CN109632877A - 一种管道表面传热系数的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道表面传热系数的测量装置，包括管道实验电路装置和温度传感器，管道实验电路装置包括交流电源、滑动变阻器、电流表、电压表和电发热板，电发热板外部设有绝热层，电发热板包括外侧面和内侧面，外侧面和内侧面连接温度传感器，滑动变阻器调节电路电阻，使电发热板外侧面温度与被测管道表面温度相近，电流表和电压表测量并显示电路的电流值和电压值；本发明还公开了管道表面传热系数的测量方法，本发明的测量装置与管道表面不直接接触，不影响管道正常工作，可以放置在管道任意方向，任意角度测定管道表面传热系数，无需设定封闭的环境，不依靠经验公式取值计算，方便快捷。

Description

一种管道表面传热系数的测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于管道表面测量技术领域，具体涉及一种管道表面传热系数的测量装置及测量方法。

背景技术

在石油天然气行业中，越来越多工业管道需要进行绝热处理，如蒸汽管道和LNG管道都需要绝热。绝热材料破损或长期使用过程中会出现绝热效果下降的情况，影响管道正常运行，严重时造成重大事故。管道漏热量是判定管道绝热效果好坏的重要依据，管道漏热量主要包括对流传热和辐射传热两部分，不同传热方式的传热系数都有相对应的经验公式，目前针对不同绝热管道，不同安装方向(水平、垂直、倾斜)，不同环境状况都会对对流传热系数和辐射传热系数计算带来误差，同时管道的安装方向不同，对流传热系数和辐射传热系数的计算公式都不相同。因此，经验公式计算具有不准确性，经验公式中包含一部分依据经验选取的参数，如空气普朗特数、空气运动粘度等，并且经验公式没有全面考虑到管道安装方向的问题，这都不能确保管道表面总传热系数计算的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种管道表面传热系数的测量装置及测量方法，设计一种非接触式的管道表面传热系数的测量装置和测量方法，可快速、准确得到管道表面传热系数，进而确定管道的漏热量，判断管道绝热效果，及时采取相关措施，保证管道安全运行。

本发明的目的是这样实现的：一种管道表面传热系数的测量装置，包括管道实验电路装置和温度传感器，所述管道实验电路装置包括依次顺序连接的交流电源、滑动变阻器、电流表、电压表和电发热板，所述电发热板的外部设置有绝热层，电发热板包括置于大气环境内的外侧面和由绝热层包裹的内侧面，所述外侧面和内侧面上连接温度传感器，用于测量并显示外侧面和内侧面的温度，所述滑动变阻器用于调节电路电阻，使所述电发热板外侧面的温度与被测管道表面温度相近，所述电流表和电压表分别用于在所述滑动变阻器每次调节完所述电发热板外侧面的温度与被测管道表面温度相近时，测量并显示电路的电流值和电压值。

进一步的，所述电发热板为固定有发热电阻丝的金属板，所述金属板材质为哑光不锈钢。

进一步的，所述绝热层材料为导热系数低于0.05W/m²的材料。

进一步的，所述温度传感器为热电偶式传感器或热电阻式传感器。。

为实现本发明的目的，还提供了一种使用管道表面传热系数的测量装置进行测量的方法，包括以下步骤：

S1、首先采用测量设备读取管道表面温度；

S2、接通电源，调节管道实验电路装置的滑动变阻器，使发热电阻丝升温，通过观测金属板外侧面温度传感器的读数，使外侧面温度与管道表面温度相近；

S3、将金属板外侧面平行于管道测量表面放置，测量金属板的表面传热系数，当金属板外侧面温度与S1中测得的管道表面温度相同或相近时，开始采集金属板内侧、外侧温度传感器读数及电流表、电压表读数；

S4、换个方位继续测量三次，然后根据测量得到的电压值、电流值、金属板内侧面、外侧面的温度差，再结合所述金属板的面积，计算分别得到金属板表面四个位置的传热系数，取四个值的平均值，得到金属板表面传热系数，即管道表面传热系数；

进一步的，所述S4中的传热系数K采用如下公式计算：

其中：U为电压，I为电流，A为金属板面积，

△T—金属板内侧、外侧温度差

进一步的，所述S1中的测量设备为温度计或红外线测温仪。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的测量装置与管道表面不直接接触，采用的是一种非接触式的管道表面传热系数的测量装置，不影响管道正常工作，测量装置小巧、携带方便、操作简单。

2、本发明的测量装置可以放置在管道任意方向，任意角度测定管道表面传热系数，确保对流传热系数的准确性，进而计算漏热量，判断管道绝热效果，及时采取相关措施，保证管道安全运行。

3、本发明的测量装置能准确测定出当前环境下管道表面传热系数，无需设定封闭的环境，能测定任何环境下，包括室外和室内管道的表面传热系数，不依靠经验公式取值计算，方便快捷。

附图说明

图1是本发明测量装置的结构示意图；

图2是本发明测量装置测量时放置于管道表面的位置示意图；

附图标记

附图中，1为交流电源，2为滑动变阻器，3为电流表，4为电压表，5为电发热板，6为温度传感器，7为绝热层，8为管道，9为外侧面温度

10为内侧面温度，51为发热电阻丝，52为金属板，

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明，图1、图2中箭头所示的方向为大气环境。

参见图1，一种管道表面传热系数的测量装置，包括管道实验电路装置和温度传感器6，所述管道实验电路装置包括依次顺序连接的交流电源1、滑动变阻器2、电流表3、电压表4和电发热板5，所述电发热板5的外部设置有绝热层7，电发热板5包括置于大气环境内的外侧面和由绝热层7包裹的内侧面，所述外侧面和内侧面上连接温度传感器6，用于测量并显示外侧面和内侧面的温度9、10，所述滑动变阻器2用于调节电路电阻，使所述电发热板5外侧面温度9与被测管道8表面温度相近，所述电流表3和电压表4分别用于在所述滑动变阻器2每次调节完所述电发热板5外侧面温度9与被测管道8表面温度相近时，测量并显示电路的电流值和电压值。

在本实施例中，所述电发热板5为固定有发热电阻丝51的金属板52，所述金属板52采用哑光不锈钢材质，发热电阻丝采用不易氧化的材质，如康铜、镍铬等。通过滑动变阻器调节电路电阻，接通电源使发热电阻丝51发热，金属板52温度升高，直至金属板外侧面温度9与被测管道表面温度相近。

在本实施例中，所述绝热层7采用导热系数低于0.05W/m²的材料，如聚氨酯、挤塑聚苯板等，交流电源为普通的220V/380V电源。

在本实施例中，所述温度传感器采用热电偶式传感器或热电阻式传感器。

利用本发明的测量装置对管道表面传热系数进行测量的方法，包括以下步骤：

S1、首先采用测量设备读取管道表面温度，测量设备可以采用温度计或红外线测温仪；

S2、接通电源，调节管道实验电路装置的滑动变阻器，使发热电阻丝升温，通过观测金属板外侧面温度传感器的读数，使外侧面温度与管道表面温度相近；

S3、按照图2所示的布置方式，将金属板外侧面平行于管道测量表面放置，测量金属板的表面传热系数，当金属板外侧面温度9与S1中测得的管道表面温度相同或相近时，开始采集金属板内侧面、外侧面温度传感器读数及电流表、电压表读数；

S4、换个方位继续测量三次，然后根据测量得到的电压值、电流值、金属板内侧面、外侧面温度差，再结合所述金属板的面积，计算分别得到金属板表面四个位置的传热系数K1、K2、K3、K4，取四个值的平均值，得到金属板表面传热系数K，即管道表面传热系数，为保证结果的准确性，可以根据被测管道安装位置分不同方位多次测量金属板表面传热系数求取平均值。

在本实施例中，S4中的传热系数K采用如下公式计算：

其中：U为电压，I为电流，A为金属板面积，

△T—金属板内侧、外侧温度差

由于测量装置与被测管道在同一环境下且金属板外侧面温度9与被测管道表面温度相同或相近，可以确定本测量方法测得的金属板表面传热系数和被测管道表面传热系数一致。

本发明的测量装置是一种非接触式的管道表面传热系数的测定技术，不影响管道正常工作，装置小巧、携带方便、操作简单。可以放置在管道任意方向，任意角度测定管道表面传热系数，确保对流传热系数的准确性，进而计算漏热量，判断管道绝热效果，及时采取相关措施，保证管道安全运行。通过该测量装置和测量方法能准确测定出当前环境下管道表面总传热系数，方便快捷，能测定任何环境下管道的表面传热系数，不依靠经验公式取值计算。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种管道表面传热系数的测量装置，包括管道实验电路装置和温度传感器，其特征在于：所述管道实验电路装置包括依次顺序连接的交流电源、滑动变阻器、电流表、电压表和电发热板，所述电发热板的外部设置有绝热层，电发热板包括置于大气环境内的外侧面和由绝热层包裹的内侧面，所述外侧面和内侧面上连接温度传感器，用于测量并显示外侧面和内侧面的温度，所述滑动变阻器用于调节电路电阻，使所述电发热板外侧面的温度与被测管道表面温度相近，所述电流表和电压表分别用于在所述滑动变阻器每次调节完所述电发热板外侧面的温度与被测管道表面温度相近时，测量并显示电路的电流值和电压值。

2.根据权利要求1所述的一种管道表面传热系数的测量装置，其特征在于：所述电发热板为固定有发热电阻丝的金属板，所述金属板材质为哑光不锈钢。

3.根据权利要求2所述的一种管道表面传热系数的测量装置，其特征在于：所述绝热层材料为导热系数低于0.05W/m²的材料。

4.根据权利要求2所述的一种管道表面传热系数的测量装置，其特征在于：所述温度传感器为热电偶式传感器或热电阻式传感器。

5.一种使用如权利要求2-4任一所述的管道表面传热系数的测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先采用测量设备读取管道表面温度；

S2、接通电源，调节管道实验电路装置的滑动变阻器，使发热电阻丝升温，通过观测金属板外侧面温度传感器的读数，使外侧面温度与管道表面温度相近；

S3、将金属板外侧面平行于管道测量表面放置，测量金属板的表面传热系数，当金属板外侧面温度与S1中测得的管道表面温度相同或相近时，开始采集金属板内侧、外侧温度传感器读数及电流表、电压表读数；

S4、换方位继续测量三次，根据测量得到的电压值、电流值、金属板内侧面、外侧面的温度差，再结合所述金属板的面积，计算分别得到金属板表面四个位置的传热系数，取四个值的平均值，得到金属板表面传热系数，即管道表面传热系数。

6.根据权利要求5所述的管道表面传热系数的测量装置进行测量的方法，其特征在于，所述S4中的传热系数K采用如下公式计算：

其中：U为电压，I为电流，A为金属板面积，

△T—金属板内侧、外侧温度差。

7.根据权利要求5所述的管道表面传热系数的测量装置进行测量的方法，其特征在于:所述S1中的测量设备为温度计或红外线测温仪。