CN104302022B - 一种大功率电加热管式预热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率电加热管式预热器，所述预热器包括：3N个预热器加热管道、1台感应调压器、3台大电流变压器，所述感应调压器与所述大电流变压器连接，所述大电流变压器与所述预热器加热管道连接，其中，所述3N个预热器加热管道呈圆周等间距分布且两两平行，实现了在不增加绝缘法兰的情况下起到了良好的绝缘效果，取消了绝缘法兰，减少了热工回路的潜在漏水、漏电点，将连接至管道的供电极数量减少了一半，不仅降低了线路损耗，还为热工回路的布置节省了材料和空间，保障了大功率管式预热器加热的效率和安全性，并具有良好的经济效益和技术效果。

Description

一种大功率电加热管式预热器

技术领域

本发明涉及预热管设计研究领域，尤其涉及一种大功率电加热管式预热器。

背景技术

管式预热器在化工、石油以及热工试验装置中广泛使用，特别是热工试验装置的重要组成部分。电加热方式的大功率管式预热器额定功率一般有数百千瓦甚至上兆瓦、额定电流高达几千甚至上万安培，功率越大则衍生的问题越多，处理难度越大。传统的大功率管式电加热预热器主要存在以下问题：

1.绝缘问题。传统的大功率管式电加热预热器需要在预热器管道与回路的非加热管道之间安装绝缘法兰进行绝缘。对高温高压回路来说，管道内充有温度达数百摄氏度、压力达十几兆帕的液体介质，在这种条件下绝缘法兰的绝缘性能容易失效，所以增加绝缘法兰不但不能彻底解决预热器管道漏电的问题，还增加了回路的潜在漏水点。

2.供电极连接至管道的数量过多。传统的大功率管式电加热预热器与加热管道之间需要连接6个供电极，供电极的数量多；大功率管式电加热预热器的输出电流大，所以要求单个供电极的输电截面积非常大，供电极数量多则意味着耗铜材的量大、线路损耗大、占用空间大。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，由于传统的大功率管式电加热预热器需要在预热器管道与回路的非加热管道之间安装绝缘法兰进行绝缘，且采用了较多的供电极连接数量，所以，现有技术中的管式预热器存在绝缘效果较差，回路存在潜在漏水点，且供电极连接至管道的数量过多，导致耗铜材的量大、线路损耗大、占用空间大的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种大功率电加热管式预热器，解决了现有技术中的管式预热器存在绝缘效果较差，回路存在潜在漏水点，且供电极连接至管道的数量过多，导致耗铜材的量大、线路损耗大、占用空间大的技术问题，实现了在不设置绝缘法兰的情况下起到了良好的绝缘效果，取消了绝缘法兰，减少了热工回路的潜在漏水、漏电点，将连接至管道的供电极数量减少了1/2，不仅降低了线路损耗，还为热工回路的布置节省了材料和空间，保障了大功率管式预热器加热的效率和安全性，并具有良好的经济效益和技术效果。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种大功率电加热管式预热器，所述预热器包括：

3N个预热器加热管道、1台感应调压器、3台大电流变压器，所述感应调压器与所述大电流变压器连接，所述大电流变压器与所述预热器加热管道连接，其中，所述3N个预热器加热管道呈圆周等间距分布且两两平行，所述N为大于等于1的正整数。

其中，所述3N个预热器加热管道长度相等，且所述3N个预热器加热管道两端均分别采用弯管半径相同的管道和管道连箱将所述3N个预热器加热管道在入口和出口处连接起来。

其中，所述3N个预热器加热管道中心位置均焊接有高电势铜接线板，其中，当N=1时，单独的一个预热器加热管道为一组；当N=2时，相邻的2个预热器加热管道为同一组；当N=3时，相邻的3个预热器加热管道为同一组，以此类推，且所述同一组的高电势铜接线板并接成一个高电势铜接线总板，使预热器加热管道的高电势铜接线总板数量为3个。

其中，所述1台感应调压器与所述3台大电流变压器配合使用构成所述预热器的大电流供电电源。

其中，将所述感应调压器的3个输出接线端子分别接至所述3台大电流变压器的输入端，将所述3台大电流变压器输出端的低电势点短接起来，使所述3台大电流变压器的进线端构成三角形连接，出线端构成星形连接。

其中，将所述3台大电流变压器的高电势输出端分别接至所述3N个预热器加热管道的所述高电势铜接线总板。

其中，所述预热器还包括：断路器、接触器，所述断路器与所述接触器连接，且所述断路器和所述接触器连接在电网和所述感应调压器之间。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了将预热器设计为包括：3N个预热器加热管道、1台感应调压器、3台大电流变压器，所述感应调压器与所述大电流变压器连接，所述大电流变压器与所述预热器加热管道连接，其中，所述3N个预热器加热管道呈圆周等间距分布且两两平行布置，所述预热器加热管道的高电势铜接线板均匀分组，每组高电势铜接线板并联在一起，最终并联组成3个高电势铜接线总板，即，利用了交流电A相、B相、C相之间相位互差120°，在三相供电平衡的条件下汇集点电压矢量集成为零的原理，在位于预热器3N段加热管道中心的3个高电势铜接线总板上分别加上3路相位差为120°的电源，并分别短接3N段加热管道的两端，从而在加热管道的两端形成两个自然“零电位点”，实现电气绝缘，所以，有效解决了现有技术中的管式预热器存在绝缘效果较差，回路存在潜在漏水点，且供电极连接至管道的数量过多，导致耗铜材的量大、线路损耗大、占用空间大的技术问题，进而实现了在不增加绝缘法兰的情况下起到了良好的绝缘效果，取消了绝缘法兰，减少了热工回路的潜在漏水、漏电点，将连接至管道的供电极数量减少了一半，不仅降低了线路损耗，还为热工回路的布置节省了材料和空间，保障了大功率管式预热器加热的效率和安全性，并具有良好的经济效益和技术效果。

附图说明

图1是本申请实施例中大功率电加热管式预热器系统示意图；

图2是本申请实施例中大功率电加热管式预热器的供电示意图；

图3是本申请实施例中大功率电加热管式预热器结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种大功率电加热管式预热器，解决了现有技术中的管式预热器存在绝缘效果较差，回路存在潜在漏水点，且供电极连接至管道的数量过多，导致耗铜材的量大、线路损耗大、占用空间大的技术问题，实现了在不设置绝缘法兰的情况下起到了良好的绝缘效果，取消了绝缘法兰，减少了热工回路的潜在漏水、漏电点，将连接至管道的供电极数量减少了一半，不仅降低了线路损耗，还为热工回路的布置节省了材料和空间，保障了大功率管式预热器加热的效率和安全性，并具有良好的经济效益和技术效果。

本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：

采用了将预热器设计为包括：3N个预热器加热管道、1台感应调压器、3台大电流变压器，所述感应调压器与所述大电流变压器连接，所述大电流变压器与所述预热器加热管道连接，其中，所述3N个预热器加热管道呈圆周等间距分布且两两平行布置，所述预热器加热管道的高电势铜接线板均匀分组，每组高电势铜接线板并联在一起，最终并联组成3个高电势铜接线总板，即，利用了交流电A相、B相、C相之间相位互差120°，在三相供电平衡的条件下汇集点电压矢量集成为零的原理，在位于预热器3N段加热管道中心的3个高电势铜接线总板上分别加上3路相位差为120°的电源，并分别短接3N段加热管道的两端，从而在加热管道的两端形成两个自然“零电位点”，实现电气绝缘，所以，有效解决了现有技术中的管式预热器存在绝缘效果较差，回路存在潜在漏水点，且供电极连接至管道的数量过多，导致耗铜材的量大、线路损耗大、占用空间大的技术问题，进而实现了在不增加绝缘法兰的情况下起到了良好的绝缘效果，取消了绝缘法兰，减少了热工回路的潜在漏水、漏电点，将连接至管道的供电极数量减少了一半，不仅降低了线路损耗，还为热工回路的布置节省了材料和空间，保障了大功率管式预热器加热的效率和安全性，并具有良好的经济效益和技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

在实施例一中，提供了一种大功率电加热管式预热器，请参考图1-图3，所述预热器包括：

3N个预热器加热管道、1台感应调压器、3台大电流变压器，所述感应调压器与所述大电流变压器连接，所述大电流变压器与所述预热器加热管道连接，其中，所述3N个预热器加热管道呈圆周等间距分布且两两平行，所述N为大于等于1的正整数。

其中，在本申请实施例中，所述3N个预热器加热管道长度相等，且所述3N个预热器加热管道两端均分别采用弯管半径相同的管道和管道连箱将所述3N个预热器加热管道在入口和出口处连接起来。

其中，所述3N个预热器加热管道长度相等，且所述3N个预热器加热管道两端均分别采用弯管半径相同的管道和管道连箱将所述所有预热器加热管道在入口和出口处连接起来。N为1的情况下预热器加热管道数量为3个，管道连箱为四通；N为2的情况下预热器加热管道数量为6个，管道连箱为七通，以此类推。

其中，在本申请实施例中，所述3N个预热器加热管道中心位置均焊接有高电势铜接线板，如果预热器加热管道数量为6个，则将相邻2个预热器加热管道的高电势铜接线板并接成1个高电势铜接线总板，如果预热器加热管道数量为9个，则将相邻3个预热器加热管道的高电势铜接线板并接成1个高电势铜接线总板，以此类推，最终使预热器加热管道的高电势铜接线总板数量为3个。

其中，在本申请实施例中，所述1台感应调压器与所述3台大电流变压器配合使用构成所述预热器的大电流供电电源。

其中，所述1台感应调压器与所述3台电气参数完全相同的大电流变压器配合使用构成所述预热器的大电流供电电源，该电源具有输出电流大、功率提升空间大、三相供电平衡的特点。

其中，在本申请实施例中，将所述感应调压器的3个输出接线端子分别接至所述3台大电流变压器的输入端，将所述3台大电流变压器输出端的低电势点短接起来，使所述3台大电流变压器的进线端构成三角形连接，出线端构成星形连接。

其中，将所述感应调压器的3个输出接线端子分别接至所述3台大电流变压器的输入端，将所述3台大电流变压器输出端的低电势点短接起来，使所述3台大电流变压器的进线端构成三角形连接，通过提高大电流变压器原边线圈电压来减小原边线圈电流，使出线端接成星型实现大电流变压器端汇集点的电压矢量趋近为零，以省去大电流变压器3个低电势点至预热器管道的供电连接。

其中，在本申请实施例中，将所述3台大电流变压器的高电势输出端分别接至所述3N个预热器加热管道的所述高电势铜接线总板。

其中，在本申请实施例中，所述预热器还包括：断路器、接触器，所述断路器与所述接触器连接，且所述断路器和所述接触器连接在电网和所述感应调压器之间。

其中，在本申请实施例中，本申请实施例中的大功率电加热管式预热器包括：由调压变压器（TT）和大电流变压器（DT1~DT3）组成的三相大功率电源；在位于预热器3N段加热管道中心的3个高电势铜接线总板上分别加上3路相位差为120°的电源，并分别短接3N段加热管道的两端，形成两个自然“零电位点”，实现电气绝缘。

其中，在本申请实施例中，采用1台调压变压器（TT）和3台大电流变压器（DT1~DT3）组合使用，调压变压器（TT）的输出与大电流变压器（DT1~DT3）的输出连接在一起并采用三角形接法、大电流变压器（DT1~DT3）的输出采用星形接法，从而形成三相大电流、各相邻相间的相位差为120°、并且功率可调节的大功率电源。

其中，在本申请实施例中，将3个有效值基本相同且相邻相间相位差为120°的高电势点（a、b、c）分别接至每组预热器加热管道的中心（a’、b’、c’），加电时，电流由高电势铜接线总板流入并向预热器加热管道两端对半分流，然后分别汇集到加热管道的两个端点（m和n）处，在加热管道的两个端点形成自然“零电位点”，从而取消管道两端的绝缘法兰。

其中，在本申请实施例中，利用了交流电A相、B相、C相之间相位互差120°，在三相供电平衡的条件下汇集点电压矢量集成为零的原理，构造了一种新型的大功率电加热管式预热器。其中，将预热器管道构造为长度相等、数量为3的倍数、呈圆周等间距分布且两两平行的水平管道，在每段预热器加热管道的中心焊接高电势铜接线板，将管道均分为3组，使相邻管道在同一组，将同一组内预热器加热管道的高电势铜接线板并联组成1个高电势铜接线总板；将3N段管道两端分别采用弯管半径相同的管道和管道连箱将加热管在入口和出口处连接在一起；采用1台三相感应调压器和3台单相大电流变压器配合使用构成预热器的大电流供电电源。将感应调压器的3个输出接线端子分别接至3台大电流变压器的输入端，将3台变压器输出端的低电势点短接起来，使3台大电流变压器的进线端构成三角形连接，出线端构成星形连接。将3台大电流变压器的高电势输出端分别连接至预热器管道的3个高电势铜接线总板，该供电回路在管道两端的管道连箱处形成两个自然零电位端，能实现加热管道和非加热管道之间的自然“绝缘”，并且只需要连接3个供电极至预热器的加热管道。

下面结合附图对本申请实施例中的大功率电加热管式预热器的结构和原理作进一步的详细说明。

请参见图1，本申请实施例中的大功率电加热管式预热器包括了断路器（QF）、接触器（KM）、感应调压器（TT）、大电流变压器（DT1~DT3）和虚线框内的预热器加热管道，m和n之间的3N段管道为本结构的有效加热段，a’、b’、c’分别在3N段有效加热段的中心。感应调压器（TT）实现预热器管道加热功率的调节；大电流变压器（DT1~DT3）实现加热电流的提升；断路器（QF）和接触器（KM）负责感应调压器（TT）前端的供电控制。感应调压器（TT）的输出端接至3台电气参数相同且独立的单相大电流变压器（DT1~DT3），在3台大电流变压器的输出端得到3个高电势点（a、b、c）和3个低电势点（x、y、z）。采用铜连接线短接大电流变压器（DT1~DT3）的3个低电势点（x、y、z），将3个高电势点（a、b、c）分别接至每组加热管道的中心点（a’、b’、c’），使m和n之间的3N段管道被均匀加热，同时在加热管道两端形成了两个自然“零电位点”，达到了绝缘的效果。

请参见图2，本申请实施例中的大功率电加热管式预热器的供电原理图包括了断路器（QF）、接触器（KM）、感应调压器（TT）和单相大电流变压器（DT1~DT3）。感应调压器（TT）原端的供电控制来自于断路器（QF）和接触器（KM），感应调压器（TT）的输出端以三角形连接方式分别接至3台单相大电流变压器（DT1~DT3）的输入原端，将3台单相大电流变压器（DT1~DT3）输出端的低电势点（x、y、z）短接起来后就得到了一套三相大电流、且各相邻相间的相位差为120°的大功率可调节电源。

请参见图3，在大功率电加热管式预热器有效加热管道的中心点（a’、b’、c’）焊接3个高电势铜接线总板，高电势铜接线总板的载流面积根据加热管道最大通过电流值的2N倍进行计算和选型，加电时，电流由高电势铜接线板流入并向预热器加热管道两端对半分流，然后分别汇集到加热管道的两个端点（m和n）处，通过矢量集成后m和n点的电势趋近为零。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

由于采用了将预热器设计为包括：3N个预热器加热管道、1台感应调压器、3台大电流变压器，所述感应调压器与所述大电流变压器连接，所述大电流变压器与所述预热器加热管道连接，其中，所述3N个预热器加热管道呈圆周等间距分布且两两平行布置，即，利用了交流电A相、B相、C相之间相位互差120°，在三相供电平衡的条件下汇集点电压矢量集成为零的原理，在预热器3组加热管道的中心分别加上3路相位差为120°的电源，并分别短接加热管道的两端，从而在加热管道的两端形成两个自然“零电位点”，实现电气绝缘，所以，有效解决了现有技术中的管式预热器存在绝缘效果较差，回路存在潜在漏水点，且供电极连接至管道的数量过多，导致耗铜材的量大、线路损耗大、占用空间大的技术问题，进而实现了在不增加绝缘法兰的情况下起到了良好的绝缘效果，取消了绝缘法兰，减少了热工回路的潜在漏水、漏电点，将连接至管道的供电极数量减少了1/2，不仅降低了线路损耗，还为热工回路的布置节省了材料和空间，保障了大功率管式预热器加热的效率和安全性，并具有良好的经济效益和技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种大功率电加热管式预热器，其特征在于，所述预热器包括：

3N个预热器加热管道、1台感应调压器、3台大电流变压器，所述感应调压器与所述大电流变压器连接，所述大电流变压器与所述预热器加热管道连接，其中，所述3N个预热器加热管道呈圆周等间距分布且两两平行，所述N为大于等于1的正整数，所述N为所述预热器加热管道被均分为3组后每组预热器加热管道的数量；所述3N个预热器加热管道长度相等，且所述3N个预热器加热管道两端均分别采用弯管半径相同的管道和管道连箱将所述3N个预热器加热管道在入口和出口处连接起来。

2.根据权利要求1所述的预热器，其特征在于，所述3N个预热器加热管道中心位置均焊接有高电势铜接线板，其中，当N=1时，单独的一个预热器加热管道为一组；当N=2时，相邻的2个预热器加热管道为同一组；当N=3时，相邻的3个预热器加热管道为同一组，以此类推，且所述同一组的高电势铜接线板并接成一个高电势铜接线总板，使预热器加热管道的高电势铜接线总板数量为3个。

3.根据权利要求1所述的预热器，其特征在于，所述1台感应调压器与所述3台大电流变压器配合使用构成所述预热器的大电流供电电源。

4.根据权利要求1所述的预热器，其特征在于，将所述感应调压器的3个输出接线端子分别接至所述3台大电流变压器的输入端，将所述3台大电流变压器输出端的低电势点短接起来，使所述3台大电流变压器的进线端构成三角形连接，出线端构成星形连接。

5.根据权利要求2所述的预热器，其特征在于，将所述3台大电流变压器的高电势输出端分别接至所述3N个预热器加热管道的所述高电势铜接线总板。

6.根据权利要求1所述的预热器，其特征在于，所述预热器还包括：断路器、接触器，所述断路器与所述接触器连接，且所述断路器和所述接触器连接在电网和所述感应调压器之间。