CN104455934A - 免维护真空绝热流体热能输送管道 - Google Patents

Abstract

由内管、密封体、外管、法兰、密封阀分别连成一体组成免维护真空绝热流体热能输送管道。应用在生物质可再生能源环保低碳城市发电供热装置，或应用于传统煤碳、石油、天然气发电供热工程。提高供热效率，减少热损失，节省燃料，减少碳排放，降低发电供热成本。其热能损耗比同等保温输送管道热能损耗每10公里输送距离从10-30％减少到1％。

Description

免维护真空绝热流体热能输送管道

技术领域

本发明涉及一种热能输送管道。

背景技术

目前以煤炭、石油为能源的城市传统发电供热工程中，多采用通用保温式热能输送管道输送热水或热蒸汽。该管道输送热能每10公里(km)的输送距离存在占总输送热能量10-30％的热能损耗(热损率)。浪费了大量一次能源(煤炭、石油、天然气)。在未来的大规模现代化城市建设发展中，将会出现开发利用城市低温废热，管道生活污水，有机生物质垃圾，生物质燃料，浅层低温地热能相结合的生物质可再生能源环保生态绿色低碳发电供热方式即(无烟化)为城市发电采暖供热。由于新能源能量密度低，温度低，高度分散，在开发利用过程中，现有通用保温管道热损耗大已经不再适用于新能源城市发电供热工程。因此，开发技术工艺简单，经济实用，成本低，热能损耗小的经久耐用，免维护热能输送管道，是实现建设清洁环保、节能高效、绿色生态、安全低碳、无烟化、低碳化、智能化城市发电采暖供热的重要紧迫课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种免维护真空绝热流体热能输送管道，该免维护真空绝热流体热能输送管道应用在生物质可再生能源环保低碳城市发电供热装置中，或应用于传统煤炭、石油、天然气发电供热工程。提高供热效率，减少热损失，节省燃料，减少碳排放，降低发电供热成本。

结合附图1由内管1、密封体2、外管3、法兰4、密封阀5分别连成一体组成免维护真空绝热流体热能输送管道。其中内管外管中间夹层填充朱光砂粉末堆积真空绝热体至150-200kg/m³，长管道分段安放通用支承构件，抽至低真空1-10Pa。其中内管外管中间夹层填充朱光砂粉末堆积真空绝热体至150-200kg/m³，长管道分段安放通用支承元件，抽至低真空1-10Pa。

结合附图2由阀头6、阀座7、电磁线圈8、抽气口9、真空传感器10、弹簧11分别与外壳12连成一体组成密封阀5。

按照上述装置，在热流体(热水或热蒸汽)流经本发明输热管道时主要存在自然对流传热，稀薄气体导热，金属固体导热和非金属导热。其中，重力(引力)引起的自然对流传热用Gr表示为浮升力和粘性力之比式为：

$\begin{array}{cc}\mathrm{Gr}=\frac{\mathrm{ga\Δ}{\mathrm{TL}}^3}{{\mathrm{\υ}}^2}& G=\frac{1}{r}{\left(\frac{\mathrm{a\υ}}{r_T}\right)}_P\end{array}$

ΔT＝Tw₁-Tw₂

自然对流传热式为：Num＝(GrmPrm)^m，对于有限空间中的流体GrmPrm＜10³Num＝1，自然对流传热完全被阻止。

由于绝热空间中气体(空气)的Pr为0.7，即Gr＜10³是阻止自然对流传热的条件。

对于绝热空间夹层中气体的导热率与气体种类、状态即与气体分子平均自由程相关，气体分子平均自由程为：

$L=6.44\×{10}^3\frac{u}{p}\sqrt{\frac{T}{M}}\left(\mathrm{cm}\right)$

在相同状态下，分子质量小的平均自由程大，同类气体平均自由程随压强减少和温度的提高而增大。

对于金属的导热为传导电子的迁移，其热导率为：

                             $\mathrm{\λe}=\frac{1}{3}\mathrm{CV}.\mathrm{eLeve}$

对于非金属导热为晶格的振动，即声子对导热的表示式为：

                             $\mathrm{\λp}=\frac{1}{3}\mathrm{Cp}.\mathrm{pLprp}$

固体(金属、非金属)材料导热量式为：

对于填充材料的导热率与密度的关系式为：

免维护真空绝热流体热能输送管道，由内管1、密封体2、外管3、法兰4、密封阀5分别连成一体组成免维护真空绝热流体热能输送管道，其特征是：内管1为长圆筒形，密封体2为圆环形，外管3为长圆筒形，法兰4分别与外管3两端连接，密封阀5与外管3连通；将支承构件分段固定在内管1外表面装入外管3中，两端分别装入密封体2将内管与外管密封连接，中间夹层填充朱光砂，抽至低真空1-10Pa。

免维护真空绝热流体热能输送管道，其特征是：密封阀5由塔形三段外圆不等的圆柱体，其中最大圆柱体一端有与垂直方向30°角的圆锥斜面组成的阀头6，由圆杯形一端有圆筒形短管的阀座7，电磁线圈8为通用交流380V/220V或低压直流线圈，9为抽气口，10为通用真空传感器，11为通用弹簧，12为周边封闭圆柱形外壳，通过阀座7中短管与外壳12连接，通过垂直中心线安放阀头6，电磁线圈8套装在阀头6中段与外壳12连接固定，阀头6可移动，弹簧11通过圆形带孔挡板套装在阀头6上部与外壳12连接固定；通过电路将电磁线圈8与外界连接，通过电路将通用真空传感器10与外界相连，通过管道将抽气口9与外界连通。

有益效果

免维护真空绝热流体热能输送管道应用在生物质可再生能源环保低碳城市发电供热装置中，或应用于传统煤碳、石油、天然气火力发电供热工程。向城市输送热水或热蒸汽，其热能损耗比同等保温输送管道热能损耗每10公里输送距离从10-30％减少到1％，相应节省一次能源煤炭、石油、天然气90％，减少碳排放。

本发明免维护真空绝热流体热能输送管道，可应用于海水发电供热工程，城市污水发电供热工程，江河水发电供热工程，地热水发电供热工程。耐腐蚀、耐杂质、耐磨损、免维护、长寿命。量产制造成本比同等传统保温管道成本增加30-40％。可以架空施工或地下、水下施工免维护。

本发明免维护真空绝热流体热能输送管道，可应用在大型工农业工程，大流量长距离热能输送，实现环保低碳、节能减排，节省大量的一次能源降低热能损失率和运行成本。

附图说明

图1免维护真空绝热流体热能输送管道结构原理图。

图2免维护真空绝热流体热能输送管道中密封阀5结构原理图。

图3免维护真空绝热流体热能输送管道90°弯头示意图。

图4免维护真空绝热流体热能输送管道45°弯头示意图。

图5免维护真空绝热流体热能输送管道膨胀管示意图。

具体实施方式

在图1中内管1为长圆筒形低合金钢或不锈钢基材管，密封体2为圆环形玻璃粉与环氧树脂混合体，外管3为长圆筒形碳钢基材管外表面防腐处理，4为通用碳钢基材法兰盘分别与外管两端连接，其中密封阀5通过阀座短管与外管3连通，内管与外管间两端通过密封体2连接，中间夹层填充朱光砂(膨胀珍珠岩)，分段安放通用支承构件，抽低真空1-10Pa。

在图2中，密封阀5由塔形三段外圆不等的圆柱体，其中最大圆柱体一端有与垂直方向30°角的圆锥斜面组成的阀头6，由圆杯形一端有圆筒形短管的阀座7，电磁线圈8为通用交流380V/220V或低压直流线圈，通过电路与外界连接，9为抽气口通过管道与外界连通，10为通用真空传感器通过电路与外界相连，11为通用弹簧，上述各部分分别通过周边封闭圆柱形外壳12连成一体组成密封阀。

免维护真空绝热流体热能输送管道的制造方法：先将法兰4分别与外管3两端面连接(焊接)，密封阀5通过阀座短管与外管3连通(焊接)，将内管1装入外管3中(通用支承构件分段固定在内管外表面同时装入外管)，一端装入密封体2(由环氧树脂将密封体与内管外管接触面密封)，从另一端填充朱光砂(工业膨胀珍珠岩)经振动器至堆积密度150-200kg/m³，装入另一端密封体(由环氧树脂将密封体与内管外管接触面密封)，通过管道将抽气口9与外界真空泵连接，通过电路连接电磁线圈8开启密封阀，同时由外电路与真空传感器10连接监控抽低真空1-10Pa，之后关闭密封阀。

实施例1内管直径φ300mm长度10M，内管基材为不锈钢或低合金钢，外管基材为碳钢外表面防腐处理。

实施例1应用在海水、江河水、污水、地热水城市发电采暖供热工程或应用于传统煤碳、石油、天然气火力发电采暖供热工程。

最高工作温度650℃，可用于汽轮发电机高温高压蒸汽的输送系统。其热损失从同等传统保温管道的10-30％减少为1％。

实施例2内管直径φ1200mm长度10M，内管基材为碳钢内表面经过热处理，外管基材为碳钢，外表面防腐处理。实施例2应用在生物质可再生能源环保低碳城市发电集中供热工程。适用于城市管道生活污水、地热水或应用于现有城市集中供热管道中的技术改造工程。其热损失率从同等保温管道每10公里(Km)的输送距离从10-30％减少到1％，相应节省一次能源煤碳、石油、天然气90％。

Claims (2)

1.免维护真空绝热流体热能输送管道，由内管(1)、密封体(2)、外管(3)、法兰(4)、密封阀(5)分别连成一体组成免维护真空绝热流体热能输送管道，其特征是：内管(1)为长圆筒形，密封体(2)为圆环形，外管(3)为长圆筒形，法兰(4)分别与外管(3)两端连接，密封阀(5)与外管(3)连通；将支承构件分段固定在内管(1)外表面装入外管(3)中，两端分别装入密封体(2)将内管与外管密封连接，中间夹层填充朱光砂，抽至低真空1-10Pa。

2.根据据权利1所述的免维护真空绝热流体热能输送管道，其特征是：密封阀(5)由塔形三段外圆不等的圆柱体，其中最大圆柱体一端有与垂直方向30°角的圆锥斜面组成的阀头(6)，由圆杯形一端有圆筒形短管的阀座(7)，电磁线圈(8)为通用交流380V/220V或低压直流线圈，(9)为抽气口，(10)为通用真空传感器，(11)为通用弹簧，(12)为周边封闭圆柱形外壳，通过阀座(7)中短管与外壳(12)连接，通过垂直中心线安放阀头(6)，电磁线圈(8)套装在阀头(6)中段与外壳(12)连接固定，阀头(6)可移动，弹簧(11)通过圆形带孔挡板套装在阀头(6)上部与外壳(12)连接固定；通过电路将电磁线圈(8)与外界连接，通过电路将通用真空传感器(10)与外界相连，通过管道将抽气口(9)与外界连通。