[發明專利]液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源管道設計方法

有效

• 申請號: 201710833522.3
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107631104B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 陳孝元;陳宇
• 申請（專利權）人: 四川師范大學
• 主分類號: F16L9/18
• 分類號: F16L9/18;F16L59/14;G06F17/50;H01B12/06;H02G3/04
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓;韓洋

1.一種液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源管道設計方法，其特征在于，包括以下步驟，

1)確定液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源管道的構造；其中，液化頁巖氣傳輸管道同軸設置在超導直流電纜的內部，所述超導直流電纜同軸設置在液氮傳輸管道的內部；而且，所述液化頁巖氣傳輸管道包括內管、外管、內管與外管之間的真空夾層以及所述真空夾層內的絕熱材料；所述液氮傳輸管道包括內管、外管、內管與外管之間的真空夾層以及所述真空夾層內的絕熱材料；所述超導直流電纜包括金屬銅骨架和繞制在金屬銅骨架上的超導導線；其中，所述液化頁巖氣傳輸管道的外管通過若干個金屬支撐架與所述液氮傳輸管道的內管相連，而且所述液化頁巖氣傳輸管道的外管通過若干個非金屬支撐架與所述超導直流電纜的金屬銅骨架相連；且所述液化頁巖氣傳輸管道和所述液氮傳輸管道的內管與外管均由不銹鋼制成；

2)確定液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源管道的預設性能參數和允許工作條件；包括：單位傳輸時間內液化頁巖氣的流量質量為液化頁巖氣的初始壓強為P₁，單位傳輸長度內液化頁巖氣的最大允許壓降為液化頁巖氣的初始溫度為T₁，單位傳輸長度內液化頁巖氣的最大允許溫差為單位運行時間內液化頁巖氣傳輸管道的最大允許真空度變化率為液氮的初始壓強為P₂，單位傳輸長度內液氮的最大允許壓降為液氮的初始溫度為T₂，單位傳輸長度內液氮的最大允許溫差為單位運行時間內液氮傳輸管道的最大允許真空度變化率為復合能源管道外的大氣壓強為P₃，復合能源管道外的大氣溫度為T₃，液氮傳輸管道泄漏到外界大氣中的漏熱功率為q₁，超導直流電纜的損耗功率為q₂；

3)確定大容量液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源管道的設計參數；包括：所述液化頁巖氣傳輸管道的內管的內徑D₀、外徑D₁和厚度S₁，所述液化頁巖氣傳輸管道的外管的內徑D₂、外徑D₃和厚度S₂，所述液化頁巖氣傳輸管道的真空夾層的厚度δ₁，所述液化頁巖氣傳輸管道的絕熱材料的厚度δ₂，所述液氮傳輸管道的內管的內徑D₄、外徑D₅和厚度S₃，所述液氮傳輸管道的外管的內徑D₆、外徑D₇和厚度S₄，所述液氮傳輸管道的真空夾層的厚度δ₃，所述液氮傳輸管道的絕熱材料的厚度δ₄，單位傳輸時間內液氮的流量質量所述液氮傳輸管道泄漏到所述液化頁巖氣傳輸管道中的漏熱功率q₃；

根據D₀與函數關系，確定D₀的數值：

其中，ρ₁為液化頁巖氣的密度；f₁為液化頁巖氣的摩擦系數，而且，

其中，μ₁為液化頁巖氣的動力粘度；v₁為液化頁巖氣的傳輸速度；

根據q₃與D₀的函數關系，確定q₃的數值：

其中，C₁為液化頁巖氣的比熱容；

根據S₁與P₁、D₀的函數關系，確定S₁的數值：

其中，σ為不銹鋼材料的許應應力；為不銹鋼材料的焊縫系數；所述液化頁巖氣傳輸管道的內管的外徑D₁等于D₀+2S₁；

根據δ₁與T₁、T₂、q₃、D₁的函數關系，確定δ₁的數值：

其中，λ為絕熱材料的熱導率；

根據δ₂與δ₁、D₁的函數關系，確定δ₂的數值：

其中，g₁為絕熱材料的放氣率；g₂為不銹鋼管的放氣率；

當δ₁≤δ₂時，絕熱材料的厚度設置為δ₁，且真空夾層的厚度設置為δ₂，所述液化頁巖氣傳輸管道的外管的內徑D₂等于D₁+2δ₂；當δ₁>δ₂時，絕熱材料的厚度設置為δ₁，且真空夾層的厚度也設置為δ₁，所述液化頁巖氣傳輸管道的外管的內徑D₂等于D₁+2δ₁；

根據S₂與P₂、D₂的函數關系，確定S₂的數值：

其中，m為不銹鋼材料的穩定系數；E為不銹鋼材料的彈性模量；L為不銹鋼管的長度；所述液化頁巖氣傳輸管道的外管的外徑D₃等于D₂+2S₂；

根據D₄與D₃函數關系，確定D₄與的第一個數值關系方程：

其中，ρ₂為液氮的密度；f₂為液氮的摩擦系數，而且，

其中，μ₂為液氮的動力粘度；v₂為液氮的傳輸速度；

根據與q₁、q₂、D₃、D₄的函數關系，確定D₄與的第二個數值關系方程：

其中，C₂為液氮的比熱容；

聯立D₃與的兩個數值關系方程，求解出D₄與的數值大??；

根據S₃與P₂、D₄的函數關系，確定S₃的數值：

所述液氮傳輸管道的內管的外徑D₅等于D₄+2S₃；

根據δ₃與T₂、T₃、q₁、D₅的函數關系，確定δ₃的數值：

根據δ₄與δ₃、D₅的函數關系，確定δ₄的數值：

當δ₃≤δ₄時，絕熱材料的實際厚度設置為δ₃，且真空夾層的實際厚度設置為δ₄，所述液氮傳輸管道的外管的內徑D₆等于D₅+2δ₄；當δ₃>δ₄時，絕熱材料的實際厚度設置為δ₃，且真空夾層的實際厚度也設置為δ₃，所述液氮傳輸管道的外管的內徑D₆等于D₅+2δ₃；

根據S₄與P₃、D₆的函數關系，確定S₄的數值：

所述液氮傳輸管道的外管的外徑D₇等于D₆+2S₄。