CN103383207A - 一种原油管道低温热管换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种原油管道低温热管换热器。涉及一般热交换和管道系统技术领域。一端有进油口(1)、另一端有出油口(6)的壳体(2)中横向插入多排、每排多根低温热管(4)；壳体(2)内的下部有卡槽(8)，壳体(2)外的上部有固定隔板(5)，固定隔板(5)、壳体(2)上部及卡槽(8)有对应插入低温热管(4)的孔；低温热管(4)一端的一部分插入固定隔板(5)和壳体(2)上对应的孔后将管头插在壳体(2)内的卡槽(8)中，另一端的一部分裸露在壳体(2)外，其端头取齐，并在低温热管(4)的裸露部分固连有翅片(3)；在壳体(2)的中部下底固连有支架(7)。本发明从源头处对油温进行控制，降温效果明显。
Description
技术领域
本发明是一种原油管道低温热管换热器。涉及一般热交换和管道系统技术领域。
背景技术
中俄原油管道漠河～大庆段线路全长960km，其中约500公里为多年冻土区埋地敷设，其他多数地段为在季节性冻土区埋地敷设。冻土是温度强敏感土体，温度的变化会导致冻土发生系列的力学行为变化，这种变化常常是复杂的，并直接影响到以冻土为载体的工程构(筑)物的稳定性。具体地讲，温度的正负变化可使得土体中水分发生相变，这一个过程对于土体的强度和变形特性而言，可导致质的变化，并直接引发建筑物地基失稳，产生冻胀、融沉、融陷等灾难性后果。
漠大线建设期间，对于部分地段也采取了系列防治措施，如换填、增加壁厚、保温、在部分斜坡地段增加木屑保温层等措施，一定程度上可以消减这些地段冻胀融沉对管道的危害，但实际施工与设计存在一定差距，对防治效果会有一定影响。在漠大线的运行阶段，由于俄方来油温度较高，运行温度远高于管道设计温度，对于穿越冻土区的漠大管道的安全性存在很大隐患。于是，如何降低来油温度是急需解决的问题。
目前，国内外冻土区已有许多已建、在建和拟建输油管道工程。但是，冻土区油气管道依然是个全球性难题，而为冻土管道的原油降温国内外文献都很少提及。
国外冻土区管道为原油降温以Norman Wells输油管道为例。Norman Wells输油管道是加拿大冻土区第一条埋地式输油管道。为了确保了管道整体性的安全，运行初期原油采用地表冷却的方式，但这种冷却方式存在需要不足，第一，降温幅度很难控制，很难保证温度在需要范围，会出现在气温低的时期降温过度，而气温不足的时候降温不够的情况；第二，所需换热面积极大。采用地表降温后管道的油温在-1℃左右，但由于管道运行的热力效应所致，除了从罗曼井泵站外的20km管道，沿线年平均油温在0℃以上，沿途大部分地段油温在2～4℃之间，导致了管道运行初期多年冻土的加速融化。根据Enbridge公司工程师Marty所述，现阶段Norman Wells原油管道的冬季来油温度严格控制在-3到-12℃，由原油供应商Imperial Oil Limited(IMO) Company负责为油降温，Imperial Oil公司采用冷却器为原油降温。
我国目前在冻土区建设油气管道的实践经验很有限，没有相关方面的研究。
发明内容
本发明的目的是发明一种从源头处对油温进行控制、降温效果明显的原油管道低温热管换热器。
本发明针对来油温度过高可能造成冻土区冻土退化、年平均地温升高、地下冰融化、多年冻土上限下降等，影响和威胁管道安全的问题，通过利用当地冬季极低的环境温度为原油进行降温来实现对冻土区环境的保护。发明一种换热装置为原油降温，实现来油温度满足管道设计要求。
本发明的低温热管换热器的结构如图1和图2所示。它由进油口1、壳体2、翅片3、低温热管4、固定隔板5、出油口6、支架7和卡槽8组成。一端有进油口1、另一端有出油口6的壳体2中横向插入多排、每排多根低温热管4；壳体2内的下部有卡槽8，壳体2外的上部有固定隔板5，固定隔板5、壳体2上部及卡槽8有对应插入低温热管4的孔；低温热管4一端的一部分插入固定隔板5和壳体2上对应的孔后将管头插在壳体2内的卡槽8中，另一端的一部分裸露在壳体2外，其端头取齐，并在低温热管4的裸露部分固连有翅片3；在壳体2的中部下底固连有支架7。
其中：
壳体2是两端收口的圆管状，收口外端有连接法兰；
翅片3为铝质螺旋翅片；
低温热管4为短管，在其壳体2外部分盘有翅片3；
固定隔板5为半圆管状，其内径与壳体2的外径相同，焊接在壳体2外的上半部，固定隔板5上有多排、每排多个孔，每个孔内竖直插入一根低温热管4。
卡槽8为半圆管状，其外径与壳体2的内径相同，焊接在壳体2内的下半部，卡槽8上有多排、每排多个孔。低温热管4的底部竖直插入卡槽8的每个孔中。
工作时，钢质壳体2内抽真空装有液体工质，两端密封，在放热端(空气端)为铝翅片管，在加热端(原油端)为铝管构成的热管元件组成，俯视状态下相邻排热管元件交叉排列，热管散热端和加热端隔离处焊接在壳体上。
本发明公开了一种冻土区输油管道使用的低温换热器。通过利用当地冬季极低的环境温度为原油进行降温来实现对冻土区环境的保护，换热过程不需要其他额外能源。换热器核心部件采用低温热管，工作区可达-60℃，热管壳体材质采用传导性好、重量轻、耐腐蚀性强、寿命长的铝金属，设备简体采用耐低温的，承压1.6MPa的压力容器，两端进出油口可根据油管道口径设计安排。
本发明从源头处对油温进行控制，使原油通过换热器，降低原油温度以达到保护冻土层的目的，在换热过程中无需消耗额外能源，降温效果明显。
本发明对保护国家自然资源和环境、保障国家财产和人民生命安全、保证国民经济正常运行具有重大的社会和经济意义，为冻土区管道的安全提供保障，具有广阔的推广应用领域和前景。
附图说明
图1原油管道低温热管换热器正视图
图2原油管道低温热管换热器A-A剖视图
其中 1-进油口面 2-壳体
3-翅片 4-低温热管
5-固定隔板 6-出油口
7-卡槽 8-支架
具体实施方式
实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的说明。本例是在漠大线上的实验样机，其构成如图1和图2所示。
漠大线是我国第一条穿越高纬度冻土区的原油管道，它开辟了中石油四大原油进口通道中的东北通道，是我国正在全力推进的石油资源供应多元化的一项重大战略措施，对提高石油石化企业经济效益，促进地区经济发展均具有十分重要的现实意义和战略意义。
本例由进油口1、壳体2、翅片3、低温热管4、固定隔板5、出油口6、支架7和卡槽8组成。一端有进油口1、另一端有出油口6的壳体2中横向插入多排、每排多根低温热管4；壳体2内的下部有卡槽8，壳体2外的上部有固定隔板5，固定隔板5、壳体2上部及卡槽8有对应插入低温热管4的孔；低温热管4一端的一部分插入固定隔板5和壳体2上对应的孔后将管头插在壳体2内的卡槽8中，另一端的一部分裸露在壳体2外，其端头取齐，并在低温热管4的裸露部分固连有翅片3；在壳体2的中部下底固连有支架7。
其中：以下部件最好能有尺寸.
壳体2是两端收口的圆管状，收口外端有连接法兰，壳体长9米，直径为1.6米；
翅片3为铝质螺旋翅片，翅片25毫米；
低温热管4为短管，在其壳体2外部分盘有翅片3，低温热管长3.6米，直径55毫米；
固定隔板5为半圆管状，其内径与壳体2的外径相同，焊接在壳体2外的上半部，固定隔板5上有多排、每排多个孔，每个孔内竖直插入一根低温热管4。
卡槽8为半圆管状，其外径与壳体2的内径相同，焊接在壳体2内的下半部，卡槽8上有多排、每排多个孔。低温热管4的底部竖直插入卡槽8的每个孔中。将换热器安装在漠河首站油罐至给油泵之间的管线，油从换热器通过即可实现降温的目的。
在俄油流量每小时2000立方米情况下，利用漠河当地冬季-25℃以下的环境温度，通过一台换热器达到为原油降低1℃。
本例将为这条管道的平稳输送提供保证。对保护国家自然资源和环境、保障国家财产和人民生命安全、保证国民经济正常运行具有重大的社会和经济意义，为冻土区管道的安全提供保障，具有广阔的推广应用领域和前景。
Claims (6)
1.一种原油管道低温热管换热器，其特征是它由进油口(1)、壳体(2)、翅片(3)、低温热管(4)、固定隔板(5)、出油口(6)、支架(7)和卡槽(8)组成；一端有进油口(1)、另一端有出油口(6)的壳体(2)中横向插入多排、每排多根低温热管(4)；壳体(2)内的下部有卡槽(8)，壳体(2)外的上部有固定隔板(5)，固定隔板(5)、壳体(2)上部及卡槽(8)有对应插入低温热管(4)的孔；低温热管(4)一端的一部分插入固定隔板(5)和壳体(2)上对应的孔后将管头插在壳体(2)内的卡槽(8)中，另一端的一部分裸露在壳体(2)外，其端头取齐，并在低温热管(4)的裸露部分固连有翅片(3)；在壳体(2)的中部下底固连有支架(7)。
2.根据权利要求1所述的一种原油管道低温热管换热器，其特征是所述壳体(2)是两端收口的圆管状，收口外端有连接法兰。
3.根据权利要求1所述的一种原油管道低温热管换热器，其特征是所述翅片(3)为铝质螺旋翅片。
4.根据权利要求1所述的一种原油管道低温热管换热器，其特征是所述低温热管(4)为短管，在其壳体(2)外部分盘有翅片(3)。
5.根据权利要求1所述的一种原油管道低温热管换热器，其特征是所述固定隔板(5)为半圆管状，其内径与壳体(2)的外径相同，焊接在壳体(2)外的上半部，固定隔板(5)上有多排、每排多个孔，每个孔内竖直插入一根低温热管(4)。
6.根据权利要求1所述的一种原油管道低温热管换热器，其特征是所述卡槽(8)为半圆管状，其外径与壳体(2)的内径相同，焊接在壳体(2)内的下半部，卡槽(8)上有多排、每排多个孔。低温热管(4)的底部竖直插入卡槽(8)的每个孔中。
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