一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，屬于測溫技術領域。
【背景技術】
[0002] 雙層套管在許多換熱設備和部件中都有廣泛的應用，如管殼式換熱器、螺旋纏繞 管式換熱器等，兩種不同的流體分別在內管和外管中流動，逆向換熱，由此獲得較高的換熱 系數。在換熱系數的計算中，內管內壁溫度是必須的參數之一，但由于雙層套管結構復雜， 使得內管內壁溫度的測量較為困難。
[0003] 目前在雙層套管相關換熱器的設計中，通常忽略內管內、外壁面間的溫度梯度，直 接將相對容易測量的內管外壁溫度作為內管內壁溫度參與換熱系數的計算，導致換熱器設 計的偏差。即使在內管的外壁溫度測量中，也存在很多不足，如直接將溫度傳感器通過外管 插到內管外壁，沒有使其與周圍的殼側（雙層套管內、外管壁之間的流體通道定義為殼側） 流體隔離開，忽略了殼側流體的影響，導致測量的內管外壁溫度實為殼側流體的溫度。
【發明內容】
[0004] 針對上述問題，本發明的目的是提供一種測量結果更為準確的雙層套管內管內壁 溫度的測量方法。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種雙層套管內管內壁溫度的測量 方法，它包括以下步驟：1)建立雙層套管內管內壁溫度！\與內管外壁溫度TJ司的計算公 式；2)測量內管外壁溫度U)利用步驟1)得到的計算公式，結合步驟2)測量得到的內 管外壁溫度T。，獲得內管內壁溫度T 1。
[0006] 所述步驟1)中內管內壁溫度T1的計算公式的建立過程如下：
[0007] ①由殼側流體流量及進出口溫差，得到內管壁單位長度的換熱量Q1:
[0008] Q1=MkCpjkATk (1)
[0009] 上式中，。丨表不內管壁單位長度的換熱量；11<表不殼側單位長度管長內的質量流 量；C P,k表示殼側流體的定壓比熱；Δ T靡示殼側流體進出雙層套管的溫差；
[0010] ②將內管壁的傳熱簡化為半徑方向的一維穩態導熱，由此得到內管壁單位長度的 換熱量&的另一種表達式：
[0012] 上式中，ATg表示內管內、外壁之間的溫度梯度；λ表示內管的導熱系數A表示 內管內壁直徑；d 2表示內管外壁直徑；
[0013] ③由⑴式和⑵式聯立，得到內管內、外壁之間的溫度梯度八!；的表達式：
[0015] ④由于A 1；為內管內壁溫度T占內管外壁溫度T。的溫差，因此，得到內管內壁溫 度T1:
[0017] 所述步驟2)中內管外壁溫度Tci的測量步驟如下：①在雙層套管的測量截面上 布置至少三個銅套管，每一銅套管均穿過外管管壁且一端焊接在內管的外壁上，另一端焊 接一螺母；在每一銅套管的一側還設置有一抽真空管；②在每一銅套管中插入一溫度傳感 器，溫度傳感器背離感溫探頭的一端設置有外螺紋，溫度傳感器通過外螺紋與螺母的配合 固定在銅套管內，且感溫探頭與內管的外壁面緊密接觸；③用真空栗通過抽真空管將每一 銅套管內的空氣抽空后，利用各溫度傳感器分別測量內管外壁溫度；④取各溫度傳感器測 量結果的平均值作為的內管外壁溫度T ci的測量值。
[0018] 在所述步驟2)的所述步驟①中，每一所述銅套管還與所述外管的管壁焊接。
[0019] 在所述步驟2)的所述步驟②中，所述溫度傳感器的外螺紋與所述螺母配合后，在 螺紋配合處纏繞生料帶。
[0020] 在所述步驟2)的所述步驟①中，在每一所述抽真空管的末端設置一密封針閥。
[0021] 本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明充分考慮到了雙層套 管內管內、外壁之間的溫度梯度，在測量內管外壁溫度的基礎上，獲得內管內壁溫度，因此， 得到的內管內壁溫度結果更加準確。2、本發明在測量內管外壁溫度時，先用銅套管與內管 外壁焊接，再將溫度傳感器固定在銅套管內，由于銅套管將溫度傳感器的感溫探頭與殼側 流體進行了隔離，因此溫度傳感器測量得到的值即為內管外壁的溫度值，避免了殼側流體 對測量值的干擾。3、本發明在測量內管外壁溫度時，在測量截面上設置了至少三個的測量 點，測量結果取多個測量點測得的平均值，可有效減小測量的偶然誤差。4、本發明在利用溫 度傳感器測量內管外壁溫度前，通過真空栗排出銅套管內的空氣，使感溫探頭在真空環境 下進行測量，進一步保證測量結果的準確性。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明測量內管外壁溫度時所用裝置的布置示意圖；
[0023] 圖2是本發明所用的溫度傳感器的示意圖；
[0024] 圖3是本發明所用的溫度傳感器固定在銅套管內的示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0026] 本發明提出了一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，包括以下步驟：
[0027] 1)建立雙層套管內管內壁溫度的計算公式，具體過程如下：
[0028] ①由殼側流體流量及進出口溫差，得到內管壁單位長度的換熱量Q1:
[0029] qi=MkCPikATk (I)
[0030] 上式中，qi表不內管壁單位長度的換熱量;M1^不殼側單位長度管長內的質量流 量；C P,k表示殼側流體的定壓比熱；Δ T靡示殼側流體進出雙層套管的溫差。
[0031] ②將內管壁的傳熱簡化為半徑方向的一維穩態導熱，由此得到內管壁單位長度的 換熱量&的另一種表達式：
[
[0033] 上式中，ATg表示內管內、外壁之間的溫度梯度；λ表示內管的導熱系數A表示 內管內壁直徑；d 2表示內管外壁直徑。
[0034] ③由（1)式和⑵式聯立，得到內管內、外壁之間的溫度梯度八!；的表達式：
[0036] ④由于八1；為內管內壁溫度T占內管外壁溫度T。的溫差，因此，得到內管內壁溫 度T1:
[
[0038] 2)測量內管外壁溫度Tci,具體過程如下：
[0039] ①如圖1所示，在雙層套管的測量截面上布置至少三個銅套管1，每一銅套管1均 穿過外管2管壁且一端焊接在內管3的外壁上，另一端焊接一螺母4 ;在每一銅套管1的一 側還設置有一抽真空管5。
[0040] ②在每一銅套管1中插入一溫度傳感器6 (如圖2所示），溫度傳感器6背離感溫 探頭7的一端設置有外螺紋8,溫度傳感器6通過外螺紋8與螺母4的配合固定在銅套管1 內，且感溫探頭6與內管3的外壁面緊密接觸（如圖3所示）。
[0041] ③用真空栗通過抽真空管5將每一銅套管1內的空氣抽空后，利用各溫度傳感器 6分別測量內管外壁溫度。
[0042] ④取步驟③各溫度傳感器6測量結果的平均值作為的內管外壁溫度Tci的測量值。
[0043] 3)利用步驟1)得到的公式（4)，結合步驟2)測量得到的內管外壁溫度Tci,獲得內 管內壁溫度T 1。
[0044] 在一個優選的實施例中，步驟2)的①中，每一銅套管1還與外管2的管壁焊接，以 保證外管2的密封性。
[0045] 在一個優選的實施例中，步驟2)的②中，溫度傳感器6的外螺紋8與螺母4配合 后，在螺紋配合處纏繞生料帶，以保證銅套管1的密封性。
[0046] 在一個優選的實施例中，在步驟2)的①中，每一抽真空管5的末端設置一密封針 閥9〇
[0047] 上述各實施例僅用于說明本發明，其中方法的實施步驟等都是可以有所變化的，凡是 在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護范圍之外。
【主權項】
1. 一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，它包括以下步驟： 1) 建立雙層套管內管內壁溫度!\與內管外壁溫度T。間的計算公式； 2) 測量內管外壁溫度T。； 3) 利用步驟1)得到的計算公式，結合步驟2)測量得到的內管外壁溫度?；，獲得內管 內壁溫度!\。2. 如權利要求1所述的一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，其特征在于：所述步 驟1)中內管內壁溫度1\的計算公式的建立過程如下： ① 由殼側流體流量及進出口溫差，得到內管壁單位長度的換熱量q1: qi=MkCP，kATk (1) 上式中，qi表示內管壁單位長度的換熱量；Mk表示殼側單位長度管長內的質量流量；CPik表示殼側流體的定壓比熱；△^表示殼側流體進出雙層套管的溫差； ② 將內管壁的傳熱簡化為半徑方向的一維穩態導熱，由此得到內管壁單位長度的換熱 量化的另一種表達式：上式中，ATg表示內管內、外壁之間的溫度梯度；λ表示內管的導熱系數；(^表示內管 內壁直徑；d2表示內管外壁直徑； ③ 由⑴式和⑵式聯立，得到內管內、外壁之間的溫度梯度八1；的表達式：④ 由于A1；為內管內壁溫度1\與內管外壁溫度?\的溫差，因此，得到內管內壁溫度 Τ1：3. 如權利要求1或2所述的一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，其特征在于：所 述步驟2)中內管外壁溫度?；的測量步驟如下： ① 在雙層套管的測量截面上布置至少三個銅套管，每一銅套管均穿過外管管壁且一端 焊接在內管的外壁上，另一端焊接一螺母；在每一銅套管的一側還設置有一抽真空管； ② 在每一銅套管中插入一溫度傳感器，溫度傳感器背離感溫探頭的一端設置有外螺 紋，溫度傳感器通過外螺紋與螺母的配合固定在銅套管內，且感溫探頭與內管的外壁面緊 密接觸； ③ 用真空栗通過抽真空管將每一銅套管內的空氣抽空后，利用各溫度傳感器分別測量 內管外壁溫度； ④ 取各溫度傳感器測量結果的平均值作為的內管外壁溫度?；的測量值。4. 如權利要求3所述的一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，其特征在于：在所述 步驟2)的所述步驟①中，每一所述銅套管還與所述外管的管壁焊接。5. 如權利要求3所述的一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，其特征在于：在所述 步驟2)的所述步驟②中，所述溫度傳感器的外螺紋與所述螺母配合后，在螺紋配合處纏繞 生料帶。6. 如權利要求3所述的一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，其特征在于：在所述 步驟2)的所述步驟①中，在每一所述抽真空管的末端設置一密封針閥。
【專利摘要】本發明涉及一種雙層套管內管內壁溫度的測量方法，它包括以下步驟：1)建立雙層套管內管內壁溫度Ti與內管外壁溫度To間的計算公式；2)測量內管外壁溫度To；3)利用步驟1)得到的計算公式，結合步驟2)測量得到的內管外壁溫度To，獲得內管內壁溫度Ti。本發明充分考慮到了雙層套管內管內、外壁之間的溫度梯度，在測量內管外壁溫度的基礎上，獲得內管內壁溫度，因此，得到的內管內壁溫度結果更加準確。
【IPC分類】G01K13/00
【公開號】CN105300556
【申請號】CN201510691098
【發明人】陳杰, 浦暉, 鹿來運, 密曉光, 郈愛杰, 姜益強, 蔡偉華
【申請人】中海石油氣電集團有限責任公司, 哈爾濱工業大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月22日