本发明涉及管道补口领域，特别涉及一种管道加热设备及加热方法。
背景技术：
在石油天然气管道补口工艺中，需要将热收缩带包覆在管道的补口区域进行防腐补口，为了确保获得良好的补口质量，一般依次进行管口预热、热收缩带加热收缩、回火作业。可见，为了上述作业的顺利进行，提供一种管道加热设备十分必要。
现有技术提供了一种管道加热器，包括可开合的外壳、保温层和电加热片，红外加热片安装在外壳上，红外加热片内设有电热丝，两端设置有与电加热丝连接的引出导线，引出导线用于与外部电源连接；保温层设在外壳与红外加热片之间。应用时，将打开外壳卡在管道外壁上，闭合后使红外加热片紧贴在管道外壁，红外加热片内的电热丝在电流作用下发热，并直接由红外加热片传递给管道外壁或者管道外壁上的热收缩带，从而实现上述加热作业。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术提供的管道加热设备通过红外加热片进行加热，其热量由外至内逐渐传递，热量由外至内逐渐传递，穿透力较差，易造成温度分布不均，加热效果较差。
技术实现要素：
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种温度分布均匀，并且针对不同受热对象采用不同加热方式，从而既能确保管口预热效果，又能保证热收缩带收缩和回火效果的管道加热设备及加热方法。具体技术方案如下：
一方面，提供了一种管道加热设备，包括可开合的外壳，所述管道加热设备还包括：红外加热片，设置在所述外壳内壁上；
第一引出导线，用于使所述红外加热片与第一电源连接；
中频电缆，独立于所述红外加热片设置在所述外壳内壁上；
接线板，分别设置在所述外壳的开口两端，与所述中频电缆连接，当所述外壳闭合时，开口两端的所述接线板导电接触；
第二引出导线，用于使所述接线板与第二电源连接。
具体地，作为优选，所述外壳的内壁上沿横向设置有多个相互平行的电缆固定架；
多个所述电缆固定架上相对设置有多个凹槽，配合形成多条相互平行的环形电缆固定槽；
每条所述环形电缆固定槽内固定有一条所述中频电缆；
每条所述中频电缆的两端分别对应连接有一个所述接线板。
具体地，作为优选，所述电缆固定架采用硬质弹性材料制备得到；
所述凹槽的开口宽度小于槽腔宽度。
具体地，作为优选，所述外壳的内壁上绕圆周方向设置多圈相互平行的条形安装板；
所述条形安装板上间隔设置有多个所述红外加热片；
每一圈所述条形安装板上的多个所述红外加热片顺次电连接。
具体地，作为优选，所述条形安装板上设置有多个与所述红外加热片结构相适配的卡槽；
所述红外加热片的底面可拆卸地卡在所述卡槽内。
具体地，作为优选，所述外壳的外壁上设置有接线箱；
所述接线箱上设置有分别用于与所述第一电源和所述第二电源连接的红外接口和中频接口；
所述第一引出导线由所述接线箱引至所述红外接口；
所述第二引出导线由所述接线箱引至所述中频接口。
具体地，作为优选，所述红外接口和所述中频接口均设置有多个。
具体地，作为优选，所述外壳包括：两组相对设置的可开合的骨架、横向设置在两组所述骨架之间的支撑杆、设置在两组所述骨架之间的具有开口的筒状板体；
所述骨架包括：弧形定位架、旋转轴、通过所述旋转轴与所述弧形定位架的两端可转动连接的弧形开合架。
具体地，作为优选，所述筒状板体由保温板材制备得到。
另一方面，提供了一种利用上述的管道加热设备对补口管道进行加热的方法，包括：
将外壳卡在补口管道的待补口区域处，使外壳开口两端的所述接线板导电接触；
进行管口预热：将第二引出导线与第二电源连接，利用中频电缆对管口进行中频加热，待加热至预设温度后，关闭第二电源；
进行热收缩带收缩和回火：将第一引出导线与第一电源连接，利用红外加热片对管口处的热收缩带进行红外加热使其收缩，继续调高所述红外加热片的加热温度进行回火作业。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的管道加热设备，通过设置红外加热片和中频电缆来提供红外加热功能和中频加热功能。具体地，通过中频电缆在接线板的配合作用下，以中频感应加热的方式对进行管口预热，其加热速度快、管壁内部发热效率高、加热均匀、温度可控性强，能获得良好的管口预热效果。通过红外加热片贴覆在热收缩带上，以红外加热的方式对其进行收缩加热、回火作业，能够使热收缩带收缩均匀，热熔胶充分熔融，回火彻底，能确保获得良好的补口质量。可见，该管道加热设备集两种加热方式于一体，针对不同的对象采用不同的加热方式，其加热效果更加优异，并且该设备占地空间小，施工效率高，利于降低施工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的管道加热设备的结构示意图。
附图标记分别表示：
1外壳，
101骨架，
1011弧形定位架，
1012旋转轴，
1013弧形开合架，
102支撑杆，
103筒状板体，
104液压缸，
2红外加热片，
3中频电缆，
4接线板，
5电缆固定架，
6条形安装板，
7接线箱，
701红外接口，
702中频接口。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种管道加热设备，如附图1所示，该设备包括可开合的外壳1、红外加热片2、第一引出导线、中频电缆3、接线板4和第二引出导线，其中，红外加热片2设置在外壳1的内壁上；第一引出导线用于使红外加热片2与第一电源连接；中频电缆3独立于红外加热片2设置在外壳1的内壁上；接线板4分别设置在外壳1的开口两端，并与中频电缆3连接，当外壳1闭合时，开口两端的接线板4导电接触；第二引出导线用于使接线板4与第二电源连接。
本发明实施例提供的管道加热设备，通过设置红外加热片2和中频电缆3来提供红外加热功能和中频加热功能。具体地，通过中频电缆3在接线板4的配合作用下，以中频感应加热的方式对进行管口预热，其加热速度快、管壁内部发热效率高、加热均匀、温度可控性强，能获得良好的管口预热效果。通过红外加热片2贴覆在热收缩带上，以红外加热的方式对其进行收缩加热、回火作业，能够使热收缩带收缩均匀，热熔胶充分熔融，回火彻底，能确保获得良好的补口质量。可见，该管道加热设备集两种加热方式于一体，针对不同的对象采用不同的加热方式，其加热效果更加优异，并且该设备占地空间小，施工效率高，利于降低施工成本。
需要说明的是，中频电缆3独立于红外加热片2设置指的是两者间隔设置，彼此独立，互不影响。由于外壳1是可开合的，其上必定具有一开口，在开口的两端分别设置接线板4，当外壳1打开时，两端的接线板4并不接触，此时中频电缆3为断开状态；当外壳1闭合时，两端的接线板4接触并导电，此时中频电缆3为接通状态。在中频电缆3接通状态下，利用第二引出导线将接线板4和第二电源连接，即使中频电缆3和第二电源之间建立电连接关系，此时中频电缆3即可对金属磁性材质的管道进行电磁感应加热。可见，两端的接线板4的工作原理与本领域常见的电闸组件或者插座组件(包括配套插头和插座)一致，都是为了建立电连接关系。
对于中频加热组件来说，其采用第二电源作为供电电源，可以理解的是，该第二电源应当为中频电源，以适应于中频电缆3进行中频感应加热。
为了使中频电缆3稳定且均匀地分布在外壳1的内壁上，如附图1所示，在外壳1的内壁上沿横向设置有多个相互平行的电缆固定架5；多个电缆固定架5上相对设置有多个凹槽，配合形成多条相互平行的环形电缆固定槽。每条环形电缆固定槽内固定有一条中频电缆3，每条中频电缆3的两端分别对应连接有一个接线板4。
上述在多个电缆固定架5上相对设置多个凹槽指的是：在每个电缆固定架5上，例如面向管道的端面上均匀地间隔设置多个凹槽，例如七个凹槽，并且使多个电缆固定架5上的凹槽彼此相对，例如，第一个凹槽依次相对，从而在外壳1的内壁上沿圆周方向形成一条环形电缆固定槽，第二个至第七个凹槽也如此设置，再依次形成六条环形电缆固定槽。在此基础上，取七条中频电缆3，使每一条中频电缆3分别卡入在一条环形电缆固定槽内，即可实现该中频电缆3在电缆固定架5上的固定(中频电缆3不会与管道外壁直接接触)。与此同时，采用十四个接线板4，分别与环形电缆固定槽的两端一一对应，以确保每一条环形电缆固定槽内的中频电缆3的两端分别与一个接线板4连接。
针对每一条环形电缆固定槽两端的接线板4来说，这一对接线板4在外壳1闭合时导电接触，以实现该环形电缆固定槽内的中频电缆3形成一个接通的环形导电体。
对于第二引出导线的设置，举例来说，当设置七条环形电缆固定槽时，中频电缆3也相应设置成七条，此时每条中频电缆3的两端各设置一个接线板4，在这对接线板4中的任意一个上接一根第二引出导线即可。优选在外壳1的内壁中设置导线槽，以便于放置并固定第二引出导线，避免其于管道壁接触。
对于接线板4的结构，其可以为方块状，以确保需要相抵接触的端面能够紧密贴合，实现导电接触。接线板4采用导电材料制备得到，可以理解的是，接线板4只有需要相抵接触的端面为导电的，其余表面上均设置有一层绝缘膜层，以防止漏电。
为了提高中频电缆3在环形电缆固定槽内放置时的稳定性，同时便于对中频电缆3进行更换，该电缆固定架5的材质优选采用硬质弹性材料制备得到，例如硬质橡胶等，并且其上设置的凹槽的开口宽度小于槽腔宽度，即将凹槽设置成开口小，槽腔大，使凹槽的开口宽度稍小于中频电缆3的直径，以在外力下可使中频电缆3进入或者脱离凹槽，确保中频电缆3不会自动从凹槽内脱出；将凹槽的槽腔宽度设置成稍大于中频电缆3的直径，以避免对其造成挤压，保护中频电缆3的寿命。该电缆固定架5的结构可以为条板状，安装时，使其板面与外壳1的内壁垂直，可以采用粘接的方式将其固定在外壳1的内壁上。
对于红外加热组件来说，其采用红外加热片2作为发热基体，可以通过将红外辐射陶瓷和电加热丝，例如镍铬合金丝等烧结成一体来制备得到，并且在红外加热片2的一端或者两端还分别引出与电加热丝连接的接出导线。为了提高红外辐射效果，还可以在红外辐射陶瓷表面涂覆一层高辐射率的釉层。对于本领域技术人员来说，红外加热片2为本领域常见的，武晓燕等在《硅酸盐通报》第32卷第2期公开了“红外辐射陶瓷的研究进展”，其中对各种类型的红外辐射陶瓷进行了概述，本领域技术人员通过参考该文献就能够获得红外加热片2。此外，本领域技术人员也可以通过购买市售的远红外陶瓷加热片来作为取该红外加热片2。
对于红外加热组件来说，其采用第一电源作为供电电源，可以理解的是，该第一电源采用本领域普通的供电电源即可。将第一引出导线与第一电源接通，第一电源对红外加热片2内的电加热丝进行供电使其发热，并由红外加热片2传递至热收缩带，基于红外加热片2的红外发热，具有加热效率高，穿透力强，占地面积小，安全环保等优点。
为了确保加热范围均匀，如附图1所示，在外壳1的内壁上绕圆周方向设置多圈相互平行的条形安装板6；条形安装板6上间隔设置有多个红外加热片2；每个条形安装板6上的多个红外加热片2顺次电连接。
外壳1在闭合状态下应当为与待补口管道相适配的筒状结构，通过将条形安装板6设置成同样具有开口的圈状结构，将其均匀设置在外壳1的内壁上，以配合形成与管道结构相适配的筒状加热圈，在确保加热面积足够大的前提下，还确保了加热均匀性。其中，每个条形安装板6上的多个红外加热片2通过彼此的接出导线顺次连接，并在位于条形安装板6最端部的红外加热片2上接第一引出导线，以确保当第一引出导线与第一电源接通后，该条形安装板6上所有的红外加热片2均能够发热。
条形安装板6优选采用耐高温聚合物材料，例如聚亚苯基聚合物等，可以通过挤塑成型形成具有开口的圆环形结构。为了确保红外加热片2能与热收缩带充分接触，将其在条形安装板6上设置成多个。为了红外加热片2的安装与拆卸，以便于对其进行更换，在条形安装板6上设置多个与红外加热片2结构相适配的卡槽，将红外加热片2底面可拆卸地卡在该卡槽内，这样红外加热片2的顶面暴露来与热收缩带接触。
为了使该管道加热设备内走线整齐，并且容易地实现与外部电源接通，在外壳1的外壁上设置有接线箱7，接线箱7上设置有分别用于与第一电源和第二电源连接的红外接口701和中频接口702，并且，第一引出导线由接线箱7引出至红外接口701，第二引出导线由接线箱7引出至中频接口702。
可以理解的是，接口为本领域所常见的，其内设置有与导线电连接的接线柱，并且在与其对接的对象上配套设有接口相适配的接头，当接头插入接口内时即可构成电连接关系(该接口和接头可以如航空插头进行设计)。在该管道加热设备设置有红外接口701和中频接口702的基础上，第一电源上必定要引出一接入导线，接入导线的端部设置有与红外接口701相适配的接头，第二电源上必定也引出一接入导线，该接入导线的端部设置有与中频接口702相适配的接头。当需要进行管口预热时，将第二电源的接头插在中频接口702内即可对管口进行中频加热；当需要进行热收缩带收缩和回火时，将第一电源的接头插在红外接口701内即可对热收缩带进行红外加热。
作为优选，红外接口701和中频接口702均设置有多个，例如2个、3个等，通过将多个第一引出导线和第二引出导线分别分流至多个红外接口701内和中频接口702内，能够避免与其对接的电源接出导线过粗，电流过大，确保施工安全。
并且，将上述接口设置成多个还利于对加热方式进行控制，以红外加热组件来说，当红外接口701设置成两个，同时在外壳1的内壁上设置九个条形安装板6时，每一个条形安装板6上的多个红外加热片2最终接出一根第一引出导线，此时，共计接出九根第一引出导线。其中，与最中间条形安装板6对应的第一引出导线(即第5根)可以与一个红外接口701内的一个接线柱连接，位于其两侧的另外两根第一引出导线(即第4根和第6根)共同与同一红外接口701内的另外一个接线柱连接。第3根和第7根可以与另一个红外接口701内的一个接线柱连接，第2根和第8根可以与该红外接口701内另一个接线柱连接，第1根和第9根可以与该该红外接口701内再一个接线柱连接。通过如上所述的连接方式，可以进行阶梯式红外加热，即由中间至两边使红外加热片2逐渐开启，从而保证热收缩带收缩时气泡顺利排出，优化收缩效果。
可以理解的是，为了便于对该管道加热设备进行自动化控制，可以设置一个集成式控制柜，将第一电源和第二电源均设置在该控制柜内，在该控制柜内内程控元件，以控制接通第一电源或者第二电源，同时，还可对红外加热片2和中频电缆3的加热温度进行控制。进一步地，还可对红外加热片2和中频电缆3的开启对象和数目进行控制。
在本发明实施例中，利用开合式的外壳1来为上述各加热组件提供支撑，作为一种实施方式，如附图1所示，该外壳1包括：两组相对设置的可开合的骨架101、横向设置在两组骨架101之间的支撑杆102、设置在两组骨架之间的可开合的筒状板体103。其中，骨架101包括：弧形定位架1011、旋转轴1012、通过旋转轴1012与弧形定位架1011的两端可转动连接的弧形开合架1013。
通过使弧形开合架1013绕弧形定位架1011转动以实现骨架101开启与闭合。通过设置支撑杆102，以使该外壳1的结构稳定。通过设置筒状板体103来为红外加热片2和中频电缆3提供安装支撑体，筒状板体103配合外壳1的开口也对应设置有一个开口。筒状板体103优选采用保温板材制备得到，以尽可能地避免该加热设备自身的热损失，优化加热效果。
基于骨架101的结构如上所述，支撑杆102设置在相对的两个弧形定位架1011以及相对的两个弧形开合架1013之间。筒状板体103设置在弧形定位架1011和弧形开合架1013的内侧边上，并且筒状板体103在对应弧形定位架1011与弧形开合架1013的连接处的位置处设置成可折叠及可展开的结构，以在骨架101开合时不会发生损坏。
在本发明实施例中，弧形定位架1011和弧形开合架1013通过旋转轴1012实现可转动连接，为了使弧形开合架1013的开与合更加省力且为可控的，如附图1所示，该喷砂除锈设备还包括液压缸104，该液压缸104的两端分别与位于旋转轴1012两侧的弧形定位架1011和弧形开合架1013的端部铰接。
上述液压缸104的两端分别指的是缸体底部以及活塞杆的端部，液压缸的活塞杆在缸体内轴向运动，当活塞杆由缸体内伸出时，该液压缸的轴向长度变长，进而带动与其铰接的端部彼此远离，进而使弧形定位架1011和弧形开合架1013彼此靠近，进而使骨架101进行合的动作。反之，当活塞杆回缩至缸体内时，骨架101进行开的动作。
第二方面，本发明实施例提供了利用上述的管道加热设备对补口管道进行加热的方法，该方法包括：
将外壳1卡在补口管道的待补口区域处，使外壳1开口两端的接线板4导电接触。
进行管口预热：将第二引出导线与第二电源连接，利用中频电缆3对管口进行中频加热，待加热至预设温度后，关闭第二电源。
进行热收缩带收缩和回火：将第一引出导线与第一电源连接，利用红外加热片2对管口处的热收缩带进行红外加热使其收缩，继续调高所述红外加热片2的加热温度进行回火作业。
可见，利用本发明实施例提供的管道加热设备对补口管道进行加热时，利用中频加热方式进行管口预热，以快速有效地达到预热温度。利用红外加热的方式热收缩带的收缩，并在收缩完毕后，继续调高温度进行回火，以使热溶胶充分熔融，即可完成管道的补口作业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。