液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源管道设计方法技术

本发明专利技术公开了一种液化页岩气‑液氮‑超导直流电缆复合能源管道设计方法，该方法通过满足了复合能源传输管道内的最大允许压降、最大允许温升和最大允许真空度变化率这三个运行限制条件，避免了因真空、绝热结构设计不合理而造成的真空维护时间过短或管道漏热过大的安全隐患。同时，本发明专利技术直接将液氮传输管道设置在液化页岩气传输管道内，不仅降低了整个复合能源管道的研制成本，还降低了液氮传输管道的漏热功率，进而节省设置在复合能源管道外的低温制冷机的运行成本。

The design method of composite energy pipeline liquefied shale gas liquid nitrogen superconducting cable

【技术实现步骤摘要】
液化页岩气-液氮-超导电缆复合能源管道设计方法
本专利技术涉及油气储存与运输
和电力传输
，特别涉及一种低成本液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源管道设计方法。
技术介绍
近年来出于缓解日趋严重的能源危机和环保压力的动机，除压缩页岩气和液化页岩气的远距离运输方式以外，页岩气还被直接用作发电应用。在页岩气开采当地直接建设大容量页岩气发电站，再通过传统的高压输电线路输送至远距离电力用户。由于页岩气开采地区往往与集中用电的大中城市区域相距较远，传统的高压输电方式将不可避免地带来高压架空输电线路的建设和维护的成本问题。中国专利CN2015106342153公开了一种液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统，其一方面将液化页岩气传输管道设置在液氮传输管道内，利用具有更低运行温度的液氮(65-75K)使液化页岩气(110-120K)始终维持在正常运行温区，消除了液化页岩气的温升及气化安全隐患；另一方面将超导直流电缆设置在液氮传输管道内，利用具有更低运行温度的液氮制冷超导直流电缆，使其具有更高的电能传输容量。但是，该专利并没有综合考虑最大允许压降、最大允许温升和最大允许真空度变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液化页岩气‑液氮‑超导直流电缆复合能源管道设计方法，其特征在于，包括以下步骤，1)确定液化页岩气‑液氮‑超导直流电缆复合能源管道的构造；其中，超导直流电缆同轴设置在液氮传输管道的内部，所述液氮传输管道同轴设置在液化页岩气传输管道的内部；而且，所述液化页岩气传输管道包括内管、外管、内管与外管之间的真空夹层以及所述真空夹层内的绝热材料；所述液氮传输管道包括内管、外管、内管与外管之间的真空夹层以及所述真空夹层内的绝热材料；所述超导直流电缆包括金属铜骨架和绕制在金属铜骨架上的超导导线；其中，所述液化页岩气传输管道的内管通过若干个金属支撑架与所述液氮传输管道的外管相连，而且所述液氮传输管道的内管通过...

【技术特征摘要】
1.一种液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源管道设计方法，其特征在于，包括以下步骤，1)确定液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源管道的构造；其中，超导直流电缆同轴设置在液氮传输管道的内部，所述液氮传输管道同轴设置在液化页岩气传输管道的内部；而且，所述液化页岩气传输管道包括内管、外管、内管与外管之间的真空夹层以及所述真空夹层内的绝热材料；所述液氮传输管道包括内管、外管、内管与外管之间的真空夹层以及所述真空夹层内的绝热材料；所述超导直流电缆包括金属铜骨架和绕制在金属铜骨架上的超导导线；其中，所述液化页岩气传输管道的内管通过若干个金属支撑架与所述液氮传输管道的外管相连，而且所述液氮传输管道的内管通过若干个非金属支撑架与所述超导直流电缆的金属铜骨架相连；且所述液化页岩气传输管道和所述液氮传输管道的内管与外管均由不锈钢制成；2)确定液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源管道的预设性能参数和允许工作条件；包括：液氮的初始压强为P1，单位传输长度内液氮的最大允许压降为液氮的初始温度为T1，单位传输长度内液氮的最大允许温差为单位运行时间内液氮传输管道的最大允许真空度变化率为单位传输时间内液化页岩气的流量质量为液化页岩气的初始压强为P2，单位传输长度内液化页岩气的最大允许压降为液化页岩气的初始温度为T2，单位传输长度内液化页岩气的最大允许温差为单位运行时间内液化页岩气传输管道的最大允许真空度变化率为复合能源管道外的大气压强为P3，复合能源管道外的大气温度为T3，所述超导直流电缆的损耗功率为q1，所述液氮传输管道泄漏到所述液化页岩气传输管道中的漏热功率为q2；3)确定液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源管道的设计参数；包括：所述液氮传输管道的内管的内径D0、外径D1和厚度S1，所述液氮传输管道的外管的内径D2、外径D3和厚度S2，所述液氮传输管道的真空夹层的厚度δ1，所述液氮传输管道的绝热材料的厚度δ2，所述液化页岩气传输管道的内管的内径D4、外径D5和厚度S3，所述液化页岩气传输管道的外管的内径D6、外径D7和厚度S4，所述液化页岩气传输管道的真空夹层的厚度δ3，所述液化页岩气传输管道的绝热材料的厚度δ4，单位传输时间内液氮的流量质量所述液化页岩气传输管道泄漏到外界大气中的漏热功率q3；根据D0与函数关系，确定D0与的第一个数值关系方程：其中，ρ1为液氮的密度；f1为液氮的摩擦系数；根据与q1、q2、D0的函数关系，确定D0与的第二个数值关系方程：其中，C1为液氮的比热容；联立D0与的两个数值关系方程，求解出D0与的数值大小；根据S1与P1、D0的函数关系，确定S1的数值：其中，σ为不锈钢材料的许应应力；为不锈钢材料的焊缝系数；所述液氮传输管道的内管的外径D1等于D0+2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孝元，陈宇，
申请(专利权)人：四川师范大学，
类型：发明
国别省市：四川,51