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    低溫管道保冷結構傳熱的影響研究

    2019-04-29   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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    中國鋼管信息港資訊部獲悉:高含硫天然氣輸送管道可能出現金屬氫致開裂和硫化物應力開裂。由于氫的存在致使管道的斷裂韌性及材料的物理、化學及機械性能下降,在運行中容易產生管道損傷現象,從而破壞管道的安全性,影響管道的使用壽命。酸氣集輸管道選用合適的碳鋼管材經過相應的抗硫限定和試驗,再配合緩蝕劑加注、腐蝕監測等措施是完全可行的。本工程采用抗硫碳鋼管線(L360MCS)加緩蝕劑作為酸氣集輸管材。
      
      分析含水對低溫管道保冷結構傳熱的影響,能夠為今后低溫裝置及管道保冷相關改造提供科學依據。通過建立含水低溫管道保冷結構傳熱模型,分析不同保冷厚度、不同管道介質溫度下含水對低溫管道保冷結構傳熱的影響。研究結果表明:(1)同一管徑及介質溫度下,隨著保冷結構中含水率的增大,熱流密度變大,冷損失變大;同樣,含水率相同時,隨著保冷厚度的增大,熱流密度減小,冷損失減小。(2)在管徑、保冷厚度及介質溫度相同情況下,隨著保冷結構中含水率的增大,熱流密度變大,冷損失變大;同樣的,含水率相同時,隨著管道中介質溫度的降低,熱流密度變大,冷損失變大。
      
      影響中圖法分類號TE832.34;標志碼A我國面臨長期的能源問題,節能降耗任務十分關鍵。由于天然氣處理裝置低溫單元與外部環境存在較大溫差,設備及管道內天然氣與外部空氣存在120°C的傳熱溫差,傳熱動力較大。而低溫設備及管道保冷效果的好壞,直接影響到裝置的能耗以及輕烴產量。通過現場調研發現,在分公司15套天然氣處理裝置低溫設備及管道外表面,均不同程度的存在結冰現象,可見環境空氣對其具有吸熱作用,系統存在一定的冷量損失。
      
      孫豐海1從保冷材料的性能和經濟等選用原則入手,重點介紹了-30 C以下的情況下選用泡玻璃和硬質聚氨酯復合保冷結構的優點,并結合實踐經驗,論述了在施工中常見保冷失效的主要原因。東北石油大學的吳國忠教授25根據管道熱損失測試過程中存在的問題,進行了一系列研究,提出了測量過程中的熱電偶標定原則、紅外成像儀誤差修正原理、管道傳熱評價模型。本文通過建立含水低溫管道保冷結構傳熱模型,分析含水對低溫管2012年1月12日收到第一:代勇(1975―),男,高級工程師,研究方向:天然氣com.道保冷結構傳熱的影響,為今后低溫裝置及管道保冷相關改造提供科學依據。
      
      1含水低溫管道保冷結構傳熱模型1.1物理模型以含水保冷結構的管道為分析對象,其結構的傳熱過程由外到內分別為流體與管道內壁的對流換熱,管道內壁、保冷結構外表面的導熱過程及與大氣環境的對流和輻射傳熱過程。為便于計算,將模型簡化為保冷材料內壁到外壁的導熱過程及外壁與大氣環境的對流換熱過程。
      
      中國鋼管信息港資訊部獲悉:含水低溫管道保冷結構物理模型1.2數學模型其邊界條件為:外部環境溫度,°C為對流換熱系數,WKmK);為黑度;為黑體輻射常數,值為5.67x10-8W/(m2 K4);A為含水的保冷層材料在使用溫度下的導熱系數,WmK);A1為保冷層材料在使用溫度下的導熱系數,WmK);A2為水在使用溫度下的導熱系數,WKmK);X1,2分別為保冷材料、水的質量占含水的保冷結構總質量的比例;r,r1分別為管道、圓筒形設備半徑及保冷層半徑,m. 2數值模擬2.1不同保冷厚度下含水對低溫管道保冷結構傳熱的影響模擬條件:低溫管道管徑為DN200mm,保冷結構為單層,采用丁腈橡膠聚合物。管道導熱系數為43Wmk),密度為7790kg/m3,比熱容為470/(kg.K),介質溫度為-60°C;管道保護層導熱系數為81.1WmK),密度為7 870kg/m3,比熱容為455/(kgK);保冷結構導熱系數為保冷材料導熱系數與水或冰的導熱系數進行加權平均,分別對保冷厚度為25mm、75mm、100mm、150mm,含水為0、0.1、0.5、0.8的低溫管道進行保冷結構傳熱數值模擬計算。
      
      由可知,同一管徑及介質溫度下,隨著保冷結構中含水率的增大,熱流密度變大,冷損失變大;同樣,含水率相同時,隨著保冷厚度的增大,熱流密度減小,冷損失減小。國際上規定標準冷損為32W/m263,因此,當介質溫度為-60°C,保冷厚度為150mm、100mm、75mm,含水率為0.1及保冷厚度為150mm,含水率為0.5時,保冷結構暫未失效。
      
      不同保冷厚度下的熱流密度變化圖不同介質溫度下的熱流密度變化圖隨著保冷厚度的降低及含水率的升高,保冷結構逐漸開始失效。
      
      2.2不同介質溫度下含水對低溫管道保冷結構傳熱的影響模擬條件:基本條件同2.1.取低溫管道保冷厚度為100mm,分別對管道介質溫度為-20°C、-60°C、-100°C、-200°C,保冷結構含水率為0、0.1、0.5和0.8時進行數值模擬計算,其熱流密度變化如所示。
      
      中國鋼管信息港資訊部獲悉:由可知,在管徑、保冷厚度及介質溫度相同情況下,隨著保冷結構中含水率的增大,熱流密度變大,冷損失變大;同樣的,含水率相同時,隨著管道中介質溫度的降低,熱流密度變大,冷損失變大。管道介質溫度在-20°C、-60°C、-100C,含水率為0.1及管道介質溫度在-20C,含水率為0.5時,保冷結構暫時未失效。隨著溫度降低及含水率的升高,保冷結構逐漸開始失效。
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