一種蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱量的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及換熱技術(shù)領(lǐng)域中的預(yù)熱量的計算方法，特別涉及一種天然氣水合物漿 體用蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱量的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在換熱技術(shù)領(lǐng)域中，一般為鍋爐燃燒供熱或冷熱介質(zhì)間的換熱，鍋爐燃燒的 預(yù)熱量是直接測量溫度，由于鍋爐燃燒換熱的方式會受外界影響，鍋爐各項熱損失較多，能 量消耗巨大，預(yù)熱量只是經(jīng)過多次實驗后測量的結(jié)果，此預(yù)熱量不精確且不可控，因此，此 換熱方法不適用于對預(yù)熱裝置有嚴格要求的場合。在冷熱介質(zhì)的換熱方面，冷熱介質(zhì)的換 熱過程中，傳熱效率底，能量耗散大，與鍋爐供熱有同樣的缺點。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中還包括電加熱方式，電加熱容器中內(nèi)裝靜止流體，給定加熱功率，通過 一段時間來加熱流體，即便這段時間可以計算得出，但是一般情況不需要此參數(shù)，也就沒有 出現(xiàn)過相關(guān)的計算，依然沒有實現(xiàn)預(yù)熱量可控的目的。但對于天然氣水合物漿體這一特殊 流體的預(yù)熱，預(yù)熱裝置內(nèi)的流體的速度、預(yù)熱裝置的性能等均有要求，其中，預(yù)熱量的設(shè)定 決定流體預(yù)熱的程度，因此，如何實現(xiàn)預(yù)熱量可控是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種天然氣水合物漿體用蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱 量的計算方法，該計算方法在流體流速確定的情況下，只需提供所需的加熱功率，便能夠直 接計算出預(yù)熱量，通過溫度表示出來，實現(xiàn)了預(yù)熱量可控的目的。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0006] -種蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱量的計算方法，蛇形預(yù)熱裝置包括三段直管段和兩段彎 管段連接形成"S"型的蛇形管，每段直管段兩端分別設(shè)有一銅排，銅排與外設(shè)電源連接；預(yù) 熱量的計算方法包括以下步驟：
[0007] (1)蛇形預(yù)熱裝置的強度設(shè)計計算：
[0008] ①計算直管段厚度；
[0009] ②計算彎管段厚度；
[0010] ③計算蛇形管的應(yīng)力，并校核；
[0011] ④計算蛇形管壓降；
[0012] (2)預(yù)熱量計算：
[0013] ①根據(jù)蛇形管入口的溫度及壓力，查介質(zhì)物性數(shù)據(jù)表，得到其入口焓值；
[0014] ②根據(jù)介質(zhì)的質(zhì)量流速及加熱功率，計算蛇形管的出口焓值；
[0015] ③根據(jù)出口焓值、蛇形管入口壓力和壓降，查介質(zhì)物性數(shù)據(jù)表，得到蛇形管1的出 口溫度，即預(yù)熱量。
[0016] 進一步地，上述技術(shù)方案中，步驟（1)的具體步驟如下：
[0017] ①計算直管段厚度：利用公式
【主權(quán)項】
1. 一種蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱量的計算方法，其特征在于，所述蛇形預(yù)熱裝置包括三段 直管段和兩段彎管段連接形成"S"型的蛇形管，每段所述直管段兩端分別設(shè)有一銅排，所述 銅排與外設(shè)電源連接；所述預(yù)熱量的計算方法包括以下步驟： (1) 所述蛇形預(yù)熱裝置的強度設(shè)計計算： ① 計算直管段厚度； ② 計算彎管段厚度； ③ 計算所述蛇形管的應(yīng)力，并校核； ④ 計算所述蛇形管壓降； (2) 預(yù)熱量計算： ① 根據(jù)所述蛇形管入口的溫度及壓力，查介質(zhì)物性數(shù)據(jù)表，得 到其入口焓值； ② 根據(jù)介質(zhì)的質(zhì)量流速及加熱功率，計算蛇形管的出口焓值； ③ 根據(jù)出口焓值、所述蛇形管入口壓力和壓降，查介質(zhì)物性數(shù) 據(jù)表，得到所述蛇形管的出口溫度，即預(yù)熱量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱量的計算方法，其特征在于，步驟 (1)的具體步驟如下： ① 計算直管段厚度：利用公式
計算所述蛇形管直管段的壁厚的計算 厚度，并加入蛇形管鋼材厚度的負偏差，選取相應(yīng)厚度的鋼材作為所述蛇形管的直管段； 其中，S為蛇形管直管段壁厚的計算厚度；p。為管內(nèi)介質(zhì)的工作壓力；Di為管子內(nèi)徑； [〇 為管材的許用應(yīng)力；巾為焊縫系數(shù)； ② 計算彎管段厚度：利用公式
計算所述蛇形管彎管段的壁厚的計算厚 度，并加入蛇形管鋼材厚度的負偏差，選取相應(yīng)厚度的鋼材作為所述蛇形管的彎管段； 其中，V為蛇形管彎管的計算厚度；D。為管子外徑；R為彎管段彎曲半徑； ③ 計算所述蛇形管的應(yīng)力：利用公式
對蛇形管進行應(yīng)力校 核； 其中，〇1為管道的計算應(yīng)力；Se-管子的有效厚度； ④ 計算所述蛇形管壓降：利用公式
計算直管段的摩擦壓降；利用公式
計算彎管段的壓降，所述蛇形管的壓降等于三個直管段的摩擦壓降和兩個彎管 段的壓降之和。 其中，Aps為直管段摩阻壓降；A3為沿程水力摩阻系數(shù)；1為直管長度；G為最大質(zhì)量 流速；P為管內(nèi)介質(zhì)密度；Ap。為彎管處的壓降；G。為局部阻力系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱量的計算方法，其特征在于，步驟 (2)中所述蛇形管的出口焓值的計算公式為
其中，11_為蛇形管 出口焓值；hin為蛇形管入口焓值；Q為加熱功率；G為最大流量;A為管道橫截面積；W為質(zhì) 量流速。
4.根據(jù)權(quán)利要求所述的一種蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱量的計算方法，其特征在于，還包括 電參數(shù)的計算：所述電參數(shù)的計算步驟如下： (1) 所述蛇形管的管壁平均溫度tw，av計算： ① 利用公式
計算換熱系數(shù)a，根據(jù)公Stw，in=tf，av+q_/a計算管 內(nèi)壁溫度tw，in; 其中，Re為流體的雷諾數(shù)，Pr為流體的普朗特數(shù)，根據(jù)定性溫度查表，X為材料導熱系 數(shù)； ② 根據(jù)公式
計算管外壁溫度t_ut; ③ 根據(jù)公式
計算管壁平均溫度tw，av; 其中，導熱系數(shù)A= 14. 85+0. 014337 ?tw，av，qmax為最大熱流密度，q為熱流密度； (2) 電參數(shù)的計算： ① 根據(jù)所述蛇形管的管壁平均溫度tw，av計算所述蛇形管的電阻率P; ② 利用公式：R=P1/SW、I= (E/R)72、U=IR分別所述蛇形預(yù)熱裝置的電參數(shù)；其中 SWS管道截面環(huán)形面積。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蛇形預(yù)熱裝置的預(yù)熱量的計算方法，蛇形預(yù)熱裝置包括三段直管段和兩段彎管段連接形成“S”型的蛇形管，每段直管段兩端分別設(shè)有一銅排，銅排與外設(shè)電源連接；預(yù)熱量的計算方法包括以下步驟：(1)蛇形預(yù)熱裝置的強度設(shè)計計算：①計算直管段厚度；②計算彎管段厚度；③計算蛇形管的應(yīng)力，并校核；④計算蛇形管壓降；(2)預(yù)熱量計算：①根據(jù)蛇形管入口的溫度及壓力，查介質(zhì)物性數(shù)據(jù)表，得到其入口焓值；②計算蛇形管的出口焓值；③查介質(zhì)物性數(shù)據(jù)表，得到蛇形管的出口溫度，即預(yù)熱量。本發(fā)明能夠根據(jù)流體預(yù)熱的要求，已知需要將介質(zhì)加熱到的溫度，在流速確定的情況下，只需對應(yīng)調(diào)整加熱功率即可，實現(xiàn)預(yù)熱量可控的目的。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104778350
【申請?zhí)枴緾N201510142012
【發(fā)明人】劉艷軍, 代茂林, 趙金洲, 吳霽薇, 伍開松, 饒霽陽
【申請人】西南石油大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月27日