一种蛇形预热装置的预热量的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及换热技术领域中的预热量的计算方法，特别涉及一种天然气水合物浆 体用蛇形预热装置的预热量的计算方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在换热技术领域中，一般为锅炉燃烧供热或冷热介质间的换热，锅炉燃烧的 预热量是直接测量温度，由于锅炉燃烧换热的方式会受外界影响，锅炉各项热损失较多，能 量消耗巨大，预热量只是经过多次实验后测量的结果，此预热量不精确且不可控，因此，此 换热方法不适用于对预热装置有严格要求的场合。在冷热介质的换热方面，冷热介质的换 热过程中，传热效率底，能量耗散大，与锅炉供热有同样的缺点。
[0003] 现有技术中还包括电加热方式，电加热容器中内装静止流体，给定加热功率，通过 一段时间来加热流体，即便这段时间可以计算得出，但是一般情况不需要此参数，也就没有 出现过相关的计算，依然没有实现预热量可控的目的。但对于天然气水合物浆体这一特殊 流体的预热，预热装置内的流体的速度、预热装置的性能等均有要求，其中，预热量的设定 决定流体预热的程度，因此，如何实现预热量可控是本领域技术人员急需解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种天然气水合物浆体用蛇形预热装置的预热 量的计算方法，该计算方法在流体流速确定的情况下，只需提供所需的加热功率，便能够直 接计算出预热量，通过温度表示出来，实现了预热量可控的目的。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
[0006] -种蛇形预热装置的预热量的计算方法，蛇形预热装置包括三段直管段和两段弯 管段连接形成"S"型的蛇形管，每段直管段两端分别设有一铜排，铜排与外设电源连接；预 热量的计算方法包括以下步骤：
[0007] (1)蛇形预热装置的强度设计计算：
[0008] ①计算直管段厚度；
[0009] ②计算弯管段厚度；
[0010] ③计算蛇形管的应力，并校核；
[0011] ④计算蛇形管压降；
[0012] (2)预热量计算：
[0013] ①根据蛇形管入口的温度及压力，查介质物性数据表，得到其入口焓值；
[0014] ②根据介质的质量流速及加热功率，计算蛇形管的出口焓值；
[0015] ③根据出口焓值、蛇形管入口压力和压降，查介质物性数据表，得到蛇形管1的出 口温度，即预热量。
[0016] 进一步地，上述技术方案中，步骤（1)的具体步骤如下：
[0017] ①计算直管段厚度：利用公式
【主权项】
1. 一种蛇形预热装置的预热量的计算方法，其特征在于，所述蛇形预热装置包括三段 直管段和两段弯管段连接形成"S"型的蛇形管，每段所述直管段两端分别设有一铜排，所述 铜排与外设电源连接；所述预热量的计算方法包括以下步骤： (1) 所述蛇形预热装置的强度设计计算： ① 计算直管段厚度； ② 计算弯管段厚度； ③ 计算所述蛇形管的应力，并校核； ④ 计算所述蛇形管压降； (2) 预热量计算： ① 根据所述蛇形管入口的温度及压力，查介质物性数据表，得 到其入口焓值； ② 根据介质的质量流速及加热功率，计算蛇形管的出口焓值； ③ 根据出口焓值、所述蛇形管入口压力和压降，查介质物性数 据表，得到所述蛇形管的出口温度，即预热量。
2. 根据权利要求1所述的一种蛇形预热装置的预热量的计算方法，其特征在于，步骤 (1)的具体步骤如下： ① 计算直管段厚度：利用公式
计算所述蛇形管直管段的壁厚的计算 厚度，并加入蛇形管钢材厚度的负偏差，选取相应厚度的钢材作为所述蛇形管的直管段； 其中，S为蛇形管直管段壁厚的计算厚度；p。为管内介质的工作压力；Di为管子内径； [〇 为管材的许用应力；巾为焊缝系数； ② 计算弯管段厚度：利用公式
计算所述蛇形管弯管段的壁厚的计算厚 度，并加入蛇形管钢材厚度的负偏差，选取相应厚度的钢材作为所述蛇形管的弯管段； 其中，V为蛇形管弯管的计算厚度；D。为管子外径；R为弯管段弯曲半径； ③ 计算所述蛇形管的应力：利用公式
对蛇形管进行应力校 核； 其中，〇1为管道的计算应力；Se-管子的有效厚度； ④ 计算所述蛇形管压降：利用公式
计算直管段的摩擦压降；利用公式
计算弯管段的压降，所述蛇形管的压降等于三个直管段的摩擦压降和两个弯管 段的压降之和。 其中，Aps为直管段摩阻压降；A3为沿程水力摩阻系数；1为直管长度；G为最大质量 流速；P为管内介质密度；Ap。为弯管处的压降；G。为局部阻力系数。
3. 根据权利要求1所述的一种蛇形预热装置的预热量的计算方法，其特征在于，步骤 (2)中所述蛇形管的出口焓值的计算公式为
其中，11_为蛇形管 出口焓值；hin为蛇形管入口焓值；Q为加热功率；G为最大流量;A为管道横截面积；W为质 量流速。
4.根据权利要求所述的一种蛇形预热装置的预热量的计算方法，其特征在于，还包括 电参数的计算：所述电参数的计算步骤如下： (1) 所述蛇形管的管壁平均温度tw，av计算： ① 利用公式
计算换热系数a，根据公Stw，in=tf，av+q_/a计算管 内壁温度tw，in; 其中，Re为流体的雷诺数，Pr为流体的普朗特数，根据定性温度查表，X为材料导热系 数； ② 根据公式
计算管外壁温度t_ut; ③ 根据公式
计算管壁平均温度tw，av; 其中，导热系数A= 14. 85+0. 014337 ?tw，av，qmax为最大热流密度，q为热流密度； (2) 电参数的计算： ① 根据所述蛇形管的管壁平均温度tw，av计算所述蛇形管的电阻率P; ② 利用公式：R=P1/SW、I= (E/R)72、U=IR分别所述蛇形预热装置的电参数；其中 SWS管道截面环形面积。
【专利摘要】本发明涉及一种蛇形预热装置的预热量的计算方法，蛇形预热装置包括三段直管段和两段弯管段连接形成“S”型的蛇形管，每段直管段两端分别设有一铜排，铜排与外设电源连接；预热量的计算方法包括以下步骤：(1)蛇形预热装置的强度设计计算：①计算直管段厚度；②计算弯管段厚度；③计算蛇形管的应力，并校核；④计算蛇形管压降；(2)预热量计算：①根据蛇形管入口的温度及压力，查介质物性数据表，得到其入口焓值；②计算蛇形管的出口焓值；③查介质物性数据表，得到蛇形管的出口温度，即预热量。本发明能够根据流体预热的要求，已知需要将介质加热到的温度，在流速确定的情况下，只需对应调整加热功率即可，实现预热量可控的目的。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104778350
【申请号】CN201510142012
【发明人】刘艳军, 代茂林, 赵金洲, 吴霁薇, 伍开松, 饶霁阳
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月27日