地面集输管网热力计算成果

1.页岩气在管内流动中的温度变化

1）影响温度变化的主要因素

页岩气在管内流动中的能量损失和页岩气通过输送管道与外界环境的热量交换，是使页岩气温度发生变化的主要因素。

2）管道轴向各点处的页岩气温度计算

采用舒霍夫公式：

式中　Tx—管道轴向上任意点x处的页岩气温度，℃；

　　　TT—管道埋深处的土壤温度，℃；

　　　TQ—管道起点处的页岩气温度，℃；

　　　pQ—管道起点压力，MPa；

　　　pz—管道轴向x点压力，MPa；

　　　a—常数，；

　　　K—页岩气通过管壁与外界环境的总传热系数，W/（m3·K）；

　　　Q—管内页岩气的质量流速，kg/s；

　　　D—管道外径，m；

　　　cp—页岩气的比定压热容，J/（kg·K）；

　　　Di—J—T系数，℃/MPa；

　　　L—管道计算段的长度，m。

当不考虑J—T效应时，式（4—80）中最后一项为零，计算式变为：

2.埋地地面集输管道内页岩气与管外土壤环境间的总传热系数

1）总传热系数

总传热系数是指流体通过固体壁传热时，在单位时间内，单位温差（K或℃）推动下通过单位传热面积传递的热量。

影响埋地气体输送管道总传热系数的主要因素是管道埋设处的土壤性质、埋设深度、管内对流放热系数KB和管外传热系数KH的数量和管壁的热阻。但埋地管道的KH的数值很低，是制约总传热系数K的主要因素。

在不计管壁热阻的情况下，有

总传热系数总是小于KB和KH中数值较小的一个，由于埋地页岩气管道的KB值常常大于KH值，则KH值是影响埋地管道总传热系数的主要因素。

2）管内对流传热系数KB的计算

管内对流传热的强度除与流体性质、流道尺寸和流体流速有关外还与流态有关。目前用于工程传热的管内对流传热系数计算方法是基于实验和经验提出的。

（1）层流时的计算方法

当流体处于Re小于2000的层流状态时，KB值按下式计算：

式中　KB—管内流体对流传热系数，W/（m2·K）；

　　　λ—流体在定性温度下的导热系数，W/（m·K）；(www.xing528.com)

　　　D—管道内径，m；

　　　Re—流体流动中的雷诺数；

　　　Pr—普朗特常数；

　　　L—管道计算长度；

　　　μ—流体在定性温度下的黏度，Pa·s；

　　　μw—流体在管壁温度下的黏度，Pa·s。

（2）紊流时的计算方法

当流体处于Re大于10000的紊流状态且管内流体被冷却时，KB值按下式计算：

式中符号的含义和单位与式（4—83）中的说明相同。

3）管外传热系数KH的计算

（1）传热方式

埋地管道外表面与土壤环境间的热量交换主要是以热传导的方式进行的，土壤的含水量和其他热性质、管道的埋设深度是影响管外传热系数的主要因素。

（2）计算式

管外传热系数KH可由下式计算：

式中　KH—埋地管道外表面与土壤环境间的传热系数，W/（m2·K）；

　　　h—地面到埋设管中心的距离，m；

　　　DH—埋地管道的最大外径，m；

　　　λT—土壤的导热系数，W/（m·K）。

3.输气管道内页岩气的平均温度

1）计算给定管段内页岩气平均温度的目的

（1）为确定页岩气的物性数据提供温度依据。

水力和热力计算中使用的某些页岩气物性数据与页岩气所处的温度有关，确定温度是获取有关物性数据的前提条件。

（2）为确定给定管段在运行条件下的页岩气管内积存量提供条件。

管道运行中页岩气的温度沿管道轴向变化，确定给定管段内的页岩气平均温度才能计算管段内的页岩气积存量，为管道分段设置事故紧急截断阀提供依据。

2）平均温度的计算

（1）平均温度的一般表达式。

（2）不计焦耳—汤姆孙效应时的计算式简化为：

式中符号的含义和说明同式（4—80）。