CN101355832A - 一种钢管加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢管加热装置，包括：驱动器，所述驱动器包括与电源连接的整流滤波单元、变压器、绝缘栅双极型功率管IGBT、程控频率发生器、温度控制器，其中，所述IGBT的三个管脚分别与所述整流滤波单元、变压器及程控频率发生器连接，所述变压器的输入端分别与所述整流滤波单元和程控频率发生器连接，所述温度控制器与所述程控频率发生器连接；电热体，与所述驱动器的变压器的输出端连接，安装在待焊接钢管焊接坡口的外壁圆周上，用于升高所述待焊接钢管的温度。本发明能够对钢管的加热速度快；管壁内外升温均匀，同步性好，加热材料采用航空电热材料，寿命长，免维护。
Description
技术领域
本发明涉及管道加热技术，特别是涉及一种钢管加热装置。
背景技术
目前管道普遍用来输送天然气、石油或其它物质，整个输送管道都是由一段一段的管道通过焊接而成的，管道焊接时，需要给管道进行加热，以便达到焊接要求。目前管道在焊接时采用的加热技术是天然气多喷嘴加热环，如西气东输现用工艺，该环套在钢管外壁点燃喷嘴，利用多喷嘴燃烧形成的环状火焰产生热量给钢管壁加热，达到钢管焊接的工艺温度。采用火焰加热的方法，加热效果虽然明显，但加热过程中暴露出以下不足：加热速度慢、效率低；管道加热圆周上的温度极不均匀；加热点火操作麻烦，燃气外泄；耐候性极差，如风天火经常被吹灭或根本点不着，点燃的火焰不向指定方向喷射；又如冬季在寒冷地区的野外施工天然气不气化，无法点燃火焰；在野外施工燃气的储藏、运输、供应管理非常麻烦；遇到重防火区不能使用，如森林穿越。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速、高效、均匀的给钢管进行加热的装置，且不受外界气候条件的影响，操作简便，特别是提供一种钢管加热装置。
为达到上述目的，一方面，本发明的技术方案提供一种钢管加热装置，包括：驱动器，所述驱动器包括与电源连接的整流滤波单元、变压器、绝缘栅双极型功率管IGBT、程控频率发生器、温度控制器，其中，IGBT的源极与所述整流滤波单元连接，漏极与所述变压器连接，栅极与所述程控频率发生器连接，所述变压器的输入端分别与所述整流滤波单元和程控频率发生器连接，所述温度控制器与所述程控频率发生器连接；电热体，与所述驱动器的变压器的输出端连接，安装在待焊接钢管焊接坡口的外壁圆周上，用于升高所述待焊接钢管的温度。
其中，所述钢管加热装置还包括磁力自吸无线温度传感器，与所述温度控制器无线连接，用于检测钢管的温度，并将检测温度发送给所述温度控制器。
其中，所述电热体包括：电热元件，通过电极与所述驱动器的变压器的输出端连接，用于在所述变压器输出的电压作用下发热；不锈钢外壳，通过销钉与电热元件连接；陶瓷绝缘子，设置在所述电热元件上，所述陶瓷绝缘子为若干个；保温陶瓷纤维，设置在所述电热元件与不锈钢外壳之间。
其中，所述电热元件由钛镍合金制成。
其中，所述不锈钢外壳上设置有若干缝隙。
其中，所述电热体上设置有卡扣，用于将所述电热体固定在待焊接钢管坡口上。
其中，所述变压器输出电压的频率为：1K～1MHz。
其中，所述变压器输出电压为36V。
一方面，本发明的技术方案提供一种利用上述钢管加热装置对钢管进行焊接的方法，包括以下步骤：
S1，将待焊接钢管坡口对齐，将电热体缠绕在所述坡口上；
S2，插上电极，上电升温；
S3，达到设定温度后，恒温保温；
S4，进行焊接；
S5，焊接完毕后，拔下电极，拆下电热体。
上述技术方案仅是本发明的一个优选技术方案，具有如下优点：本发明能够对钢管的加热速度快；管壁内外升温均匀，同步性好；钢管圆周温度一致性好，无加热盲点；加热速度块，加热过程中钢管的内外壁温度一致性、同步性好，温差小，规律稳定；内外壁温度对应规律稳定准确。另外，安装方便，拆卸简单，无需增加电力负担，穿插焊接间隙即能完成管道预热工作，发电机利用率高，产品采用36V安全电压供电，安全可靠，加热材料采用航空电热材料，寿命长，免维护。
附图说明
图1是本发明实施例的一种钢管加热装置的结构示意图
图2是本发明实施例的一种加热体的结构示意图；
图3是本发明实施例的一种钢管加热装置的加热体安装结构示意图；
图4是本发明实施例的一种钢管加热装置的温度测量点放大图。
其中，1：程控频率发生器；2：温度控制器；3：IGBT；4：变压器；5：电热体；6：钢管；7：电热元件；8：陶瓷绝缘子；9：保温陶瓷纤维；10：不锈钢外壳；11：电极；12：焊接坡口上的温度检测点；13：钢管焊接坡口；14：钢管内壁；15：磁力自吸无线温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1、图2所示，本实施例的钢管加热装置是基于高频电加热和电阻电加热技术，包括：驱动器，驱动器包括与电源连接的整流滤波单元、变压器4(本实施例的变压器4采用北京整流器厂生产整流滤波套件，正泰公司生产的变压器)、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型功率管)3、程控频率发生器1(本实施例的程控频率发生器1采用西门子公司生产的程控频率发生器、温度控制器2(本实施例的温度控制器2采用欧母龙公司生产的温度控制器)，
其中，整流滤波单元由二极管及电容构成，用于对输入电流进行整流滤波。IGBT为三菱公司生产，其源极与整流滤波单元连接，漏极与变压器4连接，栅极与程控频率发生器1连接，变压器4的输入端分别与整流滤波单元和程控频率发生器1连接，温度控制器2与程控频率发生器1及变压器4的输出端连接；电热体5，与驱动器的变压器4的输出端连接，电热体上设置有卡扣，用于将电热体固定在待焊接钢管坡口的外壁圆周上，电热体发热，用于升高待焊接钢管6的温度。电热体包括：电热元件7，通过电极11与驱动器的变压器4的输出端连接，用于在变压器输出的电压作用下发热；电热体5上的电流频率为40KHz，由于电热体5上有40KHz的电流通过，使钢管内产生交变磁场，该交变磁场同时产生交变电流，使钢管内部自发产生热量，使钢管的加热速度更快，加热效果更好。不锈钢外壳10，通过销钉与电热元件7连接；陶瓷绝缘子8，设置在电热元件7上，陶瓷绝缘子为若干个；保温陶瓷纤维9，设置在电热元件7与不锈钢外壳10之间。不锈钢外壳10上设置有若干缝隙，增加缝隙的不锈钢外壳更加有利于弯曲包裹在待焊接钢管的外部。温度控制器2与磁力自吸无线温度传感器15为无线连接。其中，温度控制器2与变压器之间还设有电压监测显示装置和电流监测显示装置，用于对变压器输出的电压电流进行监测。电压监测显示装置和电流监测显示装置可以为电压表和电流表。变压器输出电压的频率范围为：1K～1MHz。变压器输出电压为36V。另外，本实施例的钢管加热装置还包括安装在电热体5上的磁力自吸无线温度传感器15，通过无线控制，进行测温，当需要检测某点温度时，直接将磁力自吸无线温度传感器15通过磁力吸附在测温点，进行测温，并将测得的温度发送给温度控制器2，从而更加便利加热焊接的操作，无限控制可以通过无线数据传输套件实现。由于管道操作现场环境较差，情况复杂，有线测温时经常会将导线弄断，不方便，而且容易出错，采用无线测温，则大大方便了温度检测，而且不受现场环境限制。
其中，电热元件7由钛镍合金制成，确定了电热元件的长、宽、高，也就确定了其电阻，例如：长3500mm、厚1mm、宽75mm的电阻值为0.1欧，加载36V电压，根据欧姆定律，其电流I＝U/R＝36/0.1＝360，其功率P＝UI＝36×360＝1296W，即该电热元件7为12.96千瓦，因此，采用低电压、大电流，可使电热元件产生大量的热量。
如图3、图4所示，利用上述钢管加热装置对钢管进行焊接的方法，包括以下步骤：
S1，将待焊接钢管坡口13对齐，将电热体5缠绕在钢管坡口上；
S2，插上电极，及遥测温度探头，并记录焊接坡口上的温度检测点12处的原始温度，上电升温；
S3，10分钟左右，记录升温过程，达到设定温度后，如100℃后，恒温保温；
S4，进行焊接；
S5，焊接完毕后，拔下电极，拆下电热体。
利用上述方法，给钢管加热，具有很好的效果。以下为具体的实验数据。表1是通过本实施例的加热体给钢管进行加热时达到各个温度点的时间纪录表，内壁初始温度：15℃，外壁初始温度：16℃。表2是经过加热后的钢管，取掉加热体后温度下降到各个温度点的时间纪录表。
表1
| 内壁温度(℃) | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 |
| 外壁温度(℃) | 62 | 83 | 100 | 123 | 142 | 155 | 164 | 182 | 193 |
| 到达所需时间(分钟) | 2’22” | 3’40” | 5’06” | 7’16” | 9’10” | 10’40” | 12’05” | 13’40” | 16’16” |
表2
| 拆下加热体后内壁温度(℃) | 160 | 150 | 140 | 130 | 120 | 100 | 80 | 60 |
| 拆下加热体后外壁温度(℃) | 163 | 161 | 144 | 129 | 116 | 95 | 76 | 57 |
| 降温时间(分钟) | 10” | 17” | 1’20” | 2’38” | 4’12” | 8’18” | 15’38” | 29’25” |
表3、表4分别是第一测试数据和第二次测试数据，表5是内壁圆周等分六点测量数据。测试环境：管道温度16℃，管径规格1219，管道壁厚17.5mm，电加热产品规格：功率：10kw。
表3
表4
表5
结合图2、图3，由表3～5可以看出：内外壁最大温差值91-80＝11度，钢管内壁14圆周最大温差3-4度，内壁平均升温速度：13度/分钟。
由以上实施例可以看出，本发明能够对钢管的加热速度快；管壁内外升温均匀，同步性好；钢管圆周温度一致性好，无加热盲点；加热速度块，加热过程中钢管的内外壁温度一致性、同步性好，温差小，规律稳定；内外壁温度对应规律稳定准确。另外，安装方便，拆卸简单，无需增加电力负担，穿插焊接间隙即能完成管道预热工作，发电机利用率高，产品采用36V安全电压供电，安全可靠，加热材料采用航空电热材料，寿命长，免维护。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1、一种钢管加热装置，其特征在于，包括：
驱动器，所述驱动器包括与电源连接的整流滤波单元、变压器、绝缘栅双极型功率管IGBT、程控频率发生器、温度控制器，其中，所述IGBT的源极与所述整流滤波单元连接，漏极与所述变压器连接，栅极与所述程控频率发生器连接，所述变压器的输入端分别与所述整流滤波单元和程控频率发生器连接，所述温度控制器与所述程控频率发生器连接；
电热体，与所述驱动器的变压器的输出端连接，安装在待焊接钢管焊接坡口的外壁圆周上，用于对所述待焊接钢管进行加热。
2、如权利要求1所述的钢管加热装置，其特征在于，所述钢管加热装置还包括磁力自吸无线温度传感器，与所述温度控制器无线连接，用于检测钢管的温度，并将检测温度发送给所述温度控制器。
3、如权利要求1所述的钢管加热装置，其特征在于，所述电热体包括：
电热元件，通过电极与所述驱动器的变压器的输出端连接，用于在所述变压器输出的电压作用下发热；
不锈钢外壳，通过销钉与电热元件连接；
陶瓷绝缘子，设置在所述电热元件上，所述陶瓷绝缘子为若干个；
保温陶瓷纤维，设置在所述电热元件与不锈钢外壳之间。
4、如权利要求3所述的钢管加热装置，其特征在于，所述电热元件由钛镍合金制成。
5、如权利要求4所述的钢管加热装置，其特征在于，所述不锈钢外壳上设置有若干缝隙。
6、如权利要求1～5任一项所述的钢管加热装置，其特征在于，所述电热体上设置有卡扣，用于将所述电热体固定在待焊接钢管坡口上。
7、如权利要求1所述的钢管加热装置，其特征在于，所述变压器输出电压的频率为：1K～1MHz。
8、如权利要求7所述的钢管加热装置，其特征在于，所述变压器输出电压为36V。
9、一种利用权利要求1的钢管加热装置对钢管进行焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将待焊接钢管坡口对齐，将电热体缠绕在所述坡口上；
S2，插上电极，上电升温；
S3，达到设定温度后，恒温保温；
S4，进行焊接；
S5，焊接完毕后，拔下电极，拆下电热体。
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Effective date of registration: 20140820 Address after: Oriental Garden in Langfang city of Hebei province's 065000 Guangyang District No. 9 Patentee after: LANGFANG AIDI INDUSTRIAL CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 065000 Langfang city of Hebei province sunshine Jiahe area C3-1 unit 401 Patentee before: Zhao Yaqing Patentee before: Dong Zhe Patentee before: Du Dong Patentee before: Dai Zong Yu |
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