CN104048136B - 输油管路加热单元、输油加热管路及输运加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了输油管路加热单元，包括发热装置和转子环，所述发热装置贴覆在输油管的内壁上，所述转子环与发热装置相对应地套置在输油管的外、外壁上，并能够沿输油管轴向旋转；其中，发热装置内设置有闭合回路线圈，转子环中设置有磁体，转子环的外侧设置有若干桨叶；工作时，由输油管外部的流体通过所述桨叶推动环形转子旋转，产生切割所述线圈的旋转磁场，使产生感应电流并发出欧姆热，进而加热输油管内的流体。本发明还公开了一种安装有多个加热单元的输油管路和一种输油管路的输运加热方法。

Description

输油管路加热单元、输油加热管路及输运加热方法

技术领域

本发明涉及油类管路输运加热领域，尤指一种外流体驱动的电磁感应输油管路加热单元、安装有多个加热单元的输油管路以及输油管路的输运加热方法。

背景技术

稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。通常把地面密度大于0.943、地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油，因为稠油的密度大，也叫做重油。在油层温度下，脱气原油黏度大于l0000毫帕•秒的原油称为特稠原油。稠油的温度越低，其粘度越高，越不利于开采。稠油的含水量也低，黏度随温度变化，改变显著，如温度增加8～9，黏度可减少一半。因此，对稠油的开采、输送，多用热力降低其黏度，方法包括蒸气驱动、热油循环、火烧油层等，但考虑此类普遍加热的形式对能源是个浪费（例如：现有的向地下输入蒸汽将油液热溶化的方法，其缺点是加热的盲目性，由此而产生输送回路温差过大并引起热能的运输损耗），从综合效益的总体考虑无法普及。当然也可采用掺入稀油、乳化、加入活性剂而降低其黏度的方式，只不过长此以往，化学污染及环境问题又可能掺入进来，使情况进一步复杂化。寻求其他解决办法便成为选项，其中如何在传输中按需要进行即时加热也是此中课题之一。

在其他方面，例如位于地面的输油管路系统，由于暴露于空气中，因此通过热辐射及对流的方式所散失的热量也相当巨大，对维持管内的稠油或页岩油自身温度带来困难；另一方面沉于井下的油液不仅体积巨大而且粘稠度高，维持液体的温度以保证一定的流动性则是一个复杂而艰难目标。按粘滞液体的流动规律温度、粘度应该是成反比的，所以保持一定的可流动性就必须维持相应的温度，在输送管中受控对管内液体进行分段、分点的加热，是一个可供参考和实践的方法之一，不仅降低油流加热以外的热能耗，而且还能将温度控制在可允许的范围。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的首要目的在于提供一种环保、节能、高效的输油管路加热单元；本发明的次要目的是提供一种安装有多个加热单元的输油管路；本发明还公开了一种输油管路的输运加热方法。

为实现上述目的，本发明输油管路加热单元，包括发热装置和转子环，所述发热装置贴覆在输油管的内壁上，所述转子环与发热装置相对应地套置在输油管的外壁上，并能够围绕输油管的轴线旋转；其中，发热装置内设置有闭合回路线圈，转子环中设置有磁体，转子环的外侧设置有若干桨叶；工作时，由输油管外部的流体通过所述桨叶推动环形转子旋转，产生切割所述线圈的旋转磁场，使产生感应电流并发出欧姆热，进而加热输油管内的流体。

进一步，在输油管外侧围绕其轴线设置有环形的滑轨，所述转子环嵌套在所述滑轨上，转子环沿轨道旋转 ；其中，滑轨、转子环和桨叶均采用非磁性的金属、高分子、塑料材料加工制作，所述磁体为磁棒。

进一步，所述磁体成对地设置在输油管道相对两侧，每对含有两个以不同磁极指向输油管道的中心的磁体，所述转子环内呈放射状排布有多对磁体，每对比邻的磁体南北磁极交错设置。

进一步，所述桨叶通过连接装置与所述转子环固定连接，桨叶的迎风角度及对于转子环的倾斜角可调节。

进一步，所述发热装置包括内导热层和外导热层，所述外导热层贴覆在输油管内壁上，所述线圈设置在所述内导热层和所述外导热层之间的加热微带中，由线圈构成的回路设置于一倾斜的固定平面内，所述固定平面与输油管路的轴线成一定夹角α。

进一步，所述内导热层和所述外导热层的材质为高温导热材料，具体为硅胶、矽胶或陶瓷类材料。

进一步，所述线圈为带状、条状或线状结构，具体为镍、铜类材料制成。

一种输油加热管路，输油管路上串联有若干个上述的输油管路加热单元。

一种输运加热方法，具体为：

1）由桨叶感应外部流动的气体或液体，推动磁体旋转；

2）所述磁体旋转，产生旋转磁场；

3）旋转磁场的磁感线切割加热微带中的线圈，在所述线圈中产生磁感应电流；

4）所述磁感应电流流过加热微带并通过电阻热效应加热输油管路中的流体。

本发明的输油管路加热单元安装在输油管路上，将输油管路置于空气中或者河、湖、海中，有效利用了输油管路外部的流体能量，即气体或液体的自然流动动能，以之推动桨叶来带动载有永磁体的转子环转动，通过一个转动的磁场作用于一个多匝线圈并产生感应电流，此线圈既作为电流产生体又作为加热体，对周围介质加热以提高管内及其流体油的温度，降低流体油的粘稠度，便于稠油输运。

附图说明

图1为本发明的输油管路加热单元的结构示意图；

图2为本发明中发热装置的示意图；

图3为图1中沿编号16固定平面的剖面示意图；

图4为本发明中转子环中磁体的排列结构示意图；

图5为本发明中输油加热管路的示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

输油管路单元结构说明：如图1、2、3和4所示具体介绍本发明输油管路加热单元，输油管路加热单元包括设置在输油管1内侧的发热装置3和设置在输油管1外侧的转子机构2；其中，转子机构2包括固定设置于管外壁上的滑轨21、转子环22以及设置于转子环22上的桨叶24，滑轨21围绕输油管1的轴线连接成环，转子环22嵌套在滑轨21上，并且能够沿滑轨21旋转，桨叶24在图1中只显示出两片，根据具体环境要求可以设置多个桨叶24，桨叶24通过连接装置23安装在转子环22的外侧，连接装置23是较为常用的连接结构在本实施例中不做具体介绍，优选的方案是桨叶24的迎风角度及对于转子环22的倾斜角可调节，便于控制转子环22的工作时的旋转速度。在制作时，转子环22、滑轨21和桨叶24以及连接装置23均采用非磁性的金属、高分子、塑料材料加工制作。

转子环22内部设置有若干对南北磁极相对设置、环形排列均布的磁体33，在本实施例中磁体33具体为磁棒，本案例以三对为例，见图4，每对比邻的磁体33南北磁极交错设置，总体呈钟表盘式放射状排列，转子环22的转动中心28设置与磁体33转动中心34对应。

发热装置3与转子机构2内外对应地贴覆在输油管1的内、外壁上，由输油管1的管壁向内依次包括外导热层13、加热微带14和内导热层12，所述加热微带14中以嵌入、植入、埋入的单一/混合形式设置若干闭合的带状、条状、线状金属线圈，闭合回路的线圈设置于固定平面16内，固定平面16与输油管1的轴线成一定夹角α；内、外导热层12、13的材质为高温导热材料，首选硅胶、矽胶或陶瓷类材料，而构成闭合回路的线圈所用的金属材料首选镍、铜类材料。

输油加热管路的结构说明：如图5所示安装了多个输油管路加热单元4，加热单元4间隔设置在输油管1上，依次串联连接。

一种输运加热方法，参考图1-4，在稠油输运过程中对输油管内的流体油进行加热以降低其粘稠度，具体为：

1）由桨叶24感应外部流动的气体或液体，推动磁体33旋转；

2）磁体33旋转，产生旋转磁场；

3）旋转磁场的磁感线切割加热微带14中的线圈，在线圈中产生磁感应电流；

4）磁感应电流流过加热微带14并通过电阻热效应加热输油管路中的流体。

Claims (9)

1.输油管路加热单元，其特征在于，所述加热单元包括发热装置和转子环，所述发热装置贴覆在输油管的内壁上，所述转子环与发热装置相对应地套置在输油管的外壁上，并能够围绕输油管的轴线旋转；其中，发热装置内设置有闭合回路线圈，转子环中设置有磁体，转子环的外侧设置有若干桨叶；工作时，由输油管外部的流体通过所述桨叶推动转子环旋转，产生切割所述线圈的旋转磁场，使产生感应电流并发出欧姆热，进而加热输油管内的流体。

2.如权利要求1所述的输油管路加热单元，其特征在于，在输油管外侧围绕其轴线设置有环形的滑轨，所述转子环嵌套在所述滑轨上，转子环沿轨道旋转 ；其中，滑轨、转子环和桨叶均采用非磁性的金属、高分子、塑料材料加工制作，所述磁体为磁棒。

3.如权利要求1所述的输油管路加热单元，其特征在于，所述磁体成对地设置在输油管道相对两侧，每对含有两个以不同磁极指向输油管道的中心的磁体，所述转子环内呈放射状排布有多对磁体，每对比邻的磁体南北磁极交错设置。

4.如权利要求1所述的输油管路加热单元，其特征在于，所述桨叶通过连接装置与所述转子环固定连接，桨叶的迎风角度及对于转子环的倾斜角可调节。

5.如权利要求1所述的输油管路加热单元，其特征在于，所述发热装置包括内导热层和外导热层，所述外导热层贴覆在输油管内壁上，所述线圈设置在所述内导热层和所述外导热层之间的加热微带中，由线圈构成的回路设置于一倾斜的固定平面内，所述固定平面与输油管路的轴线成一定夹角α。

6.如权利要求5所述的输油管路加热单元，其特征在于，所述内导热层和所述外导热层的材质为高温导热材料，具体为硅胶、矽胶或陶瓷类材料。

7.如权利要求1所述的输油管路加热单元，其特征在于，所述线圈为带状、条状或线状结构，具体为镍、铜类材料制成。

8.输油加热管路，其特征在于，输油管路上串联有若干个如权利要求1-7任一所述的输油管路加热单元。

9.一种基于权利要求1-7中任一所述的输油管路加热单元的输运加热方法，具体为：

1）由桨叶感应外部流动的气体或液体，推动磁体旋转；

2）所述磁体旋转，产生旋转磁场；

3）旋转磁场的磁感线切割加热微带中的线圈，在所述线圈中产生磁感应电流；

4）所述磁感应电流流过加热微带并通过电阻热效应加热输油管路中的流体。