专利名称：一种用于保护埋地天然气管道的热管组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及天然气管道传输中的冻胀问题，特别涉及对管道天然 气传输过程中埋地管线的冻胀问题。
背景技术：
天然气管道输送是保证工业化正常生产、城市日常生活不可或缺的主 要天然气输送方式。在天然气传输过程中，天然气经过分输调压装置后， 会在节流处快速膨胀从而使得传输管道内的压力急剧降低，由于天然气在 极短时间内来不及与外界发生热交换，因此天然气的温度也会随之急剧降
低。据统计，管道压力每降低l兆帕，天然气的温度就会降低4至5摄氏 度，造成分输管线一直在零摄氏度以下低温运行，从而发生冻胀现象。发 生冻胀现象的埋地天然气管道会造成附近地面隆起、调压阀的阀体离开阀 座、管道在应力作用下变形、法兰连接处泄漏等问题，严重威胁站场的安 全运行，给天然气传输带来了隐患。
对埋地天然气管道的冻胀防治研究已经进行了多年，在现有技术中也 存在一些用于解决冻胀现象的方法，但这些方法都存在各自的缺点，具体 如下
1、 换土、防水或排水的方案。换土、防水或排水的方案是现有技术 中的常见方案，这些方案都是通过减少土壤中的水分来降低发生冻胀现象 的可能。但这些方案在实现时并不能彻底地解决土壤中的水分问题，因而 并不能够完全防止冻胀现象的发生。此外，当天然气管道埋藏地区的地下 水位较高时，还可能会因为水分的迁移而使得冻胀过程不断恶化。
2、 管沟方案。管沟方案是指将天然气管道周围的土壤掏空，砌成防 水水泥管沟，并在管沟内安装燃气探测装置。管沟方案使得天然气管道处 于架空方式，与周围的土壤相隔离，因而常被用于解决热交换量大的站场 附近管道的土壤冻胀问题。但这种方案并没有对天然气管道进行热补偿， 因此站场外与土壤接触的天然气管道仍然会吸收土壤的热量，从而造成土 壤的冻胀。此外，由于管沟方案中的天然气管道与大气直接接触，使得危险性加大；而管沟方案中管道布设、维护成本又较高，因此，不受到国际
输气管道设计规范的推荐。
3、 在天然气管道的调压阀前添加电加热器的方案。要实现该方案不 仅需要动火割管，而且加热功率需要补充基础数据的重新计算。其中的动 火割管是指布置加热面时需要与天燃气管相耦合，在有些点还需要对管道 做切割、焊接，使天燃气管道与加热面耦合。而加热功率需要补充基础数 据是指为保证天然气在经过调压撬后温度降低不低于冻胀起始温度很多， 从而避免管道周围的土壤发生冻胀，所需要提供的加热功率。采用这种方 案的缺点是
a、 会造成天然气管道的停工，损失巨大；
b、 加热过程中的最小加热量是不确定量，即使采用固定的加热方式 也可能造成能源的巨大浪费，与节约型、环保型的国策大前提不一致；
c、 发生冻胀的时间很难把握，因此合适的加热时间很难控制。
4、 采用换土、防水和排水的同时对管道进行保温的方案。在该方案 中，先对天然气管道周围的土壤进行更换，然后实施防水和排水方案，最 后对天然气管道进行保温。但换土、防水和排水的同时对管道进行保温毕 竟是短期、临时性的预防冻胀措施。这些方法没有真正实现治理冻胀，未 能对管道周围的土壤进行温度和水分的控制，同时保温层内的水分分布要 高于土壤中水分分布，因此在一些诱导因素(例如天气、天然气入口温度、 质量流量波动等)的作用下，很容易出现天然气管道周围土壤的冻胀，一 旦出现冻胀现象，保温层内的水分会使危害程度加重。
由上述说明可以看出，现有的各个方案都存在各自的缺点，若能提供 一种在成本、节能高效、环保、易于维护等各个方面都具有良好效果的方 案，则在实际应用中具有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有的冻胀现象解决方法存在各自的缺点， 冻胀现象解决效果不佳的缺陷，从而提供一种用于保护埋地天然气管道的 热管组件。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于保护埋地天然气管道 的热管组件，包括多个热管，所述热管上端弯曲、下端垂直，中部具有连 接上下两端的延伸部分；所述热管的两头封闭，内部呈中空状，在所述热
4管内封装有用于传热的流体工质。
上述技术方案中，所述的多个热管包括底侧热管、上侧热管以及中侧 热管；其中，
所述底侧热管、 上述技术方案中 长度依次变大。
上述技术方案中， 上述技术方案中， 上述技术方案中
官K/、乂"y牆「巨' 所述底侧热管、中侧热管、上侧热管的延伸部分的
在所述热管的管壁外还包括防腐涂层。 在所述防腐涂层外还包括防腐涂层保护层。 所述热管上端的弯曲部分与水平方向呈一个仰角
状,
所述的防腐涂层采用防腐带。
所述的防腐涂层保护层采用常用建筑材料，包括砂
上述技术方案中，所述热管釆用不锈钢或外包围防腐材料的碳钢材料 制成。
上述技术方案中，
上述技术方案中， 浆、水泥。
本实用新型的优点在于
1、 通过本实用新型的热管组件，可将地下恒温层的热量不断传输到 天然气管道容易发生冻胀的位置，使得冻胀的范围极小或为零，彻底解决 了天然气管道传输过程中的冻胀问题。
2、 本实用新型的热管组件提供了不同形式的热管，通过将热管安装 在天然气管道周围的不同位置，可实现对天然气管道周围土壤的均匀加 热，有利于对冻胀现象的解决。
图1为将本实用新型的热管组件布置在埋地天然气管道周围时的等轴 测图2为图1的主视图； 图3为图1的左4^图； 图4为图1的俯^L图5为本实用新型的热管组件中的一个热管的等轴测图； 图6为图5的左^L图； 图7为图5的主视图；图8为图5的俯-現图9为本实用新型的热管组件中带有腐蚀防护及腐蚀防护保护层的热 管的等轴测图10为图9的主^L图； 图11为图9的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型加以说明。 从地理学的相关知识可以知道，在地表的 一定深度下具有地下恒温 层，地下恒温层的温度大致保持为当地的年平均温度，不会随着季节、昼 夜、植被的变化而变化。利用地下恒温层的这一特点，可将热量从地下 恒温层引导到地表，为天然气管道附近的土壤提供热量，从而解决土壤 的冻胀现象。正是基于这一思想，本实用新型提出了一种热管组件。
在图1~图4中，给出了本实用新型的热管组件在一个实施例中的实 现方式。如图所示， 一组热管组件由三种不同形式的热管组成，它们分别 为底侧热管2，上侧热管3，以及中侧热管4。上述三种形式的热管的结构 基本相同，如图5 图8所示，都为上端弯曲、下端垂直、中间具有延伸部 分的结构，其中的上端弯曲部分与水平方向呈一个较小的仰角，如10度 左右，但三种热管的延伸部分的长度不相一致，使得三种热管安装在天然 气管道附近时，不同类热管的上端弯曲部分分布在不同深度的土壤层中。 三种形式的热管的内部都呈中空状，但热管的两端封闭，使得热管内可流 动有用于传热的工质，所述工质一般采用低沸点的工质，例如氨、R134a、 R600等，这些工质万一泄漏，也不会对环境造成污染和破坏。热管组件 中的各个热管采用传热性能高、壁温均匀、热流传输能力大、并能抗土壤 腐蚀的材料组成，如不锈钢等，也可采用成本更低的外围加防腐措施的碳 钢。
为了进一步提高热管组件中的热管在土壤中的抗腐蚀能力，提高热管 的使用寿命，保证天然气的安全可靠性，在热管外还可以涂有相应的防腐 材料。如图9 图11所示，在热管壁面5外，添加有用于防腐的防腐涂层 6,如现有天然气管线中所采用的防腐带。此外，还可以在防腐涂层6外 添加防腐涂层保护层7，如砂浆、水泥等常用建筑材料。通过在防腐涂层 外添加防腐涂层保护层能够有效地避免热管外壁的防腐涂层与土壤中尖硬物体的刻划形成应力腐蚀、小孔腐蚀等电化学腐蚀。
对本实用新型中的热管组件的结构做上述说明后，对热管组件的使用 与安装加以说明。将一组热管组件安装在天然气管道附近时，各个热管的 底端与地下恒温层接触，而上端的弯曲部分则安装在天然气管道附近的土 壤中，与天然气管道大致平行但不接触。由于一组热管组件中，三种热管 的延伸部分的长度并不一致，因此，三种热管在位置上不会发生干涉或交 错。鉴于天然气管道对周围土壤的降温作用是均勾的，因此在天然气管道 周围不能仅安装一组热管组件，而应当如图l所示，安装两组前述的热管 组件。通过计算发现，在天然气管道附近采用均匀6等份的形式来保护天 然气管道时，能够最有效地防止天然气管道周围的土壤发生冻胀现象。因 此，天然气管道附近所安装的两组热管组件应当反向安装，形成叉排，从 而减少对热管类型的需求，降低加工成本。
热管组件安装后，地下恒温层会对热管组件中位于热管底端的液态工 质予以加热，所述的液态工质在加热后转化为气态，传送到热管上端的弯 曲部分，由于热管的上端位于天然气管道附近的土壤中，而这些土壤由于 天然气的作用处于低温状态，因此气态的工质可以通过热管与外部的土壤 做热交换，重新转化为液态。如前所述，热管的弯曲部分与水平方向相比 呈一个较小的仰角，因此重新转化为液态的传热工质在重力的作用下回流 到热管的底部，重新进行加热过程。上述的过程循环往复，从而实现对天 然气管道附近土^t裏的加热。
通过一组热管组件可对一定范围内的土壤区域产生热影响，根据热影 响区的大小，从调压撬后开始沿着天然气管道方向在一定间隔范围内安装 热管组件。在一定长度的天然气管道内，通过热管的"加热作用"将天然 气管道周围的土壤温度提升到土壤冻胀起始点以上后，之后的天然气管道 就不再需要热管组件进行防护。由于冻胀现象多发生在分输调压装置附 近，因此也可在分输调压装置附近安装多组热管组件，以提高对土壤的加 热效率。
在前述的实施例以及相关的附图中，给出了本实用新型的热管组件的 一种结构形式，但在具体实现时，可以根据实际情况，对热管组件的形状 做适应性的调整，如调整热管中的中间延伸部分的长度，调整热管中弯曲 部分的仰角的大小等。具体实现，本领域的普通技术人员参照前述说明， 无需创造性劳动即可实现。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非 限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人 员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本 实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围 当中。
权利要求1、一种用于保护埋地天然气管道的热管组件，其特征在于，包括多个热管，所述热管上端弯曲、下端垂直，中部具有连接上下两端的延伸部分；所述热管的两头封闭，内部呈中空状，在所述热管内封装有用于传热的流体工质。
2、 根据权利要求1所述的用于保护埋地天然气管道的热管组件，其 特征在于，所述的多个热管包括底侧热管(2)、上侧热管(3)以及中侧 热管(4);其中，所述底侧热管(2)、上侧热管(3)以及中侧热管(4) 的延伸部分具有不同的长度。
3、 根据权利要求2所述的用于保护埋地天然气管道的热管组件，其 特征在于，所述底侧热管(2)、中侧热管(4)、上侧热管(3)的延伸部 分的长度依次变大。
4、 根据权利要求1所述的用于保护埋地天然气管道的热管组件，其 特征在于，在所述热管的管壁外还包括防腐涂层(6)。
5、 根据权利要求4所述的用于保护埋地天然气管道的热管组件，其 特征在于，在所述防腐涂层(6)外还包括防腐涂层保护层(7)。
6、 根据权利要求l或2或3或4或5所述的用于保护埋地天然气管 道的热管组件，其特征在于，所述热管上端的弯曲部分与水平方向呈一个 仰角状。
7、 根据权利要求l或2或3或4或5所述的用于保护埋地天然气管 道的热管组件，其特征在于，所述热管采用不锈钢或外包围防腐材料的碳 钢材料制成。
8、 根据权利要求4或5所述的用于保护埋地天然气管道的热管组件， 其特征在于，所述的防腐涂层(6)釆用防腐带。
9、 根据权利要求6所述的用于保护埋地天然气管道的热管组件，其 特征在于，所述的防腐涂层保护层(7)采用常用建筑材料，包括砂浆、 水泥。
专利摘要本实用新型提供一种热管组件，包括多个热管，所述热管上端弯曲、下端垂直，中部具有连接上下两端的延伸部分；所述热管的两头封闭，内部呈中空状，在所述热管内封装有用于传热的流体工质。通过本实用新型的热管组件，可将地下恒温层的热量不断传输到天然气管道容易发生冻胀的位置，使得冻胀的范围极小或为零，彻底解决了天然气管道传输过程中的冻胀问题；本实用新型的热管组件提供了不同形式的热管，通过将热管安装在天然气管道周围的不同位置，可实现对天然气管道周围土壤的均匀加热，有利于对冻胀现象的解决。
文档编号F28D15/02GK201364061SQ20092010566
公开日2009年12月16日 申请日期2009年2月6日 优先权日2009年2月6日
发明者伟 曲, 袁达忠 申请人:中国科学院工程热物理研究所