一种复合型储能集肤伴热系统

本发明涉及的是石油集输管道的伴热装置，具体涉及的是一种复合型储能集肤伴热系统。

背景技术：

1、石油集输管道是石油工业的关键。无论是原油的出口、进口以及自身生产都离不开稳定的输送系统。此外，集输管道可能会因为一些情况造成管道停输，所以对管道进行伴热及保温是集输管道正常运行的必要条件。现有的热流体伴热、直接电加热等管道伴热方式伴热效率低下，电伴热带伴热不适合长距离使用，且都为外置伴热，能量利用率较低，伴热效果较差。同时在集输管道停输时管道内原油散热较快，会造成凝管等安全问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复合型储能集肤伴热系统，这种复合型储能集肤伴热系统用于解决现有技术中外置伴热能量利用率较低，伴热效果较差的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种复合型储能集肤伴热系统包括伴热管道、太阳能高频电源系统和温控安全系统，伴热管道同心设置于集输管道内，伴热管道内设置铜芯电缆构成集肤效应伴热管道，铜芯电缆与伴热管道串联形成回路，且伴热管道与铜芯电缆的半径比为4.5-6，伴热管道外敷设绝缘层，伴热管道置于集输管道中心处且与集输管道长度相等；温度安全系统的温度传感器位于集输管道底部，温度安全系统具有防爆开关，防爆开关设置于集输管道外；集输管道外部敷设相变材料层，相变材料层外敷设保温层，相变材料层由夹套放置三种相变材料构成，夹套的环形腔沿圆周由上到下为三等分的梯级结构，夹套由上到下分别填充相变温区为原油析蜡点温度到高于析蜡点温度5度、4度、3度的相变材料；

3、相变材料层在环境温度-20摄氏度保温层厚度为40mm的条件下维持原油不发生凝固的时间公式为：

4、f(x,y)=9.7+0.13x-0.77y-0.0023xy

5、式中：x为集输管道直径（mm），y为相变材料层厚度（mm），f(x,y)为原油达到凝点的时间（h））；

6、通过此公式，根据不同集输管道直径选择合理的相变材料厚度，保证原油在夜间温度始终高于凝点，防止集输管道内原油在夜晚发生凝结。

7、上述方案中夹套的环形腔沿圆周由上到下为三等分的梯级结构是由环形腔内设置隔断构成，环形腔被分隔为上弧腔、两侧弧腔、下弧腔，上弧腔和下弧腔相对于两侧弧腔对称设置，两侧弧腔将上弧腔和下弧腔连接起来，两侧弧腔相对于伴热管道对称设置。

8、上述方案中伴热管道材质选用高磁导率、低电导率的镍铁合金， 集输管道通过一段段管道节段连接形成的节段式管道，伴热管道与每段管道节段之间通过双面断焊的方式固定，四根焊接管呈十字状连接在伴热管道与每段管道节段之间，且焊接管中三管为实心一管为空心，其中空心管位于伴热管道下面，空心管内部设有温度传感器。

9、上述方案中伴热管道两端封口采用流线型封口，流线型封口遵循流线方程y=±0.1097x2+c ，式中：x为管道半径，c为封口长度，封口长度范围为1.4x~1.6x。

10、上述方案中太阳能高频电源系统利用太阳能光伏作用，通过太阳能的光电转化并连接变压器及逆变器，将直流电流转换为高频交流电流，为整个伴热系统提供电力支持，利用高频率的电流可有效提高集肤效应的电热转化效率；太阳能高频电源系统是在空旷地带铺设太阳能板，并在太阳能板下安装自动转轴，转轴下面为带有步进电机的空心圆盘，实现追光旋转，提高能量利用率。

11、上述方案中相变材料采用钛氢化物，在夜晚太阳能高频电源系统断电时3种相变材料发生相变，作为外伴热源进行伴热，同时梯级相变结构将相变材料平分为上中下三个部分，分别填充相变温区不同的相变材料，在保证保温效果的同时，减少自然对流带来的散热损失。

12、上述方案中保温层外设置防腐层，防腐层材料选择沥青质，保温层材料选择聚氨酯泡沫。

13、上述方案中温控安全系统与伴热管道通过线路与太阳能高频电源系统相连接。

14、本发明具有以下有益效果：

15、1、本发明中同心内置集肤效应伴热管道，选择高磁导率、低电导率的镍铁合金管道作为集肤管道，有效提高了集肤效应伴热管道的热效率，在相同的消耗下增强了伴热效果。在集输管道正常运行及不断电停输时可以保证集输管道内原油不发生凝固。

16、2、本发明在集输管道与保温层之间敷设梯级结构的相变材料层，当集输管道出现断电停输时，相变材料具有巨大的潜热值并率先发生相变，释放其内部热量，可有效延缓原油的降温。

17、3、本发明中设有太阳能高频电源系统，采用太阳能光伏电源，利用高频率的电流可有效提高集肤效应的电热转化效率，提高能量利用率。

18、4、本发明安装设置方便，成本较低，可实现长距离集输伴热。

19、5、本发明采用太阳能电源系统为集肤效应伴热系统供电，并在管道外敷设相变材料层，在正常运行时由于其低导热的特性可作为保温层对集输管道进行保温，而当停电或者夜间太阳能电源供电不足时释放热量来维持管道温度，二者互补运行使集输管道可以安全集输和停输。

技术特征：

1.一种复合型储能集肤伴热系统，其特征在于：这种复合型储能集肤伴热系统包括伴热管道、太阳能高频电源系统和温控安全系统，伴热管道同心设置于集输管道内，伴热管道内设置铜芯电缆构成集肤效应伴热管道，铜芯电缆与伴热管道串联形成回路，且伴热管道与铜芯电缆的半径比为4.5-6，伴热管道外敷设绝缘层，伴热管道置于集输管道中心处且与集输管道长度相等；温度安全系统的温度传感器位于集输管道底部，温度安全系统具有防爆开关，防爆开关设置于集输管道外；集输管道外部敷设相变材料层，相变材料层外敷设保温层，相变材料层由夹套放置三种相变材料构成，夹套的环形腔沿圆周由上到下为三等分的梯级结构，夹套由上到下分别填充相变温区为原油析蜡点温度到高于析蜡点温度5度、4度、3度的相变材料，相变材料层在环境温度-20摄氏度保温层厚度为40mm的条件下维持原油不发生凝固的时间公式为：

2.根据权利要求1所述的复合型储能集肤伴热系统，其特征在于：所述夹套的环形腔沿圆周由上到下为三等分的梯级结构是由环形腔内设置隔断构成，环形腔被分隔为上弧腔、两侧弧腔、下弧腔，上弧腔和下弧腔相对于两侧弧腔对称设置，两侧弧腔将上弧腔和下弧腔连接起来，两侧弧腔相对于伴热管道对称设置。

3.根据权利要求2所述的复合型储能集肤伴热系统，其特征在于：所述伴热管道材质选用高磁导率、低电导率的镍铁合金， 集输管道通过一段段管道节段连接形成的节段式管道，伴热管道与每段管道节段之间通过双面断焊的方式固定，四根焊接管呈十字状连接在伴热管道与每段管道节段之间，且焊接管中三管为实心一管为空心，其中空心管位于伴热管道下面，空心管内部设有温度传感器。

4. 根据权利要求3所述的复合型储能集肤伴热系统，其特征在于：所述伴热管道两端封口采用流线型封口，流线型封口遵循流线方程y=±0.1097x2+c ，式中：x为管道半径，c为封口长度，封口长度范围为1.4x~1.6x。

5.根据权利要求4所述的复合型储能集肤伴热系统，其特征在于：所述太阳能高频电源系统利用太阳能光伏作用，通过太阳能的光电转化并连接变压器及逆变器，将直流电流转换为高频交流电流；太阳能高频电源系统是在空旷地带铺设太阳能板，并在太阳能板下安装自动转轴，转轴下面为带有步进电机的空心圆盘，实现追光旋转，提高能量利用率。

6.根据权利要求5所述的复合型储能集肤伴热系统，其特征在于：所述相变材料采用钛氢化物，在夜晚太阳能高频电源系统断电时3种相变材料发生相变，作为外伴热源进行伴热，同时梯级相变结构将相变材料平分为上中下三个部分，分别填充相变温区不同的相变材料，在保证保温效果的同时，减少自然对流带来的散热损失。

7.根据权利要求6所述的复合型储能集肤伴热系统，其特征在于：所述保温层外设置防腐层，防腐层材料选择沥青质，保温层材料选择聚氨酯泡沫。

8.根据权利要求7所述的复合型储能集肤伴热系统，其特征在于：温控安全系统与伴热管道通过线路与太阳能高频电源系统相连接。

技术总结本发明涉及的是一种复合型储能集肤伴热系统，它包括：伴热管道、太阳能高频电源系统和温控安全系统，伴热管道同心设置于集输管道内，伴热管道内设置铜芯电缆构成集肤效应伴热管道，铜芯电缆与伴热管道串联，且伴热管道与铜芯电缆的半径比为4.5‑6，伴热管道外敷设绝缘层，伴热管道置于集输管道中心处且与集输管道长度相等；温度安全系统的温度传感器位于集输管道底部，温度安全系统有防爆开关，防爆开关置于集输管道外；集输管道外部敷设相变材料层，相变材料层外敷设保温层，相变材料层由夹套放置三种相变材料构成，夹套的环形腔沿圆周由上到下为三等分的梯级结构。本发明在集输管道正常运行及不断电停输时能保证集输管道内原油不发生凝固。技术研发人员：徐颖,魏晨光,郭锦涛,师静怡,兰奇,聂鑫受保护的技术使用者：东北石油大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18