專利名稱：管道加熱系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種管道加熱系統(tǒng)。
背景技術：
對于管道內(nèi)部流體的加熱，常常要通過換熱器進行，這一方面增加了成本，擴大了空間的需求，并且對一些特殊的管道，如原油管道，增加了阻塞以及其它一些運行問題，使可靠性和換熱效率受到不利的影響。對于原油管道的加熱，針對不同國家和地區(qū)的能源價格和氣候條件，一直采用煤、 天然氣和原油為燃料，部分地區(qū)采用直接電加熱或間接電磁感應加熱。前者由于使用高溫鍋爐，爐內(nèi)換熱器的設計或安裝的不當將帶來極大的安全隱患。使用天然氣的伴氣管道建設投資大，上述所有方法均具有運行成本高的特點，成為原油輸送、尤其是北方地區(qū)原油輸送成本中的主要成本之一。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述缺陷，本實用新型的目的在于提供一種節(jié)約伴氣管道的投資，降低加熱系統(tǒng)的安全隱患，同時大幅度降低管道加熱的運行成本的高效的管道加熱系統(tǒng)。為達到上述目的，本實用新型提出一種管道加熱系統(tǒng)，至少包括產(chǎn)生熱流體的熱源部分以及用于連接熱源部分的冷凝換熱器，其特征在于所述的冷凝換熱器為金屬螺旋管，所述螺旋管的外徑與被加熱管道內(nèi)徑相適配并安置在管道內(nèi)部。其中，所述的熱源部分為地源熱泵加熱系統(tǒng)；其中，所述的熱源部分為太陽能聚熱系統(tǒng)和熱泵加熱系統(tǒng)；在太陽能聚熱系統(tǒng)和熱泵加熱系統(tǒng)之間設有流體切換裝置。其中，在被加熱的管道外部安置有超聲發(fā)生器，所述的超聲發(fā)生器的超聲攏動范圍集中于被加熱管道內(nèi)壁的附近區(qū)域，即螺旋管附近。在被加熱的管道外部設置有保溫層。其中，所述的地源熱泵加熱系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、膨脹裝置以及與地源相連接的蒸發(fā)器組成，其中，冷凝換熱器和冷凝器相連，并由水泵驅動兩者間的液體循環(huán)，蒸發(fā)器的熱源流體來源于開式水井或埋置于地下土壤中的封閉管道。蒸發(fā)器為工質流體與地源系統(tǒng)之間的換熱器，地源系統(tǒng)可以是開式的井水系統(tǒng)，也可以是封閉的埋管系統(tǒng)，或利用表面水 (江、河、湖、海)的系統(tǒng)。其中，為提高換熱效率，在被加熱的管道外部安置有超聲發(fā)生器，超聲發(fā)生器的超聲攏動區(qū)域著重于被加熱管道的內(nèi)壁，本實用新型利用地源熱泵提供高效的管道加熱，采用以上技術方案，具有以下的技術和經(jīng)濟優(yōu)勢1.利用可再生的清潔地下能源，取代傳統(tǒng)的化石燃料，降低了運行成本，減少了溫室氣體排放。2.利用管內(nèi)直接換熱，減少了換熱器可能帶來的一系列可靠性和維護問題，包括阻塞、結焦，析蠟等。3.管內(nèi)流體不再與高溫燃爐接觸，避免了可能的安全隱患。4.直接管內(nèi)蒸發(fā)方式相對于中間冷凝換熱模式，既增加了流體加熱溫度，又減少了壓縮機功耗，提高了系統(tǒng)的加熱效率。

圖1為本實用新型第一實施例的結構示意圖。圖2為本實用新型第二實施例的結構示意圖。圖2A為本實用新型第二實施例在地源熱泵管道加熱模式下的結構示意圖圖2B為本實用新型第二實施例在太陽能蓄熱模式下的結構示意圖圖2C為本實用新型第二實施例在太陽能直接加熱模式下的結構示意圖
具體實施方式下面結合具體實施例對本實用新型作進一步說明。本實用新型一種管道加熱系統(tǒng)，至少包括產(chǎn)生熱流體的熱源部分以及用于連接熱源部分的冷凝換熱器，參見圖1，所述的冷凝換熱器為金屬螺旋管，所述螺旋管的外徑與被加熱管道內(nèi)徑相適配并安置在管道內(nèi)部。圖1為本實用新型用于原油管道加熱的一個實施例。熱泵工質經(jīng)過壓縮機1壓縮后，直接進入冷凝換熱器2，冷凝換熱器由金屬螺旋管加組成，螺旋管的外圈直徑和原油管道內(nèi)徑相近，并直接安置在管道內(nèi)部，原油直接流經(jīng)該螺旋管并從中吸收熱量，為強化換熱效果，移走可能附著在螺旋管上的焦油、石蠟或其它雜質，在管道外部設有超聲發(fā)生器2b，在高溫加熱段，為減少熱量損失，管道外部設有保溫層 2c。工質在通過冷凝管道換熱器與原油交換熱量之后，進入膨脹裝置3，進一步降溫、 降壓，低溫工質通過蒸發(fā)器4吸收熱量，本例中為蒸發(fā)器提供熱源供應的為開式水井系統(tǒng) 5，包括回灌井5a，抽水井5b，以及安置在抽水井內(nèi)的潛水泵5c。地下水在水泵5c的驅動下，與低溫工質交換熱量后，通過回灌井返回地下。而循環(huán)工質在從熱源流體(水)中吸收熱量后，進入壓縮機1，開始另一個循環(huán)。本例中使用地下水作為熱源，其優(yōu)點在于前期投資較少，熱源溫度穩(wěn)定，占地面積小，不足之處是受地質(地下水)資源限制較大，維護費用較高。圖2所示為本實用新型的另一個實施例。本實施例中，熱泵的循環(huán)系統(tǒng)和前例相同，其不同之處在于壓縮工質和被加熱流體之間的換熱通過了獨立的冷凝器，被加熱流體不再和熱泵工質的管道接觸，同時，熱泵系統(tǒng)使用封閉式地下埋管并輔助以太陽能加熱系統(tǒng)。現(xiàn)詳細說明如下熱泵循環(huán)工質經(jīng)壓縮機1壓縮后進入冷凝器2，冷凝器的冷卻流體為水，在冷凝器 2和管道換熱器3之間循環(huán)傳遞熱量?；诒还艿赖膿Q熱器3由安置在被加熱管道內(nèi)部的螺旋管3a組成，金屬螺旋管的圈外直徑和被加熱管道的內(nèi)徑相近，在該螺旋管3a和冷凝器 2之間的流體循環(huán)由循環(huán)泵北驅動，為強化換熱，管道外壁上設有超聲發(fā)生器3c，為減少散熱損失，管道外部設有保溫層3d。[0029]在為管道內(nèi)流體提供熱量后，熱泵循環(huán)工質進入膨脹裝置4，在進一步降溫、降壓后，進入蒸發(fā)器5吸收熱量。本例中的熱源系統(tǒng)6由兩部分組成，一部分為封閉式地下埋管 6b，另一部分為太陽能聚熱系統(tǒng)6c，熱源系統(tǒng)內(nèi)的流體循環(huán)由循環(huán)泵6a驅動。吸熱升溫后的工質再次進入壓縮機，開始新的一輪循環(huán)。采用封閉式埋管的方式特點是系統(tǒng)不依賴于地下水資源，并且維護少、可靠性高， 但不足之處在于初期投入較高，占地面積較大，對于石油管道加熱的最大問題在于地下熱量的不平衡，即長時間不斷地從地下提取熱量將可能導致土壤介質的溫度逐步下降，使系統(tǒng)不可持續(xù)。本實施例中，利用太陽能集熱系統(tǒng)6c彌補了這個缺陷，并帶來進一步的能量節(jié)約。本實施例中的地源和太陽能復合系統(tǒng)可在多種模式下運行。不同模式下各閥門組的開關狀態(tài)如下
系統(tǒng)運行模式閥門組 Yl閥門組 Y2閥門組 Y3閥門組 Y4閥門組 Y5冬季地源熱泵管道加熱開開關關開夏季太陽能地下蓄熱關關開關開太陽能直接管道加熱關關開開關1.冬季地源熱泵管道加熱(圖2A)冷凝器2和管道換熱器的內(nèi)螺旋管3a聯(lián)接，壓縮工質間接為管道內(nèi)流體供熱，而封閉式地下埋管6b為蒸發(fā)器提供熱源，這個模式為最典型的加熱模式，在冬季的部分時間內(nèi)采用。2.夏季太陽能地下蓄熱(圖2B)夏季土壤溫度上升，管道內(nèi)原油加熱需求降低或消失，此時熱泵機組停機，閥門組 Vl和V2關閉，太陽能聚熱系統(tǒng)6c通過循環(huán)泵6a直接將熱量排入地埋管6b中，從而提升土壤溫度，為下一個冬季的熱泵運行儲蓄熱量。3.太陽能直接管道加熱(圖2C)在冬季白天有充分太陽輻射時，太陽能直接聚熱系統(tǒng)6c可直接供應管道加熱，此時熱泵機組停機，閥門組Vl、V2關閉。夏季，尤其是夏季后半期，在土壤溫度逐步恢復后，可通過此模式開始為石油管道加熱，以提高管道周圍土壤溫度，降低冬季供熱需求，從而達到進一步節(jié)能的目的。地源熱泵的埋管規(guī)模和太陽能集熱裝置的相對容量由能源(電力)價格，初期投資，以及當?shù)氐刭|和氣候條件等決定。當電力價格過高或埋管的地質條件不理想時，全部使用太陽能部分也可能是一個選擇。上述說明圖中所有表明“P”記號的部分為電源和相應的控制系統(tǒng)。
權利要求1.一種管道加熱系統(tǒng)，至少包括產(chǎn)生熱流體的熱源部分以及用于連接熱源部分的冷凝換熱器，其特征在于所述的冷凝換熱器為金屬螺旋管，所述螺旋管的外徑與被加熱管道內(nèi)徑相適配并安置在管道內(nèi)部。
2.根據(jù)權利要求1所述特征的管道加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱源部分地源熱泵加熱系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求1所述特征的管道加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱源部分為太陽能聚熱系統(tǒng)和熱泵加熱系統(tǒng)；在太陽能聚熱系統(tǒng)和熱泵加熱系統(tǒng)之間設有切換裝置。
4.根據(jù)權利要求1所述特征的管道加熱系統(tǒng)，其特征在于，在被加熱的管道外部安置有超聲發(fā)生器，所述的超聲發(fā)生器的超聲攏動范圍集中于被加熱管道內(nèi)壁的附近區(qū)域。
5.根據(jù)權利要求1所述特征的管道加熱系統(tǒng)，其特征在于，在被加熱的管道外部設置有保溫層。
6.根據(jù)權利要求2所述特征的管道加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱泵加熱系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、膨脹裝置以及與地源相連接的蒸發(fā)器組成，其中，冷凝換熱器和冷凝器相連， 并由水泵驅動兩者間的液體循環(huán)，蒸發(fā)器的熱源流體來源于開式水井或埋置于地下土壤中的封閉管道。
專利摘要本實用新型公開一種管道加熱系統(tǒng)，為解決現(xiàn)有管道加熱成本高等問題而發(fā)明。至少包括產(chǎn)生熱流體的熱源部分以及用于連接熱源部分的冷凝換熱器，所述的冷凝換熱器為金屬螺旋管，所述螺旋管的外徑與被加熱管道內(nèi)徑相適配并安置在管道內(nèi)部。而所述的熱源則由壓縮機、膨脹裝置以及和熱源系統(tǒng)相連的蒸發(fā)器組成的地源熱泵。本實用新型利用直接接觸式的冷凝換熱器提升熱泵加熱溫度，同時利用清潔的地下熱源，提高了系統(tǒng)的加熱效率。本實用新型所涉及的熱泵系統(tǒng)可取代常規(guī)的使用化石能源的管道加熱系統(tǒng)，尤其適合原油管道加熱。
文檔編號F16L53/00GK202132648SQ20112025975
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權日2011年7月21日
發(fā)明者徐霆生 申請人:徐霆生