CN105300556A - 一种双层套管内管内壁温度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双层套管内管内壁温度的测量方法，它包括以下步骤：1)建立双层套管内管内壁温度T_i与内管外壁温度T_o间的计算公式；2)测量内管外壁温度T_o；3)利用步骤1)得到的计算公式，结合步骤2)测量得到的内管外壁温度T_o，获得内管内壁温度T_i。本发明充分考虑到了双层套管内管内、外壁之间的温度梯度，在测量内管外壁温度的基础上，获得内管内壁温度，因此，得到的内管内壁温度结果更加准确。

Description

一种双层套管内管内壁温度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种双层套管内管内壁温度的测量方法，属于测温技术领域。

背景技术

双层套管在许多换热设备和部件中都有广泛的应用，如管壳式换热器、螺旋缠绕管式换热器等，两种不同的流体分别在内管和外管中流动，逆向换热，由此获得较高的换热系数。在换热系数的计算中，内管内壁温度是必须的参数之一，但由于双层套管结构复杂，使得内管内壁温度的测量较为困难。

目前在双层套管相关换热器的设计中，通常忽略内管内、外壁面间的温度梯度，直接将相对容易测量的内管外壁温度作为内管内壁温度参与换热系数的计算，导致换热器设计的偏差。即使在内管的外壁温度测量中，也存在很多不足，如直接将温度传感器通过外管插到内管外壁，没有使其与周围的壳侧(双层套管内、外管壁之间的流体通道定义为壳侧)流体隔离开，忽略了壳侧流体的影响，导致测量的内管外壁温度实为壳侧流体的温度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量结果更为准确的双层套管内管内壁温度的测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种双层套管内管内壁温度的测量方法，它包括以下步骤：1)建立双层套管内管内壁温度T_i与内管外壁温度T_o间的计算公式；2)测量内管外壁温度T_o；3)利用步骤1)得到的计算公式，结合步骤2)测量得到的内管外壁温度T_o，获得内管内壁温度T_i。

所述步骤1)中内管内壁温度T_i的计算公式的建立过程如下：

①由壳侧流体流量及进出口温差，得到内管壁单位长度的换热量q_l：

q_l＝M_kC_P,kΔT_k(1)

上式中，q_l表示内管壁单位长度的换热量；M_k表示壳侧单位长度管长内的质量流量；C_P,k表示壳侧流体的定压比热；ΔT_k表示壳侧流体进出双层套管的温差；

②将内管壁的传热简化为半径方向的一维稳态导热，由此得到内管壁单位长度的换热量q_l的另一种表达式：

$q_l=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_g}{\frac{1}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}ln\frac{d_2}{d_1}}---\left(2\right)$

上式中，ΔT_g表示内管内、外壁之间的温度梯度；λ表示内管的导热系数；d₁表示内管内壁直径；d₂表示内管外壁直径；

③由(1)式和(2)式联立，得到内管内、外壁之间的温度梯度ΔT_g的表达式：

${\mathrm{\ΔT}}_g=\frac{M_k{C}_{P,k}{\mathrm{\ΔT}}_{k}ln\frac{d_2}{d_1}}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}---\left(3\right)$

④由于ΔT_g为内管内壁温度T_i与内管外壁温度T_o的温差，因此，得到内管内壁温度T_i：

$T_i=\frac{M_k{C}_{P,k}{\mathrm{\ΔT}}_{k}ln\frac{d_2}{d_1}}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}+T_o---\left(4\right)$

所述步骤2)中内管外壁温度T_o的测量步骤如下：①在双层套管的测量截面上布置至少三个铜套管，每一铜套管均穿过外管管壁且一端焊接在内管的外壁上，另一端焊接一螺母；在每一铜套管的一侧还设置有一抽真空管；②在每一铜套管中插入一温度传感器，温度传感器背离感温探头的一端设置有外螺纹，温度传感器通过外螺纹与螺母的配合固定在铜套管内，且感温探头与内管的外壁面紧密接触；③用真空泵通过抽真空管将每一铜套管内的空气抽空后，利用各温度传感器分别测量内管外壁温度；④取各温度传感器测量结果的平均值作为的内管外壁温度T_o的测量值。

在所述步骤2)的所述步骤①中，每一所述铜套管还与所述外管的管壁焊接。

在所述步骤2)的所述步骤②中，所述温度传感器的外螺纹与所述螺母配合后，在螺纹配合处缠绕生料带。

在所述步骤2)的所述步骤①中，在每一所述抽真空管的末端设置一密封针阀。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明充分考虑到了双层套管内管内、外壁之间的温度梯度，在测量内管外壁温度的基础上，获得内管内壁温度，因此，得到的内管内壁温度结果更加准确。2、本发明在测量内管外壁温度时，先用铜套管与内管外壁焊接，再将温度传感器固定在铜套管内，由于铜套管将温度传感器的感温探头与壳侧流体进行了隔离，因此温度传感器测量得到的值即为内管外壁的温度值，避免了壳侧流体对测量值的干扰。3、本发明在测量内管外壁温度时，在测量截面上设置了至少三个的测量点，测量结果取多个测量点测得的平均值，可有效减小测量的偶然误差。4、本发明在利用温度传感器测量内管外壁温度前，通过真空泵排出铜套管内的空气，使感温探头在真空环境下进行测量，进一步保证测量结果的准确性。

附图说明

图1是本发明测量内管外壁温度时所用装置的布置示意图；

图2是本发明所用的温度传感器的示意图；

图3是本发明所用的温度传感器固定在铜套管内的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提出了一种双层套管内管内壁温度的测量方法，包括以下步骤：

1)建立双层套管内管内壁温度的计算公式，具体过程如下：

①由壳侧流体流量及进出口温差，得到内管壁单位长度的换热量q_l：

q_l＝M_kC_P,kΔT_k(1)

上式中，q_l表示内管壁单位长度的换热量；M_k表示壳侧单位长度管长内的质量流量；C_P,k表示壳侧流体的定压比热；ΔT_k表示壳侧流体进出双层套管的温差。

②将内管壁的传热简化为半径方向的一维稳态导热，由此得到内管壁单位长度的换热量q_l的另一种表达式：

$q_l=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_g}{\frac{1}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}ln\frac{d_2}{d_1}}---\left(2\right)$

上式中，ΔT_g表示内管内、外壁之间的温度梯度；λ表示内管的导热系数；d₁表示内管内壁直径；d₂表示内管外壁直径。

③由(1)式和(2)式联立，得到内管内、外壁之间的温度梯度ΔT_g的表达式：

${\mathrm{\ΔT}}_g=\frac{M_k{C}_{P,k}{\mathrm{\ΔT}}_{k}ln\frac{d_2}{d_1}}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}---\left(3\right)$

④由于ΔT_g为内管内壁温度T_i与内管外壁温度T_o的温差，因此，得到内管内壁温度T_i：

$T_i=\frac{M_k{C}_{P,k}{\mathrm{\ΔT}}_{k}ln\frac{d_2}{d_1}}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}+T_o---\left(4\right)$

2)测量内管外壁温度T_o，具体过程如下：

①如图1所示，在双层套管的测量截面上布置至少三个铜套管1，每一铜套管1均穿过外管2管壁且一端焊接在内管3的外壁上，另一端焊接一螺母4；在每一铜套管1的一侧还设置有一抽真空管5。

②在每一铜套管1中插入一温度传感器6(如图2所示)，温度传感器6背离感温探头7的一端设置有外螺纹8，温度传感器6通过外螺纹8与螺母4的配合固定在铜套管1内，且感温探头6与内管3的外壁面紧密接触(如图3所示)。

③用真空泵通过抽真空管5将每一铜套管1内的空气抽空后，利用各温度传感器6分别测量内管外壁温度。

④取步骤③各温度传感器6测量结果的平均值作为的内管外壁温度T_o的测量值。

3)利用步骤1)得到的公式(4)，结合步骤2)测量得到的内管外壁温度T_o，获得内管内壁温度T_i。

在一个优选的实施例中，步骤2)的①中，每一铜套管1还与外管2的管壁焊接，以保证外管2的密封性。

在一个优选的实施例中，步骤2)的②中，温度传感器6的外螺纹8与螺母4配合后，在螺纹配合处缠绕生料带，以保证铜套管1的密封性。

在一个优选的实施例中，在步骤2)的①中，每一抽真空管5的末端设置一密封针阀9。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种双层套管内管内壁温度的测量方法，它包括以下步骤：

1)建立双层套管内管内壁温度T_i与内管外壁温度T_o间的计算公式；

2)测量内管外壁温度T_o；

3)利用步骤1)得到的计算公式，结合步骤2)测量得到的内管外壁温度T_o，获得内管内壁温度T_i。

2.如权利要求1所述的一种双层套管内管内壁温度的测量方法，其特征在于：所述步骤1)中内管内壁温度T_i的计算公式的建立过程如下：

①由壳侧流体流量及进出口温差，得到内管壁单位长度的换热量q_l：

q_l＝M_kC_P,kΔT_k(1)

上式中，q_l表示内管壁单位长度的换热量；M_k表示壳侧单位长度管长内的质量流量；C_P,k表示壳侧流体的定压比热；ΔT_k表示壳侧流体进出双层套管的温差；

②将内管壁的传热简化为半径方向的一维稳态导热，由此得到内管壁单位长度的换热量q_l的另一种表达式：

$q_l=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_g}{\frac{1}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}ln\frac{d_2}{d_1}}---\left(2\right)$

上式中，ΔT_g表示内管内、外壁之间的温度梯度；λ表示内管的导热系数；d₁表示内管内壁直径；d₂表示内管外壁直径；

③由(1)式和(2)式联立，得到内管内、外壁之间的温度梯度ΔT_g的表达式：

${\mathrm{\ΔT}}_g=\frac{M_k{C}_{P,k}{\mathrm{\ΔT}}_{k}ln\frac{d_2}{d_1}}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}---\left(3\right)$

④由于ΔT_g为内管内壁温度T_i与内管外壁温度T_o的温差，因此，得到内管内壁温度T_i：

$T_i=\frac{M_k{C}_{P,k}{\mathrm{\ΔT}}_{k}ln\frac{d_2}{d_1}}{2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}}+T_o.---\left(4\right)$

3.如权利要求1或2所述的一种双层套管内管内壁温度的测量方法，其特征在于：所述步骤2)中内管外壁温度T_o的测量步骤如下：

①在双层套管的测量截面上布置至少三个铜套管，每一铜套管均穿过外管管壁且一端焊接在内管的外壁上，另一端焊接一螺母；在每一铜套管的一侧还设置有一抽真空管；

②在每一铜套管中插入一温度传感器，温度传感器背离感温探头的一端设置有外螺纹，温度传感器通过外螺纹与螺母的配合固定在铜套管内，且感温探头与内管的外壁面紧密接触；

③用真空泵通过抽真空管将每一铜套管内的空气抽空后，利用各温度传感器分别测量内管外壁温度；

④取各温度传感器测量结果的平均值作为的内管外壁温度T_o的测量值。

4.如权利要求3所述的一种双层套管内管内壁温度的测量方法，其特征在于：在所述步骤2)的所述步骤①中，每一所述铜套管还与所述外管的管壁焊接。

5.如权利要求3所述的一种双层套管内管内壁温度的测量方法，其特征在于：在所述步骤2)的所述步骤②中，所述温度传感器的外螺纹与所述螺母配合后，在螺纹配合处缠绕生料带。

6.如权利要求3所述的一种双层套管内管内壁温度的测量方法，其特征在于：在所述步骤2)的所述步骤①中，在每一所述抽真空管的末端设置一密封针阀。