输油管道伴热装置的制作方法

1.本技术涉及油气输送技术领域，具体涉及一种输油管道伴热装置。


背景技术：

2.在油田集输系统中，利用管道输送原油是最经济的运行方式，但由于管道均在室外敷设，管道温度随季节变化大，在低温下管道内壁容易结蜡。因此，原油输送需要对管道进行伴热。
3.常用的金属管道伴热方法包括外伴热管伴热、电伴热等。其中，根据外伴热管的数量，外伴热管伴热主要包括双管伴热、三管伴热等，但外伴热管伴热的方法产生的能耗损失大，而且需要高昂的投资成本。而电伴热主要是指使用电加热器、电伴热带等加热设备为管道伴热，但这种方法能耗高，而且容易损坏，故障率高，堵管线事故频发。
4.随着油田提质增效、节能降耗工作的开展，非金属管道因其耐腐蚀、摩阻小、传热系数低等优点在油田大规模推广应用。但是上述伴热方法并不适用于非金属管道，而非金属管道对其输送介质没有较好加热方式，这严重制约了油田高效、清洁、可持续发展。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供了一种输油管道伴热装置，该装置能够实现为非金属输油管道中的输送介质加热，并且具有较高的加热效率。
6.本技术具体采用如下技术方案：
7.一种输油管道伴热装置，所述伴热装置包括内穿电缆和控制电源，
8.所述内穿电缆位于所述输油管道的内部，并与所述输油管道中的输送介质相接触，所述内穿电缆包括电缆线芯和电缆护套，所述电缆护套包覆在所述电缆线芯外侧；
9.所述控制电源与所述电缆线芯连接，用于为所述电缆线芯供电，以使所述电缆线芯产生热量。
10.优选地，所述电缆护套内的所述电缆线芯的数量为至少两根。
11.优选地，当所述电缆护套内的所述电缆线芯的数量为两根时，两根所述电缆线芯由同一根发热导线通过反向弯折形成；
12.所述发热导线的两端均连接在所述控制电源上。
13.优选地，所述电缆护套为防爆护套，用于隔绝所述输送介质和所述电缆线芯；
14.所述电缆护套和所述电缆线芯之间设置有绝缘层。
15.优选地，所述伴热装置还包括两个温度传感器和两个压力传感器，
16.两个所述温度传感器分别设置在所述输油管道的两端，用于采集位于所述输油管道的两端的输送介质温度信号；
17.两个所述压力传感器分别设置在所述输油管道的两端，用于采集所述输油管道的两端的管道压力信号；
18.在所述输油管道的任一端，所述压力传感器和所述温度传感器沿所述输送介质的
流动方向依次布置。
19.优选地，所述内穿电缆还包括信号线，所述信号线与所述温度传感器、所述压力传感器和所述控制电源连接，所述信号线用于将所述输送介质温度信号和所述管道压力信号传递至所述控制电源。
20.优选地，所述控制电源为智能变频控制电源，包括压力测控器、温度测控器和智能控制面板；
21.所述压力测控器和所述温度测控器分别与所述信号线连接，其中所述压力测控器用于接收所述信号线传递的所述管道压力信号，所述温度测控器用于接收所述信号线传递的所述输送介质温度信号；
22.所述智能控制面板与所述压力测控器和温度测控器电性连接，用于显示管道压力数据和输送介质温度数据。
23.优选地，所述智能控制面板具有控制器，所述控制器与所述压力测控器和所述温度测控器分别电性连接，用于控制所述电缆线芯的加热功率。
24.优选地，所述智能变频控制电源还包括变频器，所述变频器与所述控制器电性连接，所述变频器用于调节输出电流。
25.优选地，所述智能变频控制电源还包括报警器，所述报警器与所述智能控制面板电性连接，用于在所述伴热装置发生故障或所述输油管道的实际运行参数超过所述设定运行参数时，发出报警信号。
26.本技术实施例的有益效果至少在于：
27.本技术实施例提供的输油管道伴热装置，包括控制电源和内穿电缆，控制电源为内穿电缆供电，以使内穿电缆在电阻的作用下形成超长发热体；内穿电缆在管道内与输送介质直接接触，这样其产生的热量可以直接传导至输送介质，实现为输送介质加热，并且也正是因为内穿电缆与输送介质直接接触，因此本伴热装置的加热效率高，热量损失少，有利于提高管道输送效率。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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。
29.图1是本技术实施例提供的一种输油管道伴热装置的结构示意图；
30.图2是本技术实施例提供的一种内穿电缆的截面示意图；
31.图3是本技术实施例提供的一种控制电源的结构示意图。
32.附图标记分别表示：
33.100、内穿电缆；101、电缆线芯；102、电缆护套；103、绝缘层；
34.200、控制电源；201、压力测控器；202、温度测控器；203、智能控制面板；204、变频器；205、报警器；
35.300、输油管道；
36.400、温度传感器；
37.500、压力传感器；
38.600、动力电源。
具体实施方式
39.为使本技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
40.输油管道是用于完成油料接卸及输转任务的重要设施，相比于传统的金属输油管道，非金属输油管道具有耐腐蚀、摩阻小、传热系数低等优点，并且正在逐步替代金属输油管道在油田中的应用。
41.传统的金属输油管道伴热方法主要包括两种，一种是外伴热管伴热，即在输油管道外部设置伴热管，伴热管中流通有伴热介质，伴热介质散发的热量可以依次经过伴热管壁和金属输油管道的管壁传递至输送介质，从而为输送介质加热，但是非金属输油管道的传热性差，若利用外伴热管为输送介质加热，加热效率低、热量损失大；另一种是电伴热，即将电加热带直接缠绕在管道上而为输送介质加热，但是一方面非金属输油管道的传热性差，另一方面电加热带的加热温度通常较高，可能会对非金属输油管道造成破坏，从而造成更为严重的后果。因此这两种伴热方法都不适用于非金属输油管道。
42.为此，本技术实施例提供了一种输油管道伴热装置，不仅能够为金属输油管道伴热，还能够为非金属输油管道中的输送介质加热。
43.如图1所示，伴热装置包括内穿电缆100和控制电源200。其中，内穿电缆100位于输油管道300的内部，并且位于输油管道300的中下部，从而与管道中的输送介质相接触，即内穿电缆100可以浸入到输送介质中。在控制电源200的控制下，内穿电缆100能够产生热量而为输油管道300中的输送介质加热。内穿电缆100的长度可以设计成等于或略小于输油管道300的长度，而实现为管道全程均匀加热。其中，为了便于通过控制电源200实现对内穿电缆100的管理，通常将控制电源200设置在管道的起点，即油田处。
44.内穿电缆100包括电缆线芯101和电缆护套102，电缆线芯101为导体，接通电流后电缆线芯101可以在电阻的作用下而产生热量；电缆护套102包覆在电缆线芯101的外侧，用于隔绝电缆线芯101和输送介质。控制电源200适于与电缆线芯101连接，为电缆线芯101供电。
45.因此，在本技术实施例提供的输油管道300伴热装置中，控制电源200可以为内穿电缆100供电，从而内穿电缆100在电阻的作用下可以形成超长发热体而向外散发热量；内穿电缆100在输油管道300内与输送介质直接接触，这样其产生的热量可以直接传导至输送介质，实现为输送介质加热。并且也正是因为内穿电缆100与输送介质直接接触，因此本伴热装置的加热效率高，热量损失少，有利于提高管道输送效率。
46.如图2所示，在本技术实施例的一些实现方式中，电缆护套102内的电缆线芯101的数量为至少两根。
47.在本技术的一些实施例中，至少两根电缆线芯101可以并联，并联的电缆线芯101的数量越多，加热功率越大，单位时间内产生的热量越多，加热效率越高。
48.在本技术的另一些实施例中，至少两根电缆线芯101也可以串联，以电缆护套102内的电缆线芯101的数量为两根为例，这两根电缆线芯101可以由同一根发热导线通过方向
弯折形成，发热导线的两端均连接在控制电源200上。这样发热导线可以自成电流回路，首尾两端都在同一位置，因此仅需在油田设置一台控制电源200即可，便于生产人员及时调控伴热装置。
49.继续参见图2，在本技术实施例的一些实现方式中，电缆护套102可以为防爆护套，用于隔绝输送介质和电缆线芯101，保证电缆线芯101的输电安全。其中，该防爆护套具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐老化性能，能够有效防止油气侵蚀，使用寿命长，同时还具有良好的阻燃防爆效果。
50.示例性地，该防爆护套还可以为热缩材料，将该防爆护套包覆在电缆线芯101上后，可以使用热风机等加热设备对防爆护套进行均匀加热，这样防爆护套会收缩并紧缚在电缆线芯101上，从而具有良好的密封效果，杜绝了密封不严而导致的安全隐患。
51.在本技术的一些实施例中，在防爆护套和电缆线芯101之间可以设置有绝缘层103，绝缘层103包覆在电缆线芯101上，防爆护套包覆在绝缘层103上。绝缘层103用于隔离相邻的电缆线芯101，防止电缆线芯101之间相互碰触。同时，绝缘层103还可以具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，进一步保护电缆线芯101的输电安全
52.如图3所示，伴热装置还包括两个温度传感器400和两个压力传感器500。
53.两个温度传感器400分别设置在输油管道300的两端，每个温度传感器400的感应器(例如感应探针)置于输油管道300的中下部，例如可以位于管道高度的2/3处(从上到下)，从而感应器可以与输送介质接触，进而实时采集输油管道300两端的输送介质温度。
54.两个压力传感器500也分别设置在输油管道300的两端，每个温度传感器400的感应器(例如感应探针)置于输油管道300的中下部，例如可以位于管道高度的2/3处(从上到下)，从而感应器可以与输送介质接触，进而实时采集输油管道300两端的管道压力。
55.在输油管道300的任一端，压力传感器500和温度传感器400沿输送介质的流动方向顺次布置。也就是说，在输油管道300的起点(油田处)设置有一个传感器组，包括一个温度传感器400和一个压力传感器500，在输油管道300的终点(站场处)设置有另一个传感器组，也包括一个温度传感器400和一个压力传感器500。而无论是对于设置在油田处的传感器组来讲，还是对于设置在站场处的传感器组来讲，该组的压力传感器500和温度传感器400都是沿着输送介质的流动方向顺次布置的。即对于一根输油管道300来讲，从它的起点端到终点端，设置在该管道上面的传感器的布置次序为：压力传感器500、温度传感器400、压力传感器500、温度传感器400。这样的布置方式是因为输送介质流经温度传感器400时会发生紊流，为了避免紊流影响到管道压力的准确测量，故使输送介质在流动时先经过压力传感器500，再经过温度传感器400。
56.如图1所示，在本技术实施例的一些实现方式中，内穿电缆100还包括信号线，信号线也被包覆在绝缘层103内部。信号线还与两个温度传感器400、两个压力传感器500和控制电源200分别连接，用于将两个温度传感器400采集到的输送介质温度和两个压力传感器500采集到的管道压力传递至控制电源200。
57.控制电源200可以对采集到的输送介质温度和管道压力进行分析处理。例如在本技术的一些实施例中，控制电源200可以为智能变频控制电源，能够在压力传感器500和温度传感器400的配合下实现人工设置与智能加热的有机结合，实现对输油管道300的实时调控，保证管道的正常运行。
58.智能变频控制电源可以安装在输油管道300的起点，例如可以安装在油井的井口，其输入端可以与动力电源600连接，例如可以接入380v的工业电路，输出端可以与内穿电缆100连接。
59.智能变频控制电源可以包括压力测控器201、温度测控器202和智能控制面板203。压力测控器201和温度测控器202分别与信号线连接，其中，压力测控器201用于接收信号线传递的管道压力，温度测控器202用于接收信号线传递的输送介质温度，智能控制面板203与压力测控器201和温度测控器202电性连接，用于实时显示管道压力和输送介质温度。生产人员可以通过智能控制面板203上显示的数据监测管道运行情况。
60.如图3所示，智能控制面板203具有控制器，控制器与压力测控器201和温度测控器202分别电性连接，用于控制电缆线芯101的加热功率。控制器可以在管道耐受温度范围内自动分析设定运行参数与实际运行参数的差异，并基于设定运行参数控制电缆线芯101的加热功率，当设定运行参数高于实际运行参数时，控制电缆线芯101进行加热；当设定运行参数等于或接近于实际运行参数时，控制电缆线芯101停止加热，以使实际运行参数和设定运行参数相一致。其中运行参数包括输送介质温度和管道压力，设定运行参数由人工进行设定，实际运行参数基于压力传感器500和温度传感器400进行采集。
61.如图3所示，智能变频控制电源还包括变频器204，变频器204与控制器电性连接，变频器204用于调节输出电流，从而调节电缆线芯101的加热功率。在本技术的一些实施例中，变频器204可以控制内穿电缆100的最大加热功率为30瓦/米。
62.示例性地，当位于管道终点处的温度传感器400采集到的输送介质温度低于设定输送介质温度时，控制器不断向变频器204发送操作指令，变频器204根据接收到的操作指令调节输出电流的大小，从而对管道内的输送介质进行伴热，直至位于管道终点处的温度传感器400采集到的输送介质温度与设定输送介质温度相一致为止。接下来，温度传感器400还会继续实时采集输送介质温度，控制器会根据实际采集的输送介质温度控制变频器204持续对输出电流进行微调，从而保证管道平稳运行，整个工作过程无需人工实时监控。
63.如图3所示，在本技术实施例的一些实现方式中，智能变频控制电源还可以包括报警器205，报警器205与智能控制面板203电性连接，用于在伴热装置发生故障或输油管道300的实际运行参数超过设定运行参数时，发出报警信号。示例性地，当至少一个压力传感器500采集到的管道压力均高于设定管道压力时，发出报警信号。报警信号可以为声信号和光信号中的至少一种，以使生产人员可以及时发现故障提示，并尽早对相应的故障进行维修处理。
64.综上所述，本技术实施例提供的输油管道300伴热装置，改变了传统的外伴热方式，利用内穿电缆100在输油管道300内部对输送介质直接伴热，提高加热效率、降低外在热损耗，保证管道安全运行，避免因输油管道300冻堵发生泄露而造成环境污染，同时还降低了对管道材质的约束，具有更好的适用性。
65.并且，本技术实施例提供的输油管道300伴热装置，通过压力传感器500、温度传感器400和智能变频控制电源的相互配合，可以实时监测管道压力和输送介质温度，然后基于变频器204对内穿电缆100的伴热功率进行智能调节，从而伴热装置能够始终在最佳节能状态下运行，解决了生产人员无法实时对输油管道300进行调控的难题。
66.在本技术实施例提供的输油管道伴热装置的一次应用测试中，某油井平均日产液
20m3，集油管线(输油管道的一种)长度为800米。智能变频控制电源安装在该油井的井口位置，内穿电缆的安装与管道敷设施工一同进行，两个压力传感器和两个温度传感器对应安装在集油管线的两端。运行前，参照该油井的原油物性人工设定运行参数。运行时，控制器自动分析设定运行参数与实际运行参数的差异，不断发送操作指令至变频器，变频器根据接收到的操作指令调节输出电流的大小，进而不断微调设定运行参数与实际运行参数的差异，直至两项参数一致为止，管道平稳运行。相较于普通加热器，本技术实施例提供的输油管道伴热装置日均节电53千瓦时。
67.在本技术中，应该理解到，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
68.以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本技术的技术方案，并不用以限制本技术。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围。