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 。

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[47]。

在层流状态（Re<2000），当500Pr <⋅Gr 时：1 3.65y d Nu 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 b ff f d K ⋅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 vd v 4Re ==——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：t d 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。

注：上面各式中，参数角标f 表示以管内油(液)的平均温度f t 为定性温度；角标b 表示以管壁温度为定性温度。

（2）各处管壁导热的热阻这部分热阻包括钢管、防腐层和保温层的热阻。

钢管的导热系数g λ约为45W/(m·℃)，其热阻可忽略不计；煤焦油瓷漆防腐层导热系数f λ约为 1.1W/(m·℃) ，黄夹克保温材料的导热系数b λ约为0.04 W/(m·℃)。

对于壁厚g δ、外包f δ厚煤焦油瓷漆防腐层的非保温热油管道，钢管及防腐层对总传热系数的影响很小。

如忽略内外径的差值，则总传热系数可近似按下式计算：12111i i K δαλα=++∑ （1-8） 其中：ff g g i i λδλδλδ+≈∑ 对于保温管道，保温层的热阻起决定影响。

故对于壁厚g δ、外包b δ厚保温材料的保温热油管道：1ln (22)/(2)ln(/)22n b g n g i i ib D D D D δδδλλ+⎡⎤+++⎣⎦≈∑ （1-9） (3) 外部放热系数2α的确定在原油长输管道内，液体的流动状态绝大部分是紊流状态，出现层流状态极少。

因此，在热力计算中，确定K 值将主要使用公式(1-1)。

在公式(1-1)中关键的参数是与管道周围许多因素有关的2α，对于埋地敷设管道：当管道的埋设深度(管中心至地表面)小于2m 时，采用下面的公式计算：()i e i s B D B 0212αλα+=（1-10） sta i C B λα= （1-11） 2)2(e t D h C -= （1-12）]1)2(2ln[2000-+=ee D h D h α （1-13） 式中：s λ——土壤的导热系数，W/(m·℃)；e D ——与土壤接触的管道外直径，m ；ta α——土壤至地表空气间的放热系数，W/(m 2·℃)；0h ——管道埋深(管中心至地表面)，m 。

该放热系数包括对流放热系数tac α和辐射放热系数taR α两部分。

tac α和taR α分别用下式确定：a tac v 0.76.11+=α （1-14）])100273()100273[(44+-+-=a s a s RtaR t t t t C εα （1-15） 式中：a v ——地表面的平均风速，m/s ；ε——土壤表面折算黑度；R C ——辐射系数，可取5.7 W/(m 2·h 4)；s t ——土壤表面温度，取当地一年中月平均的最低地面温度，℃；a t ——空气温度，取当地一年中月平均的最低空气温度，℃。

当管道理设深度大于2m 时，可采用下面的公式计算2α：]1)2(2ln[22002-+=e e e sD h D h D λα （1-16）式中符号的意义同前。

从上述的公式中可以看出，确定出土壤导热系数是计算埋地管道2α的关键。

土壤的导热系数与组成土壤固体物质的导热系数、土壤中固体物质颗粒大小的分布、土壤含水率、土壤状态等许多因素有关。

用理论计算很难得到准确值，因此推荐采用理论计算与参考类似管道实测值相结合的方法。

（4）结蜡层厚度计算在计入原油蜡结晶析出的潜热后，长为d x 的微元管道上，热油管道的热量平衡关系式（1-1）可简化为[48]：101ln n e L D KD b b D -⎡⎤⎛⎫=+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ （1-19）其中： 1012ln()112i i i wD d b d D αλα+=++∑ （1-20）112Lb λ= （1-21） 如取温降为1℃时，从单位质量的原油中析出并沉积到管表面的凝油质量为bi Tε∂∂，则在d τ时间内在轴向温降为dT 的dx 段上沉积的量为： biL dG G dTd T ετ∂⎛⎫= ⎪∂⎝⎭（1-22）因而使内径缩小了()L d D ，则：()2L L L D dG D d T dx πρ⎡⎤⎛⎫= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（1-23） 将式（1-23）代入式（1-22）得：()()2bi L L D G dT d d D T T dx επτρ∂=∂ （1-24） ()()()0n y K T D T T dT dx G C T k T πε-=-⎡∂⎤⎛⎫+ ⎪⎢⎥∂⎝⎭⎣⎦（1-25） 将式（1-25）代入式（1-24）得：()()()0012ln bi n L L L y T T D D b b d D d D T T C T k T ετερ∂-⎡⎤⎛⎫+=-⎪⎢⎥∂⎝⎭∂⎛⎫⎣⎦+ ⎪∂⎝⎭（1-26） 积分后可得： ()()22011010100ln ln 22222L n L n L L bi y D D D D b b b b b b D D T T T T C T k T ττετερ⎡⎤⎡⎤+--+-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎢⎥∂-⎢⎥=⎢⎥∂∂⎛⎫+⎢⎥ ⎪∂⎝⎭⎣⎦ （1-27） 对于距泵站出口x 米处的管路而言，其清管后的运行时间τ可由下式计算：0L L x V ττ-=+ 其中，22243ln 2n n L L n L L D D D D D D D ττττ--≈，则()12L n L D D ττδ=-。

联解式（1-24）与式（1-27），可求出线路上热泵站出口x m 处，经清管后运行τ小时的结蜡层内径L D τ，从而求解出结蜡厚度。

式中：y ε，bi ε——分别为油温的函数，其规律可通过试验求得；L D ——结蜡后的管道内径，m ；L λ——结蜡层的导热系数，W/( m·℃)；0L τ——从下一站收到清管器开始计算的时间，s ；L D τ——运行τ小时后的结蜡层内径，m ；L τδ——运行τ小时后的结蜡厚度，m ；L ——为站间距离，m ；V ——管内流速，m/s ；k ——蜡的结晶潜热，kJ/kg 。

1.2 总传热系数的反算法热油管道稳态运行时，根据各已知的运行参数，利用苏霍夫公式反算出埋地管道总传热系数，根据《油气集输设计规范》的规定，当管道长度30L ≥km 且管径300D ≥mm 时，输油管道的热力计算应考虑管道水力摩擦生热的影响，即按列宾宗公式进行热力计算：1020ln w T T b K D L T T b Gc--π=-- （1-28） DEK G i b m π⋅= （1-29） 式中：0T —— 管外环境温度，℃(取管道中心埋深处地温）；1T ——管道起点油温，℃；2T ——终点油品温度，℃；L —— 管道长度，m ；w D —— 管道外径，m ；K ——管道至周围介质的总传热系数，W/(m 2·℃)； E —— 热功当量，E =102（kg·m ）/kJ ； G —— 原油质量流量，kg/h ；c —— 原油比热容，kJ/(kg·℃)；b —— 由于油流在管道内摩擦功转化为热量；i —— 管道水力坡降值，m/m 。

为了更好地反映热油管道在一段时间内的实际传热状况，可采用最小二乘法来推算总传热系数K 。