3.2热油管道的压降计算详解
3.1热油管道的温降计算详解
目前我国所产原油大多为易凝和高粘原油。这两种原油的凝 点高，常温下的粘度大，有些油品还含有较高的石蜡、胶质 等，俗称“三高”油品——高凝点、高含蜡、高粘度。 含蜡原油的特点是含蜡量高、凝固点高、低温下粘度高、 高温下粘度低。如大庆原油，凝固点为28~32℃，50℃运动 粘度约为20~25×10-6m2/s，胜利含蜡原油的凝固点为23~32℃， 50℃运动粘度约为80~90×10-6m2/s。 稠油的特点是凝固点低，通常低于0℃，但粘度很大，如 孤岛原油凝固点为-2.3~4.9℃，50℃运动粘度约为2000×106m2/s。除此之外，还有粘度超过20000×10-6m2/s，甚至于高 达1000000×10-6m2/s的超稠油。
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设有一条热油管道 ，管道计算外径为 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TR，输至距离 L时的温度TL 。 在距加热站为L处取一微元段dL，设此处断面油温为T，油 流经过dL段的温度变化为dT，故在L+dL断面上油温为T+dT， 稳定传热时，dL段上的热平衡方程为： KπD (T-T0)dL=－GCdT
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输油管道设计与管理
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易凝高粘原油的输送方式
常温输送 采用物理、化学等方法（加降凝减阻剂、热处理、稀释、 与表面活性物质水溶液混输、液环输送、热分解等）使油 品性质改变，降粘、降凝，以实现不加热输送。 加热输送 即将油品加热后输入管路，提高油品温度以降低其粘度， 减少摩阻损失，借消耗热能来节约动能。 可以分为加热站加热和伴随加热（蒸汽伴热、电伴热， 主要用于油田内部集输管道和短管道），加热输送是目前 最常用的方法。
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管道压降计算范文
管道压降计算范文1.确定管道参数：首先需要确定管道的直径、长度和壁厚等参数。
这些参数将直接影响管道的摩阻和阻力损失，从而影响管道的压降。
2.确定流体参数：在进行管道压降计算时，还需要确定流体的密度、黏度和流速等参数。
这些参数将用于计算流体在管道中的雷诺数和摩阻系数等。
3.计算管道摩阻：管道摩阻是指由于流体与管壁之间的摩擦所引起的损失。
常见的管道摩阻计算方法有丹肯方程、克里金方程等。
根据流体参数和管道参数，可以计算出管道摩阻系数。
4.计算管道阻力：管道阻力是指流体在管道内流动时所遇到的阻力。
通常采用达西方程或者哈根-泊伊塔姆公式来计算管道阻力。
5.计算管道压降：根据以上的计算结果，可以计算出管道的压降。
管道压降是指流体在管道中流动过程中所产生的压力损失，通常用压降系数来表示。
根据管道摩阻系数和管道阻力系数，可以计算出管道压降。
6.判断压降是否满足要求：最后需要确定管道的压降是否满足工程要求。
通常要求管道的起止点之间的压力差不超过一定的范围，以保证流体的流量和所需的压力。
如果计算得到的压降超过了要求的范围，可能需要重新调整管道参数或者采取其他措施。
需要注意的是，管道压降计算中考虑的因素非常多，如黏性阻力、局部阻力、弯头和管道接口等，这些因素都会对压降产生影响。
在实际工程中，需要结合具体情况进行计算和分析，以确保计算结果的准确性和可靠性。
总的来说，管道压降计算是工程设计中非常重要的一部分，合理的管道压降计算可以保证输送流体过程中的流量和压力的稳定性，从而保证工程的正常运行。
通过合理的管道参数选择和流体参数确定，可以有效地减少压降带来的压力损失，提高输送效率。
在实际工程中，根据具体情况和工程要求进行综合考虑和分析，选择最合适的管道压降计算方法，将能够获得最佳的计算结果。
管内压降的计算公式
管内压降的计算公式
管内压降的计算公式可以根据不同的流体和管道条件有所不同。
以下提供两个公式，可根据具体情境选择合适的公式进行计算：
1. 达西公式：用于计算流体在圆管中的压降，其公式为：ΔP = λ× L × (V^2/2g) × (πD^4/8Q^2)。
其中，ΔP为压降，λ为管道摩擦系数，L为管道长度，V为流速，g为重力加速度，D为管道直径，Q为流量。
2. 普威尔公式：用于计算流体在管道中的压降，其公式为：ΔP = f × (L/D) × (V^2/2g)。
其中，ΔP为压降，f为摩擦系数，L为管道长度，D为管道直径，V为流速，g为重力加速度。
以上信息仅供参考，如需更准确的公式或使用条件，建议咨询物理学或流体力学专家。
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 dxdP P h dx dT T h T p -=++⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂θsin 忽略高差和速度变化的影响，则： dx dQ dx dPP h dx dT T h Tp -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ 另外由热力学知识可知：h p T P T T h P h ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂因此：dx dQ dxdPP T T h dx dT T h h p p -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 由于： P p C T h =⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ i hD 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： ()dT C dp D C dx MT T D K P i P -=-0π令 PMC DK a π=， 则：()()dxdpD T T a dx T T d i=-+-00 非齐次线性微分方程的通解为：dx e dxdp D e Ce T T axi ax ax ---⎰+=-0由于: 0=x 时，Q T T =，所以：()dx e dxdp e D e T T T T axax i ax Q ---⎰+-+=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：PGC DK a π=适用于流速低、温降大、摩阻热影响较小的情况下。
工学第四章油品加热与热力管道计算
第四章 油品加热与热力管道计算
§4.2油品加热起始温度和终了温度
1、加热是为了输送油品终了温度。 2、高于凝固点5℃～10℃。 3、燃料油杂质水份分离，使油品温度达到1c㎡/s的温度。 4、燃料油作为锅炉燃料时，加热温度依喷嘴对油品的粘
度要求而定。 5、润滑油沉降脱水脱杂质时，终了温度80 ～85℃，不
超过95 ℃，因为重油含水达到100 ℃时起泡，防突沸 现象。
第四章 油品加热与热力管道计算
§4.2油品加热起始温度和终了温度
二、油库中的油品一般不会冷却到凝固状态，所以只研究 冷却过程。
在单位时间d内，油品冷却了dt度，散失的热量为dQ dQ=-Gcdt y
则散失到大气中的热量为dQ dQ=KF(t y -t j )d
bi 罐壁的导热系数，w m.C;
罐壁的厚度，m; bi
罐壁至周围介质的外部放热系数，w
a m 2bi
2 .C;
罐壁至周围介质的辐射放热系数，w
a m 3bi
2 .C;
第四章 油品加热与热力管道计算
§4.3油罐加热器的结构和计算
a 1bi
y
h
(Gr.Pr)n
a 2bi c
qi
式中： G ? —油品质量，Kg C——油品的比热容，J/Kg.C K ——总传热系数，w/m2.C F ——容器的总面积，m 2 t y ——油品的温度， C t j ——周围介质温度， C
——时间，s
第四章 油品加热与热力管道计算
§4.2油品加热起始温度和终了温度
假设条件： ①油品温度均匀一致 ②无蜡析出 ③K=c（常数） ④热容c=常数
Nu ad 努谢尔特准则。反应对流换热的强度
Re Vd 雷诺方程。反应粘滞性流体强制运动的流态
供热管网压降温降计算
1.1.1 压降、温降计算公式根据《动力管道手册》压降计算公式：)(10)(10215.11232H H Ld L d w p -++⨯=∆ρλρ式中：1.15——安全系数；p ∆——介质沿管道内流动总阻力，Pa ；L ——为管道直线长度m ；Ld ——为管道局部阻力当量长度m ；W ——蒸汽管道平均流速m/s ；d ——管道内径mm ；ρ——蒸汽介质平均密度kg/m 3；λ——管道摩擦阻力系数，根据管道绝对粗糙度K 值选择，对过热蒸汽管道，按管道绝对粗糙度K=0.1mm 取用；H2-H1——管道终端与始端的高差，m 。
根据《设备及管道绝热设计导则》GB/T8175-2008 单层保温的管道单位热损失计算公式：Do Di Do In Ta T R R Ta T q ∙+-=+-=αλαπ21)(21 W/m.h 式中：T ——设备和管道的外表面温度（℃），T 应取管道蒸汽介质的平均温度即221t t T +=；t1——管道始端蒸汽温度℃；t2——管道终端蒸汽温度℃；Ta ——环境温度，根据工程情况定℃；R1——保温层热阻 对管道（m.K ）/W ；对平面：(m 2.K)/W ； R2——保温层表面热阻 对管道（m.K ）/W ；λ——保温材料制品在平均温度下导热系数W/（m.K ）； Do ——保温层外径 m ；Di ——保温层内径 m ；α——保温层外表面与大气的换热系数 W/（m 2.K ），w 36α+= GB/T8175-2008规范推荐.K W/m .α26311= 此时风速w 为3.5m/s 。
管径计算是按照正常负荷计算管径，同时以最大负荷及最小负荷校核计算后综合选取的。
热油管道的工艺计算
第四章 热油管道的工艺计算
4.2 热油管道稳态热力计算
对不保温埋地管道，当埋深具有一定深度、管内油流 流动为紊流时，总传热系数主要取决与管道与土壤的 换热。
K
2
2t
D
ln
4ht D
第四章 热油管道的工艺计算
4.2 热油管道稳态热力计算
D、h、t 决定了2(或K)。
正确地选择 t 是确定总传热系数K 的关键。
第四章 热油管道的工艺计算
4.3 热油管道摩阻计算
对无时效幂律 (假塑性)流体
nm n(t m )
n
m
nm
k m k(t m )
k
m
km
( 3nm
1 )
4nm
nm
Re mMR
d V nm m
2nm
k
m
(
3nm 4nm
1 )
nm
8 nm
1
第四章 热油管道的工艺计算
4.3 热油管道摩阻计算
m
Nu 1d 3.65
1
3.65
d
当 Gr Pr 500自然对流相对强
Nu 1d 0.17 Re0.33 Pr0.43Gr0.1( Pr )0.25
Prbi
1
0.17
d
Re0.33 Pr0.43Gr0.1(
Pr Prbi
)0.25
第四章 热油管道的工艺计算
4.2 热油管道稳态热力计算
过渡 2000 < Re< 1104
λ=0.092～0.125 kJ/(m･hr･℃)
第四章 热油管道的工艺计算
4.2 热油管道稳态热力计算
3. 管外壁对土壤放热 该过程以土壤导热为主，但用换热系数的形式表示。 对不保温管道：
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第三章热油输送管道的工艺计算(Hot-oil Pipelines)随着世界能源需求的增长，易凝和高粘原油的产量不断地增加。
目前我国所产原油大多为这两种原油。
生产含蜡原油（waxy crude）（即易凝原油）的油田主要有：大庆油田、胜利油田、中原油田、华北油田、河南油田、长庆油田、克拉玛依油田。
生产稠油（thick oil ,heavey oil）的油田有：辽河油田、胜利的单家寺油田和孤岛油田等。
含蜡原油的特点是含蜡量高、凝固点高、低温下粘度高、高温下粘度低。
如大庆原油，凝固点为28～32℃，6102m/50℃运动粘度约为20~25×，胜利原油凝固点为23～32℃，50℃运动粘度约为s6102m/80～90×。
稠油的特点是凝固点很低，通常低于0℃，但粘度很大，如孤岛原油凝s6m/102s固点为－2.3～4.9℃，50℃运动粘度约为490×。
凝固点（Freezing point）：是指在规定条件下（热力和剪切条件）所测得的油样不流动的最高温度。
我国常把它作为评价原油流动性的指标之一。
西方国家常用的是倾点（Pour point）,它与凝固点有所不同。
倾点是指在规定条件下测得的油样刚开始流动的最低温度。
由于测量方法的不同，因而两者在数值上亦有差别。
对于同一种原油，倾点一般比凝固点低2～3℃。
原油的高含蜡、高凝固点和高粘度给储运工作带来以下几个方面的问题：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，含蜡原油既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。
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，是很不经济的。
3.高凝高粘原油给储运系统的运行管理也带来了某些特殊问题，主要有：①储罐和管道系统的结蜡问题②管道停输后的再启动问题。
对于易凝高粘问题，不能直接采用前面讲到的等温输送方法，必须在输入管道前采用降凝降粘措施。
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二、计算热油管道摩阻方法
热油管道摩阻计算有三种方法：
(1) 平均温度计算法
(2) 分段计算法 (3) 基于粘温关系的方法
1、站间平均油温计算法 输送含蜡原油的管路多在紊流光滑区工作，此时摩阻与 粘度的0.25次方成正比，当加热站间起终点温度下的粘 度相差不超过一倍时，取起终点平均温度下的粘度，用 等温输油管的摩阻计算方法计算一个加热站间的摩阻， 误差不会太大。具体步骤是：
一、确定加热站数及其热负荷
确定了加热站的进、出口温度，即加热站的起、终点温度TR 和 TZ 后，可按最低月平均地温，及全线的近似K值估算加热 站间距 LR 。 GC TR T0 b L ln R KD TZ T0 b
加热站站数 nR 按下式计算并化整
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①计算加热站间油流的平均温度 Tpj ，Tpj 1 (TR 2TZ )
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②由粘温特性求出温度为Tpj时的油流粘度υpj。
③一个加热站间的摩阻为： Q 2 m m pj hR LR 5 m D1 2、分段平均温度计算法
当站间起终点粘度变化较大时，用站间平均温度法计算摩 阻损失误差较大。此时可将站间分成若干小段，分段计算 管路的摩阻。其方法是：
Q 2 m m dhR dl 5 m D1
由微元段的热平衡方程可得到：
①
Gc dT dl KD T T0 b
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②
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粘温关系取粘温指数方程：
T e u( T T ) T e u( T
R R R
R T0 b
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⑶根据Tpj计算对应的油品粘度υpj及该小段的摩阻
hRi
Q
2 m
m pj
D
5 m 1
li
hRi
i 1 n
则整个加热站间的摩阻为
h
R
不论热油管线处于层流还是紊流，都可以采用分段计算 法计算摩阻。分段越小，每段的温降越小，摩阻计算越 精确，当然计算量也就越大。因此分段法更适合于计算 机计算。
r (bi / y ) 式中： Δr—径向温降修正系数； ε—系数，层流为0.9，紊流为1.0 ω—指数，层流为1/3~1/4，紊流为1/3~1/7
υbi—管壁平均温度 Tbi下的油品运动粘度 υy—油流平均温度 Ty 下的油品运动粘度
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第三节 确定和布置加热站、泵站
) u( T T0 b )
e
③
将式②③代入式①并整理得：
dhR
hTR alR
e
mu( TR T0 b ) mu( T T0 b )
e
dT T T0 b
④
式中 hTR为油温为TR的等温输油管道的摩阻。
令
AR = al R
t e 且已知 dt Ei ( x ) t x
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⑴将站间管路按管长或温度区间分成几段，各段的长度根 据实际情况而定。一般每小段的温降不超过5℃，在非牛 顿流体摩阻计算中有时需要按每小段温降1℃来划分。 ⑵从加热站出口开始，由温降公式逐段计算每一小段的起 终点温度或每小段的长度，并计算其算术平均温度。 对于第i小段，起终点温度分别为 Ti和Ti+1，则其算术平 均温度为Tpj=(Ti+Ti+1)/2。若分段是按长度划分的，则每 段长度 li 已知，根据 Ti 和 li，由温降公式求 Ti+1；若分段 是按温度区间划分的，则 Ti 和 Ti+1 已知，可由温降公式 求得每小段的长度li。
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对④式积分整理得：
hR
hTR AR
e mu( TR T0 b ) Ei mu( TR T0 b ) Ei mu( TZ T0 b )
简明地表示为 hR hTR l 式中：Δl—热油管道轴向温降摩阻修正系数
1 mu( TR T0 b ) Ei mu( TR T0 b ) Ei mu( TZ T0 b ) l e AR
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上述公式可用于分析热油管道特性及其变化规律。帮助指 导生产管理。但该公式要用到幂积分函数，计算较麻烦， 给电算带来了一定的困难。另外，对于含蜡原油，粘温关 系式用某一个方程描述也不合适，故工程上很少采用。 最后强调一点无论采用什么方法计算摩阻，都要先判断流 态。如果中间有流态转变，则应分段计算摩阻。
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4、径向温降对摩阻的影响
热油管道径向的速度和温度分布
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由于热油沿径向散热，所以油流在径向存在温度梯度，管中 心温度较高，管壁处较低。径向温降的存在，使管内油品沿 径向产生自然对流，加剧了油流的扰动，使流速分布发生畸 变，从而引起附加摩阻损失，通常用径向温降修正系数来表 示。从而加热站间管路的摩阻损失为: hR hTR l r
第二节 热油管道的压降计算
一、热油管道摩阻计算的特点
热油管道的摩阻计算不同于等温管路的特点就在于： 1．沿程水力坡降不是常数。 由于热油沿管路的流动过程中，油温不断降低，粘度不 断增大，水力坡降也就不断增大，所以热油管道的水力 坡降线不是直线，而是一条斜率不断增大的曲线。 2．应按一个加热站间距计算摩阻。 因为在加热站进出口处油温发生突变，粘度也发生突变， 从而水力坡降也发生突变，只有在两个加热站之间的管 路上，水力坡降i的变化才是连续的。
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3、由粘温关系式推导的摩阻计算式
基本思路：以列宾宗公式为基本计算公式，在前述温降公式 和粘温方程的基础上，列出热油管道摩阻计算的微分方程式， 然后积分求解(该方法又称为理论公式法)。
在距加热站出口为l的地方取一微元段dl，此处油温为T，粘度 为υ，管内径为D1，根据列宾宗公式，微元段上的摩阻为：