船用舱柜加热蒸汽用量及加热盘管面积的确定方法

摘要

本发明公开了一种船用舱柜加热蒸汽用量及加热盘管面积的确定方法，涉及船柜蒸汽加热盘管设计技术领域。本发明按照被加热介质初始/结束温度的计算结果进行多次迭代计算，将结果尽可能趋向于理想值，得到准确的蒸汽消耗量与需要的加热盘管面积数据，用于后续的设计工作。本方法比原有的估算方式更为精准，降低材料和设备能力的浪费，减少设计时间实现准确设计，提高了工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及船柜蒸汽加热盘管设计技术领域，尤其涉及一种船用舱柜加热蒸汽用量及加热盘管面积的确定方法。

背景技术

随着国际贸易的增长，其中占主要运输工具的船舶数量也随着增加。为了保证船舶的续航能力，都配有重燃油舱，以某型21万吨远洋散货船为例，重燃油舱容积约为5000立方米。由于重燃油粘度比较高，需要在使用前对其加热，因此需要布置大量的蒸汽加热盘管来对燃油舱进行加热。某些原油船，还需要在所有的货油舱布置加热盘管，加热盘管的数量是极其巨大的。

现阶段已发行的各种工艺手册中只有加热盘管经验估算公式，计算的结果有很大冗余。目前只能按照最不利的参数作为计算输入值，导致蒸汽消耗量与需要的盘管面积的结果偏大。

因为加热盘管加热过程是非稳态导热的，即温度场是随时间而变化的。例如，室外空气温度和太阳辐射的周期性变化所引起房屋围护结构(墙壁、屋顶等)温度场随时间的变化；采暖设备间歇供暖时引起墙内温度随时间的变化，这些都是非稳态导热过程。按照过程进行的特点，非稳态导热过程可以分为周期性的和瞬态的两大类。

在瞬态导热过程中，物体的温度随时间不断地升高(加热过程)或降低 (冷却过程)，在经历一定时间之后，物体的温度逐渐趋近于周围介质的温度，最终达到热平衡。

物体的加热或冷却过程中温度分布的变化可以划分为三个阶段。第一阶段是过程开始的一段时间，它的特点是温度变化从边界面逐渐地深入到物体内部，此时物体内各处温度随时间的变化率是不一样的，温度分布受初始温度分布的影响很大，这一阶段称为不规则情况阶段。随着时间的推移，初始温度分布称为正常情况阶段的影响逐渐消失，进入第二阶段，此时物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律。物体加热和冷却的第三阶段就是建立新的稳态阶段，在理论上需要经过无限长的时间才能达到，事实上经过一段长时间后，物体各处的温度就可近似地认为已达到新的稳态。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种船用舱柜加热蒸汽用量及加热盘管面积的确定方法，准确得到蒸汽消耗量与需要的加热盘管面积数据。

为实现此技术目的，本发明采用如下方案：船用舱柜加热蒸汽用量及加热盘管面积的确定方法，按如下步骤进行：

S1、获取初始加热时间，并采集相关参数；

S2、根据舱室各边界热交换面积、传热系数及温度分别计算加热舱室的总能量和能量转换系数；

S3、根据加热舱室总能量和能量转换系数分别计算基于舱室加热起始温度所需加热盘管面积和基于舱室加热结束温度所需加热盘管面积；

S4、由S3得到初始加热盘管面积的数值范围，在该范围内选取初始加热盘管面积；

S5、根据S4选取的初始加热盘管面积计算被加热介质限制温度；

S6、通过被加热介质限制温度计算加热时间，并判断计算得到的加热时间与初始加热时间的关系：

若计算得到的加热时间≥初始加热时间，返回S2重新获取初始加热盘管面积；

若计算得到的加热时间＜初始加热时间，将所获取的初始加热盘管面积确定为最终的加热盘管面积，并进行根据最终加热盘管面积计算加热消耗蒸汽量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明按照被加热介质初始/ 结束温度的计算结果进行多次迭代计算，将结果尽可能趋向于理想值，得到准确的蒸汽消耗量与需要的加热盘管面积数据，用于后续的设计工作。本方法比原有的估算方式更为精准，降低材料和设备能力的浪费，减少设计时间实现准确设计，提高了工作效率。

进一步地，S2中加热舱室总能量的计算式为：

W＝∑A×K×θ

式中，A为舱室各边界热交换面积，K为舱室各边界传热系数，θ为舱室各边界温度。

进一步地，S2中加热舱室能量转换系数的计算式为：Y＝∑A×K。

进一步地，S3中基于起始温度所需加热盘管面积的计算式为：

式中，A

进一步地，S3中基于结束温度所述加热盘管面积的计算式为：

式中，A

进一步地，S5中被加热介质限制温度的计算式为：

式中，θ

进一步地，S6中加热时间的计算式为：

进一步地，S6中加热消耗蒸汽量的计算式为：

式中，G

附图说明

图1为本发明实施例提供的船用舱柜加热蒸汽用量及加热盘管面积的确定方法的流程图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

本发明提供的一种船用舱柜加热蒸汽用量及加热盘管面积的确定方法，如图1所示，按如下步骤进行：

S1、获取初始加热时间，并采集相关参数。

查阅技术文件和设计方案获取初始加热时间t

查阅《中华人民共和国船舶行业标准》CB/T3373-91附表B1和/或B2获取被加热介质比热C和被加热介质密度γ。查阅《中华人民共和国船舶行业标准》CB/T3373-91中表3或如下表1(传热系数)，获取舱室各边界热交换系数K；查阅《中华人民共和国船舶行业标准》CB/T3373-91附表B1和/或 B2获取被加热介质初始温度θ

表1传热系数

单位：KJ/m2.h.K

注：X-默认无换热

S2、根据舱室各边界热交换面积、传热系数及温度分别计算加热舱室的总能量和能量转换系数：

加热舱室总能量(加热舱室总能量为被加热舱室所有边界的能量总和，边界包括上甲板、水线上外板、水线下外板等。)的计算式为：

W＝∑A×K×θ

式中，A为舱室各边界热交换面积，m

加热舱室能量转换系数Y的计算式为：

Y＝∑A×K

S3、根据加热舱室总能量和能量转换系数分别计算基于舱室加热起始温度所需加热盘管面积和基于舱室加热结束温度所需加热盘管面积；

基于起始温度所需的加热盘管面积的计算式为：

式中，A

基于结束温度所需的加热盘管面积的计算式为：

式中，A

S4、由S3得到初始加热盘管面积的数值范围，即

A

在该范围内选取初始加热盘管面积。

S5、根据S4选取的初始加热盘管面积计算被加热介质限制温度。

被加热介质限制温度的计算式为：

式中，θ

S6、通过被加热介质限制温度计算加热时间，并判断计算得到的加热时间与初始加热时间的关系。

加热时间的计算式为：

若计算得到的加热时间t≥初始加热时间，返回S2重新获取初始加热盘管面积，重复S3～S6，直到满足要求。

若计算得到的加热时间t＜初始加热时间，将所获取的初始加热盘管面积确定为最终的加热盘管面积，并进行根据最终加热盘管面积计算加热消耗蒸汽量G

加热消耗蒸汽量的计算式为：

式中，G

加热面积与舱容比的计算式为：

本发明提供的方法简便快捷得到最终结果，比原有的设计方法更为准确，节省人力资源，降低材料和设备能力的浪费，减少设计时间，实现准确设计，提高工作效率。便于设计人员对船型的快速研发以及响应船东要求，快速确定船型方案，从而提高产品的竞争力。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。