专利名称：电加热管道相变温控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对运送流体的传输管道进行加热保温的装置，具体的说是涉及一 种利用电加热使传输管道沿轴向保持恒温的装置。
背景技术：
在工业生产、商用和民用中，经常需要对用于生产、储备及运输的液体或介质的管 道、容器或运输工具等进行表面加热以实现保温的目的。特别是在油气集输领域，在输油管 道中，沿程油温降低，粘度增大，压降增加，增加了输送难度和运行费用。对集输管线进行加 热可以补充原油在流动过程中的热损失，消除结蜡及凝固现象，确保油井和输油管线安全 运行。为了实现对流体传输管道加热保温的目的，现有技术中通常采用以蒸汽或热水伴热 的形式，或者是电伴热带加热的形式。经过长时间的实践应用，发现以上的这几种技术手段 都存在这一些问题，分述如下采用蒸汽或热水伴热的传统加热方式，由于不易进行精确的 温度控制，导致这种加热方式存在着热能利用率低、加热效果不好的缺点。而采用电伴热带 加热管道则主要是用电能转化的热量去弥补由于环境与流体温差所造成的热损失，以维持 或升高流体的温度，达到工艺要求。这种模式下虽然可以实现对管道加热温度的精确控制， 但是却往往需要把流体在管道内先加热到一个高于所需温度的温度，然后再向周围环境散 热，直到温度逐渐降低，最终在管道出口处降到所需温度。也因此造成了大量的能源浪费。 此外，这种加热方式使管道中的温度分布不平衡造成管道材料内部产生热应力，影响了管 道的使用寿命。总之，现有的对流体传输管道进行加热保温的技术手段都不十分理想，难以 达到既节约能源又高效保温的功能。
发明内容
为了解决现有的对流体传输管道进行加热保温的技术手段不十分理想，难以同时 实现节约能源和高效保温的问题，本发明提了一种电加热管道相变温控装置，使用该装置 对流体传输管道进行加热保温后，具有可维持恒温运行以及热利用效率极高、节省能源的 特点，并且这种装置非常便于控制和监测，可以有效减少管道外部非稳态环境因素的影响 和电加热对管内流体温度的影响，并且还可以减少输油管道材料内部产生的热应力，延长 管道使用寿命。本发明的技术方案是该种电加热管道相变温控装置，首先包括用于输送流体的 钢管，其中，环绕所述钢管的外壁，由内向外依次分布有一个加热层、一个由聚氨酯材料组 成的保温隔热层、铝箔纸层以及一个由聚乙烯材料构成的管道防水防腐层，各层之间可以 分别采用耐温、绝缘、防水等各种胶粘剂进行粘接。比照以上这些常规的保温装置结构，本 发明的独特之处在于所述加热层采用有机固-液相变材料构成，在所述加热层内，沿管道 轴向布置若干内嵌碳纤维复合材料电热体的石英加热管，石英加热管内填充低氧气体，每 条石英加热管分别与一个温控开关相串联，所述温控开关亦位于加热层内，所述各石英加 热管串联温控开关后彼此并联，经绝缘导线引出后与外部电源和外部电源控制开关相连接构成电流回路。本发明具有如下有益效果当外部电源控制开关闭合时，电加热体即产生热量，通 过石英加热管对固-液相变加热层内介质进行加热，相变材料开始蓄热，当相变加热层内 材料均变为流体，温度升高超过允许温度时，温控开关动作，断开电路，关闭电热体的加热 状态。此时由于加热层向外散热，导致加热层内介质开始由流体向固体转变，但是由于相变 的影响导致加热层内温度不变，当温度降低至允许温度时，温控开关自动复位，打开电热体 的加热状态，继续加热加热层内介质，此时加热层内介质开始由固体向流体转变，由于相变 的影响导致加热层内温度不变，从而在整个过程中，保持加热层内侧温度的恒温运行。由于 固_液相变材料具有蓄热能力大，吸放热过程可以保持恒温或只有很小的温度波动范围， 体积变化小，过程易控制等特点，如果选用合适的固_液相变材料，就能使电加热管道始终 保持在某个恒定的工作温度。本发明利用了固-液相变材料具有蓄热能力大、吸放热过程 可以保持恒温或只有很小的温度波动范围的特点，将其应用到流体传输管道的保温中，使 得本装置可以同时达到节约能源和高效保温的特点。此外，这种装置非常便于控制和监测， 控制精度高，安装十分方便，具有极低的故障率，可长时间使用，安全性高，且具有维护方 便、运行维护费用低等诸多优点。而且，本发明可以有效减少管道外部非稳态环境因素的影 响和电加热对管内流体温度的影响，使钢管内的流体保持需要的恒温流过管道。例如在油 气集输领域，可以使原油在输送过程中保持恒温，从而降低原油的黏度，减少输送阻力，进 而减少输送成本。另外，本发明还可以同时减少输油管道材料内部产生的热应力，使输送管 道的使用寿命得到延长。
图1是本发明的纵向剖面结构示意图。图2是本发明的横向截面结构示意图。图中1-管道防水防腐层，2-铝箔纸层，3-温控开关，4-钢管，5-保温隔热层，6-外 部电源控制开关，7-外部电源，8-加热层，9-石英加热管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明本发明中所述电加热管道相变温控装置，如图1结合图2所示，包括用于输送流体 的钢管4，其中，环绕所述钢管4的外壁，由内向外依次分布有一个加热层8、一个由聚氨酯 材料组成的保温隔热层5、铝箔纸层2以及一个由聚乙烯材料构成的管道防水防腐层1，各 层之间，根据各工序分别采用耐温、绝缘、防水等各种胶粘剂进行粘接。比照这些常规结构， 本发明做出独创性改进之处在于改进之一，所述加热层8采用有机固-液相变材料构成。 在实际完成时，可以选用主要成分为30#相变储能材料蜡的有机固-液相变材料。改进之 二，在所述加热层8内，沿管道轴向布置若干内嵌碳纤维复合材料电热体的石英加热管9， 石英加热管内填充低氧气体，优选的石英加热管9的布置方式为沿管道横截面的圆周方 向布置6条，相邻两条相差圆周角60°，每条石英加热管分别与一个温控开关3相串联。所 述温控开关亦位于加热层8内，所述各石英加热管串联温控开关后彼此并联，经绝缘导线 引出后与外部电源7和外部电源控制开关6相连接构成电流回路。本发明采用的这种加热结构首先低氧气体降低了碳纤维复合材料的腐蚀量，而且可以有效利用红外加热，比其他 传统使用的电加热体直接接触加热材料加热效果更好，并防止产生过热现象；其次，采用将 温控开关固定于加热层内的结构，可以使温控开关能够很好感知加热层内温度的变化，并 及时动作，切断或连通加热电路，到达温度控制的目的，在此，本发明优选使用WGF-12型液 胀式温控开关。应用本发明后具体工作过程如下当外部电源控制开关闭合时，电加热体即产生热量，通过石英加热管对固-液相 变加热层内介质进行加热，固_液相变材料开始蓄热，当相变加热层内材料均变为流体，温 度升高超过允许温度时，WGF-12液胀式温控开关动作，断开电路，关闭电热体的加热状态。 此时由于加热层向外散热，导致加热层内介质开始由流体向固体转变，但是由于相变的影 响导致加热层内温度不变，当温度降低至允许温度时，WGF-12液胀式温控开关自动复位，打 开电热体的加热状态，继续加热加热层内介质，此时加热层内介质开始由固体向流体转变， 由于相变的影响导致加热层内温度不变，从而在整个过程中，保持加热层内侧温度的恒温 运行。由于固_液相变材料具有蓄热能力大，吸放热过程可以保持恒温或只有很小的温度 波动范围，体积变化小，过程易控制等特点，如果选用合适的固-液相变材料，就能使电加 热管道始终保持在某个恒定的工作温度。本发明可以有效减少管道外部非稳态环境因素的 影响，使钢管内的流体保持需要的恒温流过管道。例如在油气集输领域，可以使原油在输送 过程中保持适当的恒温，从而降低原油的黏度，减少输送成本。本发明的适用范围相当广泛，如工业介质的恒温输送管道、生活用水的输送管道， 特别是在油气集输领域，有很好的应用价值和前景。
权利要求
1.一种电加热管道相变温控装置，包括用于输送流体的钢管(4)，其中，环绕所述钢 管(4)的外壁，由内向外依次分布有一个加热层(8)、一个由聚氨酯材料组成的保温隔热层 (5)、铝箔纸层(2)以及一个由聚乙烯材料构成的管道防水防腐层(1)，其特征在于所述加 热层(8)采用有机固-液相变材料构成，在所述加热层(8)内，沿管道轴向布置若干内嵌碳 纤维复合材料电热体的石英加热管(9)，石英加热管内填充低氧气体，每条石英加热管分别 与一个温控开关(3)相串联，所述温控开关亦位于加热层(8)内，所述各石英加热管串联温 控开关后彼此并联，经绝缘导线引出后与外部电源(7)和外部电源控制开关(6)相连接构 成电流回路。
2.根据权利要求1所述的电加热管道相变温控装置，其特征在于所述石英加热管(9) 沿管道横截面的圆周方向布置6条，相邻两条相差圆周角60°，所述温控开关(3)为液胀式 温控开关。
全文摘要
一种电加热管道相变温控装置。主要解决现有的对流体传输管道进行加热保温的技术手段不十分理想，难以同时实现节约能源和高效保温的问题。其特征在于所述加热层(8)采用有机固-液相变材料构成，在所述加热层(8)内，沿管道轴向布置若干内嵌碳纤维复合材料电热体的石英加热管(9)，石英加热管内填充低氧气体，每条石英加热管分别与一个温控开关(3)相串联，所述温控开关亦位于加热层(8)内，所述各石英加热管串联温控开关后彼此并联，经绝缘导线引出后与外部电源(7)和外部电源控制开关(6)相连接构成电流回路。具有可维持恒温运行以及热利用效率高、节省能源的特点。还可以减少输油管道材料内部产生的热应力，延长管道使用寿命。
文档编号F16L59/02GK102003594SQ20091021745
公开日2011年4月6日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者吴国忠, 李栋, 齐晗兵 申请人:大庆石油学院