超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端的制作方法

本发明涉及一种超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端。

背景技术：

我国资源分布不均，由于西电东送与西气东输、近海风电与液化天然气(lng)站等能源工程的加速建设，使能源输送损耗大、效率低，因此低损耗、大容量、高效率的能源输送方式的开发越显紧迫。超导直流电缆具有传输容量大、电磁污染小、损耗低等优点，lng是低温绝缘介质，利用lng代替液氮冷却超导直流电缆，构建超导直流、lng共用能源通道，实现电力/lng一体化输送，可以极大提高能源输送整体效率，降低综合成本。其中超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端作为能源管道的重要组成部分，承担着燃料输入、超导电缆从超导到常导、从高压到低压、从低温到高温过度的重要功能。

所述的超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端适用于超导直流输电/液化天然气一体化能源管道的电流引出、高压隔离、燃料输入、液位测量以及从超导通电导体向常规通电导体的过渡。

《低温与超导》2003，vol31，no4等文献“高温超导电缆终端的研究与开发”涉及一种室温绝缘超导电缆终端，采用承插式连接的终端恒温器，与电缆本体同处于高电位，故终端恒温器工作在高压状态，与导体之间不需要绝缘。现有室温绝缘高温超导电缆终端具有低温容器无法工作在零电位状态、绝热性能差、无屏蔽层电流引线出口等缺点，无法直接应用于超导直流输电/液化天然气一体化能源管道。

技术实现要素：

为克服现有室温绝缘高温超导电缆终端的缺点，本发明在深入分析室温绝缘高温超导电缆终端工作原理基础上，根据超导直流输电/液化天然气一体化能源管道的工作特点，提出一种超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端。本发明超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端的低温杜瓦工作在零电位，适用于直流输电/液化天然气一体化能源管道，可实现超导直流输电/液化天然气一体化能源管道燃料的输入、液位测量，超导电缆端部的电流引出、高压隔离，以及从超导通电导体向常规通电导体的过渡等功能。

本发明采用的技术方案如下述。

本发明直流输电/液化天然气一体化能源管道终端由低温高压套管、绝热支撑、低温杜瓦、燃料输入口、保护泄压系统、测量引线出口、屏蔽层电流引线出口、人行孔、真空插接口等部分组成。

所述的直流输电/液化天然气一体化能源管道终端为卧式结构。低温杜瓦为圆柱形，水平放置，绝热支撑垂直焊接在低温杜瓦上，屏蔽层电流引线出口垂直焊接在低温杜瓦的上表面，真空插接口位于低温杜瓦的右端，水平布置；真空抽嘴垂直焊接在低温杜瓦右侧上壁；人行孔位于低温杜瓦左侧内壁。燃料输入口焊接于低温杜瓦左端。保护泄压系统焊接在绝热支撑上。绝热支撑上开有测量引线出口。

低温高压套管的下端套装在绝热支撑内部，绝热支撑和低温杜瓦为互通结构，低温高压套管的下端工作在低温杜瓦内的低温环境中，低温套管的上端工作在室温空气环境中。

所述的低温高压套管由电流引线、主绝缘、法兰及其配套金属均压环和非金属绝热层组成。电流引线为金属圆柱或圆管型导体，主绝缘紧密包覆在电流引线外周；法兰及其配套金属均压环套装在主绝缘外表面并与主绝缘粘结固定为一体；低温高压套管通过法兰及其配套金属均压环与低温杜瓦连接在一起；法兰及其配套金属均压环的制作材料为无磁不锈钢，金属均压环套装在法兰上面。非金属绝热层位于法兰及其配套金属均压环下面，非金属绝热层的上表面与法兰及其配套金属均压环的下表面粘合为整体，以防止法兰结冰。所述的低温高压套管通过所述的法兰与所述的低温杜瓦固连。电流引线绕包有多层纸，每隔几层纸加入一层金属箔，金属箔形成浮动电极，多层金属箔的电容基本相等，如此使得每一对金属箔的电压降都相等，进而获得理想的电场分布。

所述的低温杜瓦为卧式双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，内壁包围的空腔为燃料流动层。低温杜瓦的左侧外壁套装有伸缩节，以避免热循环过程中产生的应力造成的损伤。

所述的绝热支撑为双层结构。绝热支撑的内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁的外表面绕包有多层绝热材料。绝热支撑的内壁、外壁分别与低温杜瓦的内壁和外壁对应焊接，连接为整体。低温杜瓦的真空层与绝热支撑的真空层为整体互通结构。

所述的燃料输入口为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，燃料输入口一端的内壁、外壁分别与低温杜瓦的内壁和外壁对应焊接，连接为整体，其真空层与低温杜瓦真空层为整体互通结构。燃料输入口的外壁焊接有波纹管。

所述的屏蔽层电流引线出口通过其内腔引出超导电缆金属屏蔽层感应电流引线。屏蔽层电流引线出口为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁的外表面绕包有多层绝热材料，屏蔽层电流引线出口端的内壁、外壁分别与低温杜瓦的内壁和外壁对应焊接连接为整体，屏蔽层电流引线的真空层与低温杜瓦真空层为整体互通结构。

所述的测量引线出口与绝热支撑连接。测量引线出口为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，测量引线出口一端的内壁、外壁分别与绝热支撑的内壁、外壁对应焊接连接为整体，其真空层与绝热支撑真空层为整体互通结构。

所述的保护泄压系统通过绝热管道与绝热支撑连接，绝热管道为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。绝热管道一端的内壁、外壁分别与绝热支撑的内壁和外壁对应焊接连接为整体，绝热管道的真空层与绝热支撑真空层为整体互通结构。

所述的人行孔位于低温杜瓦内的左端，人行孔内壁法兰和人行孔外壁法兰分别与低温杜瓦内壁、外壁对应焊接密封，人行孔与低温杜瓦内壁的法兰密封为低温真空密封，以保证在低温条件下无燃料泄漏至低温杜瓦内壁与外壁之间的真空层。

所述的真空插接口位于低温杜瓦的右端，水平布置。真空插接口为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。真空插接口的内壁、外壁分别与低温杜瓦的内壁和外壁对应焊接连接为整体，其真空层与绝热支撑的真空层为整体互通结构。真空插接口和能源管道本体焊接，实现了能源管道终端和能源管道本体的连接。

附图说明

图1是超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端示意图。图中：1电流引线、2低温高压套管、3主绝缘、4法兰及其配套金属均压环、5非金属绝热层、6测量引线出口、7绝热支撑、8屏蔽层电流引线出口、9屏蔽层电流引线出口波纹型伸缩节、10真空抽嘴、11保护泄压系统、12燃料输入口、13波纹管、14人行孔、15波纹型伸缩节、16低温杜瓦、17真空插接口、18超导电缆屏蔽层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端为卧式结构；低温杜瓦16为圆柱形，水平放置；绝热支撑7垂直焊接在低温杜瓦16上；屏蔽层电流引线出口8垂直焊接在低温杜瓦16上表面；真空插接口17焊接于低温杜瓦16的右端，水平布置；人行孔14位于低温杜瓦16的左端；低温高压套管2通过法兰及其配套金属均压环4竖直安装在绝热支撑7上；燃料输入口12焊接在低温杜瓦左端；真空抽嘴10垂直焊接在低温杜瓦16右侧上壁；保护泄压系统11焊接在绝热支撑7上，绝热支撑7上开有测量引线出口6。

所述的低温高压套管2的下端套装在绝热支撑7内部。低温高压套管2的外形为翅状长管，由电流引线1、主绝缘3、法兰及其配套金属均压环4和非金属绝热层5组成。电流引线1为金属圆柱或圆管型导体，主绝缘3紧密包覆在电流引线1外周上；法兰及其配套金属均压环4套装在主绝缘3的外表面，并与主绝缘3粘结固定为一体；所述的低温高压套管2通过所述的法兰及其配套金属均压环4与所述的绝热支撑7连接在一起；所述法兰及其配套金属均压环4的制作材料为无磁不锈钢。非金属绝热层5位于法兰及其配套金属均压环4的下表面，非金属绝热层5的上表面与法兰及其配套金属均压环4的下表面粘合为整体。所述的低温高压套管2的下端工作在低温环境中，上端工作在室温空气环境中。

所述的低温杜瓦16为圆柱形，水平放置，所述的低温杜瓦16为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，内壁包围的空腔为燃料流动层。低温杜瓦16左侧安装有人行孔14。低温杜瓦16的左侧外壁靠近人行孔的位置上套装有波纹型伸缩节15。

所述的绝热支撑7为双层结构。绝热支撑7的内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层；绝热支撑7的内壁外表面绕包有多层绝热材料；绝热支撑7的内壁和外壁分别与低温杜瓦16的内壁和外壁对应焊接连接为整体，低温杜瓦16的真空层与绝热支撑的真空层为整体互通结构。

所述的燃料输入口12位于低温杜瓦的左端，和低温杜瓦管左端的开口对应焊接为一体。所述的燃料输入口12为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层；燃料输入口12的内壁外表面绕包有多层绝热材料；燃料输入口12一端的内壁、外壁分别与低温杜瓦16的内壁和外壁对应焊接连接为整体，燃料输入口12的真空层与低温杜瓦16的真空层为整体互通结构。燃料输入口12的外壁焊接有15m的波纹管。

所述的屏蔽层电流引线出口8为双层结构，超导电缆金属屏蔽层感应电流引线通过其内腔引出，屏蔽层电流引线出口8的内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；屏蔽层电流引线出口8一端的内壁和外壁分别与低温杜瓦16的内壁和外壁对应焊接连接为整体，屏蔽层电流引线出口8的真空层与低温杜瓦16的真空层为整体互通结构。

所述的测量引线出口6为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；测量引线出口6一端的内壁、外壁分别与绝热支撑7的内壁和外壁对应焊接连接为整体，测量引线出口6的真空层与绝热支撑7的真空层为整体互通结构。

所述的保护泄压系统11通过绝热管道与绝热支撑7连接；绝热管道为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；绝热管道一端的内壁、外壁分别与绝热支撑7的内壁和外壁对应焊接连接为整体，绝热管道真空层与绝热支撑7的真空层为整体互通结构。

所述的人行孔14通过人行孔内壁和人行孔外壁与低温杜瓦16的内壁及外壁对应焊接密封。

所述的真空插接口17为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；真空插接口17的内壁和外壁分别与低温杜瓦16的内壁和外壁对应焊接连接为整体，真空插接口17的真空层与低温杜瓦16的真空层为整体互通结构。真空插接口17和能源管道焊接，实现了能源管道终端和能源管道本体的连接。

本发明工作过程如下：

超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端开始运行时，首先通过真空抽嘴10对低温杜瓦的真空层抽真空，然后经燃料输入口12实现向终端输送液化天然气，对与之连接的能源管道本体中的超导电缆导体进行冷却，低温杜瓦可防止热量散失，保持温度恒定，使超导电缆导体进入并维持在超导态。通过测量引线出口6引出液位、温度等信息，当燃料液位、温度达到设定值时，电流引线1通入直流电，电流引线1通过传导连接实现低温向高温的自然过渡，同时实现超导供电向常导供电的转变，主绝缘3实现了电流引线的高压隔离，通过真空插接口17将直流电、液化天然气分别输送出去。超导直流输电/液化天然气一体化能源管道终端结束运行时，首先电流引线停止通直流电，然后燃料输入口停止输入液化天然气，保护泄压系统11启动泄压。

本发明装置具有耐压等级高、通流能力强、绝热性能好等优点，适用于超导直流输电/液化天然气一体化能源管道燃料的输入和输出、液位测量、温度测量，超导直流电缆的高压隔离、电流引出以及超导直流电缆从超导通电导体向常规通电导体的过渡。