海底管道总传热系数的研究与确定.pdf

维普资讯 第 l3卷第 2期 中 国海 上 油 气 (工 程 ) Vol13．Nu2 2001年 4月 CHINAOFFSHOREOIIAND GAS(ENG[NEERING) Apr．，2001 海底管道总传热系数的研究与确定 邢 晓 凯 石油大学 (华东)，山东东营，257061 摘 要 以聚氯脂泡沫塑料为保温材料的双重钢管保温管道为倒 ，结台实~~5s-法，论述套管空气夹 层的当量导热系数、保温材料的整管导热系数皿材料老化问题，并给 出了海底管道 的总传热系数计 算 式。 关键词 海底管道 总传热系数 保温材料 热油管道内的油品和管道周围介质的总传热系数是计算沿程温降的重要参数，它会影响整个管道设计 及运行方案的确定。总传热系数可以采用理论计算或根据经验数据来确定。对地下不保温管道而言，一般 采用经验数据来确定总传热系数。采用双重钢管保温结构的海底管道，其总传热系数主要受保温材料导热 系数、套管空气热阻夹层、保温层材料老化等因素影响，这些因素导致总传热系数增大。 下面以聚氨脂泡沫塑料为保温材料的双重钢管保温管道为例 ，采用实验方法 ，研究套管空气夹层的导热 系数、保温材料的导热系数及其老化问题，以便确定海底管道的总传热系数。 1 总传热系数 海底双重钢管保温管道的传热热阻由以下几部分构成：1)油流至管内壁的放热热阻；2)保温层的导热热 阻；3)保温层和外套管之间环形空间的传热热阻；4)套管外土壤的导热热阻；5)海床表面与海水之间的放热 热阻。 分析海上双重钢管保温管道的热阻可知，管内壁救热强度较大，海床表面与海水之间温差较小，油流至 管内壁的放热热阻和海床表面与海水之间的放热热阻可以忽略，因此，影响海上双重钢管保温管道传热过程 的热阻主要有 3部分 ，即保温层的导热热阻、环形空间的传热热阻和套管外土壤的导热热阻 总传热系数 K 的计算公式为 K 1 、 1d2 瓣 ’ u’ 式中： 为保温层导热系数；A为环形空间夹层当量导热系数；A为海床土壤当量导热系数；d1为保温层内 径，m；d2为保温层外径，m；d3为套管外径，m；h为管中心埋深，m。 由式(1)可知，欲确定 K值，关键是要确定泡沫塑料保温材料的导热系数 ,1b-环形空间夹层的当量导热 系数 ^及海床水饱和土壤当量导热系数 。 2 管道传热实验装置 实验装置主要由双重保温管道系统、数据采集系统及水循环系统 3部分组成，实验流程如图1所示 双重保温管实验管段由4,159Inrrl×6l'nrn聚氨脂泡沫塑料保温管 (为胜利油田油建一公司采用 “一步 法”工艺生产的DN150黄夹克一泡沫塑料保温管道)及 4,273nlrn×6lnrn套管组成，实验管段长2m，保温 管两端都做了热绝缘处理，内管外壁与外管内壁的间隙为2lmm。 温度数据采集系统主要由1次测温仪表和 2次测温仪表组成。1次测温仪表采集各测点温度；2敬测温 仪表为惠普数字式万用表，该仪表将各测点的温差转换为电位差。根据实验需要 ，整个测温系统共布置 了 维普资讯 第 13卷第 2期 邢晓凯：海底管道总传热系数的研究与确定 13个测点，其中管道 中间截面保温管内径设 1O个测 点，同一截面保温层外壁及套管内外壁各设 1个测点， 管道端部设 1个测点。 3 采用泡沫保温的管道导热系