高溫煤氣管道自然溫降的研究

1、8冶金動(dòng)力METALLURGICALPClwER2016年第4期總第194期零秣燃?xì)饫步蕖陡邷孛簹夤艿雷匀粶亟档难芯筷惷髑铮τ烂?，王文?山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250000)【摘要】鋼鐵冶金企業(yè)中煤氣溫度與設(shè)備選型和節(jié)能減排有重要關(guān)系，因此準(zhǔn)確計(jì)算高溫煤氣管道在輸送過程中的溫降有重要意義。通過建立管道軸向散熱模型，推導(dǎo)計(jì)算，并應(yīng)用于冶金企業(yè)煤氣管道的工程，為設(shè)備選型及設(shè)備的安全運(yùn)行提供了一定的理論依據(jù)。【關(guān)鍵詞】高溫煤

2、氣；自然溫降；傳熱計(jì)算【中圖分類號(hào)】TQ5478【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1006—6764(2016)04—0008—03AStudyonNaturalCoolingofHighTemperatureGasPipesCHENMingqiu，XUEYongming，WANGWenqing(ShandongMetdlurgicalEngineeringCo，Ltd，jinan，Shandong25OOO0cn0)【Abstract】In

3、steelenterprisesgastemperaturehasimportantrelationshipwithequipmenttypeselectionandenergysavingandemissionreductionthereforeaccuratecalculationoftem—peraturereductionduringtransferprocessinhightemperaturegaspipesbearsgre

4、atsignifieanceThroughestablishingamodelforaxialheatradiationofpipes，deducingcalculationandapplyingthemodelingaspipeprojectsofsteelenterprises，theoreticalbasiswasprovidedforequipmenttypeselectionandsafeoperation【Keywords】

5、hightemperaturegas；naturalcooling；heattransfercalculation1引言在冶金企業(yè)燃?xì)夤艿乐?，煤氣在輸送過程中狀態(tài)參數(shù)的變化不僅影響一些設(shè)備的選型，還會(huì)影響工藝流程的選擇。而在一些有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和參考資料中，對(duì)該部分的分析計(jì)算只停留在定性分析層面，相對(duì)于工程而言，全面研究煤氣流動(dòng)過程中的參數(shù)變化，對(duì)設(shè)計(jì)工作是很有必要的。目前對(duì)蒸汽管道、熱水管道及石油天然氣管道溫降的計(jì)算較多，對(duì)煤氣管道的計(jì)

6、算較少。在煤氣的輸送、凈化和貯存過程中，煤氣溫度直接關(guān)系到煤氣管道及設(shè)備的安全運(yùn)行，因此較準(zhǔn)確計(jì)算煤氣溫度顯得至關(guān)重要。已有一些專家研究了管道模型的溫降計(jì)算，朱國平對(duì)高溫?zé)煔獬龎m管道的自然溫降進(jìn)行了較為深人的研究，高德清等研究了氣體組成、管道運(yùn)行參數(shù)及保溫情況等各種因素對(duì)天然氣管道溫降的影響。他們?yōu)楣艿罍亟涤?jì)算模型的完善奠定了基礎(chǔ)，本文通過工程實(shí)例來探討煤氣管道的溫降。2數(shù)學(xué)物理模型21管道軸向溫降計(jì)算模型高溫煤氣通過管壁不斷與管外介質(zhì)

7、發(fā)生熱交換，管內(nèi)煤氣溫度隨管長不斷變化，與外界的換熱量也隨本身溫度的變化而變化。流體熱物性參數(shù)(導(dǎo)熱系數(shù)K，運(yùn)動(dòng)粘度，普朗特常數(shù)er)隨著流體溫度的不同而改變，管道壁面的溫度與流體參數(shù)以及流體與管道內(nèi)壁的換熱系數(shù)密切相關(guān)。這些變量之間主要通過能量守恒方程及連續(xù)性方程發(fā)生關(guān)系，在進(jìn)行定量分析時(shí)，為了計(jì)算的順利進(jìn)行，有必要對(duì)管壁溫度進(jìn)行設(shè)定，然后根據(jù)計(jì)算出的流體參數(shù)對(duì)假定的管壁溫度進(jìn)行校核。計(jì)算方法采用試算法。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大，可根

8、據(jù)流體的傳熱機(jī)理編一些實(shí)用的小程序(或者計(jì)算表格)來進(jìn)行快速計(jì)算，以提高工作效率。已知條件：管外介質(zhì)溫度(℃)：tw；管內(nèi)流體入口溫度與管外介質(zhì)溫差()：to；管內(nèi)流體與管外介質(zhì)溫差(℃)：t；管內(nèi)流體溫度(℃)：tt；管內(nèi)流體流速(m／s)：；冶金動(dòng)力METAlLLURGICALPOWER2016年第4期總第194期由計(jì)算結(jié)果可知，管道內(nèi)壁溫度和外壁溫度較為接近，這是因?yàn)楣艿赖腁值很高，管壁自身的熱阻很小，因此可以忽略管壁自身對(duì)傳熱的

9、影響，簡化計(jì)算的結(jié)果如下：已知條件：室外計(jì)算溫度￡w：30℃煙氣原始溫度：160℃管內(nèi)流體人口溫度與管外介質(zhì)溫差％：130℃煙氣體積流量0：90000m3／h煙氣密度P：126kg／m。煙氣質(zhì)量流量G：113580kg／h管道公稱直徑D：180m管道壁厚：000m管道外徑dw：182m管道內(nèi)徑：180m外表面積與內(nèi)表面積之比8：100煙氣流速：1559m／s煙氣定壓比熱cn：130kJ／kgoC初步計(jì)算：假定壁面溫度：140oC鋼管導(dǎo)熱

10、系數(shù)A：15278ldf／hm℃普朗特常數(shù)：067煙氣導(dǎo)熱系數(shù)A：013kJ／h1TI℃運(yùn)動(dòng)粘度：2830106m2／s內(nèi)表面放熱系數(shù)Otn：8968kJ／hm：oC格拉曉夫準(zhǔn)則數(shù)Gr：2193109層流紊流判據(jù)GrPr：1463109層流時(shí)外表面放熱系數(shù)：1348kJ／hm2℃紊流時(shí)外表面放熱系數(shù)Otw：2529kJ／hm2℃考慮刷油漆及積灰對(duì)換熱系數(shù)的修正值s：O85傳熱系數(shù)K：1675kJ／hm2oC熱流密度q：217902kJ／

11、hm管壁外表面溫度：13571℃管壁內(nèi)表面溫度：13571℃最終計(jì)算：定性溫度t：14785℃定型尺寸D：180m鋼管導(dǎo)熱系數(shù)A：15303kJ／hmoC煙氣導(dǎo)熱系數(shù)A：013kJ／hmoC運(yùn)動(dòng)粘度：2693106m2／s普朗特常數(shù)：O67內(nèi)表面放熱系數(shù)：9O6OkJ／hmz℃外表面放熱系數(shù)甌：2495kJ／hm2c【=△／：一099％△：134％管道線性傳熱熱阻R：00096hm~C／kJ管道總傳熱熱阻：00502hm2℃／kJ溫降：

12、系數(shù)A：133786管道長度X：1400ITI溫降值△z：8435℃【參考文獻(xiàn)】[1]楊世銘，陶文銓傳熱學(xué)【hI]北京：高等教育出版社，2007【2]周筠清傳熱學(xué)[M]北京：冶金工業(yè)出版社，1999[3】3朱國平高溫?zé)煔獬龎m管道自然溫降計(jì)算叨設(shè)計(jì)通訊，1991，3：3740[4]高德潔，王鑫，王春生，孫啟冀，孫勇，徐國富天然氣輸送管線溫度計(jì)算石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40(7)：39—43【5】田擁軍熱空氣在管道中的傳熱計(jì)算們化纖與紡織技