專利名稱：電加熱管道相變溫控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對運(yùn)送流體的傳輸管道進(jìn)行加熱保溫的裝置，具體的說是涉及一 種利用電加熱使傳輸管道沿軸向保持恒溫的裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)、商用和民用中，經(jīng)常需要對用于生產(chǎn)、儲備及運(yùn)輸?shù)囊后w或介質(zhì)的管 道、容器或運(yùn)輸工具等進(jìn)行表面加熱以實現(xiàn)保溫的目的。特別是在油氣集輸領(lǐng)域，在輸油管 道中，沿程油溫降低，粘度增大，壓降增加，增加了輸送難度和運(yùn)行費(fèi)用。對集輸管線進(jìn)行加 熱可以補(bǔ)充原油在流動過程中的熱損失，消除結(jié)蠟及凝固現(xiàn)象，確保油井和輸油管線安全 運(yùn)行。為了實現(xiàn)對流體傳輸管道加熱保溫的目的，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用以蒸汽或熱水伴熱 的形式，或者是電伴熱帶加熱的形式。經(jīng)過長時間的實踐應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)以上的這幾種技術(shù)手段 都存在這一些問題，分述如下采用蒸汽或熱水伴熱的傳統(tǒng)加熱方式，由于不易進(jìn)行精確的 溫度控制，導(dǎo)致這種加熱方式存在著熱能利用率低、加熱效果不好的缺點(diǎn)。而采用電伴熱帶 加熱管道則主要是用電能轉(zhuǎn)化的熱量去彌補(bǔ)由于環(huán)境與流體溫差所造成的熱損失，以維持 或升高流體的溫度，達(dá)到工藝要求。這種模式下雖然可以實現(xiàn)對管道加熱溫度的精確控制， 但是卻往往需要把流體在管道內(nèi)先加熱到一個高于所需溫度的溫度，然后再向周圍環(huán)境散 熱，直到溫度逐漸降低，最終在管道出口處降到所需溫度。也因此造成了大量的能源浪費(fèi)。 此外，這種加熱方式使管道中的溫度分布不平衡造成管道材料內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，影響了管 道的使用壽命。總之，現(xiàn)有的對流體傳輸管道進(jìn)行加熱保溫的技術(shù)手段都不十分理想，難以 達(dá)到既節(jié)約能源又高效保溫的功能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的對流體傳輸管道進(jìn)行加熱保溫的技術(shù)手段不十分理想，難以同時 實現(xiàn)節(jié)約能源和高效保溫的問題，本發(fā)明提了一種電加熱管道相變溫控裝置，使用該裝置 對流體傳輸管道進(jìn)行加熱保溫后，具有可維持恒溫運(yùn)行以及熱利用效率極高、節(jié)省能源的 特點(diǎn)，并且這種裝置非常便于控制和監(jiān)測，可以有效減少管道外部非穩(wěn)態(tài)環(huán)境因素的影響 和電加熱對管內(nèi)流體溫度的影響，并且還可以減少輸油管道材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力，延長 管道使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案是該種電加熱管道相變溫控裝置，首先包括用于輸送流體的 鋼管，其中，環(huán)繞所述鋼管的外壁，由內(nèi)向外依次分布有一個加熱層、一個由聚氨酯材料組 成的保溫隔熱層、鋁箔紙層以及一個由聚乙烯材料構(gòu)成的管道防水防腐層，各層之間可以 分別采用耐溫、絕緣、防水等各種膠粘劑進(jìn)行粘接。比照以上這些常規(guī)的保溫裝置結(jié)構(gòu)，本 發(fā)明的獨(dú)特之處在于所述加熱層采用有機(jī)固-液相變材料構(gòu)成，在所述加熱層內(nèi)，沿管道 軸向布置若干內(nèi)嵌碳纖維復(fù)合材料電熱體的石英加熱管，石英加熱管內(nèi)填充低氧氣體，每 條石英加熱管分別與一個溫控開關(guān)相串聯(lián)，所述溫控開關(guān)亦位于加熱層內(nèi)，所述各石英加 熱管串聯(lián)溫控開關(guān)后彼此并聯(lián)，經(jīng)絕緣導(dǎo)線引出后與外部電源和外部電源控制開關(guān)相連接構(gòu)成電流回路。本發(fā)明具有如下有益效果當(dāng)外部電源控制開關(guān)閉合時，電加熱體即產(chǎn)生熱量，通 過石英加熱管對固-液相變加熱層內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行加熱，相變材料開始蓄熱，當(dāng)相變加熱層內(nèi) 材料均變?yōu)榱黧w，溫度升高超過允許溫度時，溫控開關(guān)動作，斷開電路，關(guān)閉電熱體的加熱 狀態(tài)。此時由于加熱層向外散熱，導(dǎo)致加熱層內(nèi)介質(zhì)開始由流體向固體轉(zhuǎn)變，但是由于相變 的影響導(dǎo)致加熱層內(nèi)溫度不變，當(dāng)溫度降低至允許溫度時，溫控開關(guān)自動復(fù)位，打開電熱體 的加熱狀態(tài)，繼續(xù)加熱加熱層內(nèi)介質(zhì)，此時加熱層內(nèi)介質(zhì)開始由固體向流體轉(zhuǎn)變，由于相變 的影響導(dǎo)致加熱層內(nèi)溫度不變，從而在整個過程中，保持加熱層內(nèi)側(cè)溫度的恒溫運(yùn)行。由于 固_液相變材料具有蓄熱能力大，吸放熱過程可以保持恒溫或只有很小的溫度波動范圍， 體積變化小，過程易控制等特點(diǎn)，如果選用合適的固_液相變材料，就能使電加熱管道始終 保持在某個恒定的工作溫度。本發(fā)明利用了固-液相變材料具有蓄熱能力大、吸放熱過程 可以保持恒溫或只有很小的溫度波動范圍的特點(diǎn)，將其應(yīng)用到流體傳輸管道的保溫中，使 得本裝置可以同時達(dá)到節(jié)約能源和高效保溫的特點(diǎn)。此外，這種裝置非常便于控制和監(jiān)測， 控制精度高，安裝十分方便，具有極低的故障率，可長時間使用，安全性高，且具有維護(hù)方 便、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)。而且，本發(fā)明可以有效減少管道外部非穩(wěn)態(tài)環(huán)境因素的影 響和電加熱對管內(nèi)流體溫度的影響，使鋼管內(nèi)的流體保持需要的恒溫流過管道。例如在油 氣集輸領(lǐng)域，可以使原油在輸送過程中保持恒溫，從而降低原油的黏度，減少輸送阻力，進(jìn) 而減少輸送成本。另外，本發(fā)明還可以同時減少輸油管道材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使輸送管 道的使用壽命得到延長。


圖1是本發(fā)明的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的橫向截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-管道防水防腐層，2-鋁箔紙層，3-溫控開關(guān)，4-鋼管，5-保溫隔熱層，6-外 部電源控制開關(guān)，7-外部電源，8-加熱層，9-石英加熱管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明本發(fā)明中所述電加熱管道相變溫控裝置，如圖1結(jié)合圖2所示，包括用于輸送流體 的鋼管4，其中，環(huán)繞所述鋼管4的外壁，由內(nèi)向外依次分布有一個加熱層8、一個由聚氨酯 材料組成的保溫隔熱層5、鋁箔紙層2以及一個由聚乙烯材料構(gòu)成的管道防水防腐層1，各 層之間，根據(jù)各工序分別采用耐溫、絕緣、防水等各種膠粘劑進(jìn)行粘接。比照這些常規(guī)結(jié)構(gòu)， 本發(fā)明做出獨(dú)創(chuàng)性改進(jìn)之處在于改進(jìn)之一，所述加熱層8采用有機(jī)固-液相變材料構(gòu)成。 在實際完成時，可以選用主要成分為30#相變儲能材料蠟的有機(jī)固-液相變材料。改進(jìn)之 二，在所述加熱層8內(nèi)，沿管道軸向布置若干內(nèi)嵌碳纖維復(fù)合材料電熱體的石英加熱管9， 石英加熱管內(nèi)填充低氧氣體，優(yōu)選的石英加熱管9的布置方式為沿管道橫截面的圓周方 向布置6條，相鄰兩條相差圓周角60°，每條石英加熱管分別與一個溫控開關(guān)3相串聯(lián)。所 述溫控開關(guān)亦位于加熱層8內(nèi)，所述各石英加熱管串聯(lián)溫控開關(guān)后彼此并聯(lián)，經(jīng)絕緣導(dǎo)線 引出后與外部電源7和外部電源控制開關(guān)6相連接構(gòu)成電流回路。本發(fā)明采用的這種加熱結(jié)構(gòu)首先低氧氣體降低了碳纖維復(fù)合材料的腐蝕量，而且可以有效利用紅外加熱，比其他 傳統(tǒng)使用的電加熱體直接接觸加熱材料加熱效果更好，并防止產(chǎn)生過熱現(xiàn)象；其次，采用將 溫控開關(guān)固定于加熱層內(nèi)的結(jié)構(gòu)，可以使溫控開關(guān)能夠很好感知加熱層內(nèi)溫度的變化，并 及時動作，切斷或連通加熱電路，到達(dá)溫度控制的目的，在此，本發(fā)明優(yōu)選使用WGF-12型液 脹式溫控開關(guān)。應(yīng)用本發(fā)明后具體工作過程如下當(dāng)外部電源控制開關(guān)閉合時，電加熱體即產(chǎn)生熱量，通過石英加熱管對固-液相 變加熱層內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行加熱，固_液相變材料開始蓄熱，當(dāng)相變加熱層內(nèi)材料均變?yōu)榱黧w，溫 度升高超過允許溫度時，WGF-12液脹式溫控開關(guān)動作，斷開電路，關(guān)閉電熱體的加熱狀態(tài)。 此時由于加熱層向外散熱，導(dǎo)致加熱層內(nèi)介質(zhì)開始由流體向固體轉(zhuǎn)變，但是由于相變的影 響導(dǎo)致加熱層內(nèi)溫度不變，當(dāng)溫度降低至允許溫度時，WGF-12液脹式溫控開關(guān)自動復(fù)位，打 開電熱體的加熱狀態(tài)，繼續(xù)加熱加熱層內(nèi)介質(zhì)，此時加熱層內(nèi)介質(zhì)開始由固體向流體轉(zhuǎn)變， 由于相變的影響導(dǎo)致加熱層內(nèi)溫度不變，從而在整個過程中，保持加熱層內(nèi)側(cè)溫度的恒溫 運(yùn)行。由于固_液相變材料具有蓄熱能力大，吸放熱過程可以保持恒溫或只有很小的溫度 波動范圍，體積變化小，過程易控制等特點(diǎn)，如果選用合適的固-液相變材料，就能使電加 熱管道始終保持在某個恒定的工作溫度。本發(fā)明可以有效減少管道外部非穩(wěn)態(tài)環(huán)境因素的 影響，使鋼管內(nèi)的流體保持需要的恒溫流過管道。例如在油氣集輸領(lǐng)域，可以使原油在輸送 過程中保持適當(dāng)?shù)暮銣兀瑥亩档驮偷酿ざ?，減少輸送成本。本發(fā)明的適用范圍相當(dāng)廣泛，如工業(yè)介質(zhì)的恒溫輸送管道、生活用水的輸送管道， 特別是在油氣集輸領(lǐng)域，有很好的應(yīng)用價值和前景。
權(quán)利要求
1.一種電加熱管道相變溫控裝置，包括用于輸送流體的鋼管(4)，其中，環(huán)繞所述鋼 管(4)的外壁，由內(nèi)向外依次分布有一個加熱層(8)、一個由聚氨酯材料組成的保溫隔熱層 (5)、鋁箔紙層(2)以及一個由聚乙烯材料構(gòu)成的管道防水防腐層(1)，其特征在于所述加 熱層(8)采用有機(jī)固-液相變材料構(gòu)成，在所述加熱層(8)內(nèi)，沿管道軸向布置若干內(nèi)嵌碳 纖維復(fù)合材料電熱體的石英加熱管(9)，石英加熱管內(nèi)填充低氧氣體，每條石英加熱管分別 與一個溫控開關(guān)(3)相串聯(lián)，所述溫控開關(guān)亦位于加熱層(8)內(nèi)，所述各石英加熱管串聯(lián)溫 控開關(guān)后彼此并聯(lián)，經(jīng)絕緣導(dǎo)線引出后與外部電源(7)和外部電源控制開關(guān)(6)相連接構(gòu) 成電流回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電加熱管道相變溫控裝置，其特征在于所述石英加熱管(9) 沿管道橫截面的圓周方向布置6條，相鄰兩條相差圓周角60°，所述溫控開關(guān)(3)為液脹式 溫控開關(guān)。
全文摘要
一種電加熱管道相變溫控裝置。主要解決現(xiàn)有的對流體傳輸管道進(jìn)行加熱保溫的技術(shù)手段不十分理想，難以同時實現(xiàn)節(jié)約能源和高效保溫的問題。其特征在于所述加熱層(8)采用有機(jī)固-液相變材料構(gòu)成，在所述加熱層(8)內(nèi)，沿管道軸向布置若干內(nèi)嵌碳纖維復(fù)合材料電熱體的石英加熱管(9)，石英加熱管內(nèi)填充低氧氣體，每條石英加熱管分別與一個溫控開關(guān)(3)相串聯(lián)，所述溫控開關(guān)亦位于加熱層(8)內(nèi)，所述各石英加熱管串聯(lián)溫控開關(guān)后彼此并聯(lián)，經(jīng)絕緣導(dǎo)線引出后與外部電源(7)和外部電源控制開關(guān)(6)相連接構(gòu)成電流回路。具有可維持恒溫運(yùn)行以及熱利用效率高、節(jié)省能源的特點(diǎn)。還可以減少輸油管道材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力，延長管道使用壽命。
文檔編號F16L59/02GK102003594SQ20091021745
公開日2011年4月6日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者吳國忠, 李棟, 齊晗兵 申請人:大慶石油學(xué)院