.9 0
118.908913 0.4 0.9 0
3.32 305.63 325.00 3.53 12.50 0.143 0.50 4.03
4.01 655.81 660.40 4.03
3.32 458.65 480.00 3.48
m A1 C Sc
mm mm mm mm mm % mm mm
供弯管弯制用的直管最小壁厚 1.06Smo 1.08Smo 1.14Smo 1.25Smo A=m/(100-m) C=Asm Sc=Sm+C
1 选用直管规格 2 静力计算用管子规格
3 静力计算用管子弯头弯曲半径 5 管子内径 Diq mm mm
六）一期管子规格及材料