CN107079535A - 使用三相电流加热管线内流体的装置及方法 - Google Patents

使用三相电流加热管线内流体的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于加热流体(F)的装置，包括用于容纳所述流体(F)的至少一个导电管线(100)，以及至少一个电压源(2)，其被连接至所述至少一个管线(100)，其中所述至少一个电压源(2)被设计成在所述至少一个管线(100)中产生电流，所述电流加热所述至少一个管线(100)，从而加热流体(F)。根据本发明，所述至少一个电压源(2)具有M个外导线(L1、...、LM)，其中M为大于或等于2的自然数，并且其中，所述至少一个电压源(2)被设计成在所述外导线(L1、...、LM)处提供交流电压，其中，所述交流电压相对于彼此移相2π/M，并且其中，所述外导线(L1、...、LM)以形成星形电路的方式被导电连接至所述至少一个管线(100)。

Description

使用三相电流加热管线内流体的装置及方法
本发明涉及一种用于加热在至少一个管线中传导的流体的装置及用于加热流体的相应的方法。
这一装置具有用于容纳流体的至少一个导电管线，以及连接至所述管线并被设计成在所述至少一个管线中产生电流的至少一个电能源，例如，电压源或电流源，所述电流对所述管线进行加热从而借助于由于所述至少一个管线的电阻而在管线中产生的焦耳热(Joulean heat)对所述流体进行加热，其中焦耳热与该处转换的电功率及电流在其内流动的持续时间成比例。这一装置例如可从DE2362628C3获知。
在当前情形中，流体被理解为指代气体和/或液体介质。
除了上述其中管线由导电材料组成并使电流流经其本身的直接加热，此外，将加热组件(例如自限制加热条带、恒功率加热条带或矿物绝缘固定电阻加热电缆)连接至传导待加热流体的待加热的管线外侧以便加热流体也是已知的。在此情况下，具有加热条带的各管线通常与外部隔离以避免相对于周围空气的热损耗。借助于热传导或热辐射，热量现在可从加热电缆散发至管线，并从管线散发至位于其中或在其中流动的介质。
在上述直接加热的情形中，提供至少一个绝缘构件尤为重要，出于冗余的原因，通常为两个绝缘构件，所述绝缘构件防止产生由电流直接加热的管线的平行电流路径。
如果绝缘构件就其有效性而言被管线中的介质损坏，出于安全原因则需要断开直接加热。整体上所有设备部件的平行电流流动以不受控制的方式发生。热量产生于不可预测点处，在设备部件的不良电连接的情况下也可产生火花，这表现出相当大的安全风险，尤其是在处于爆炸风险的设备中。
针对这一背景，本发明基于以下目标：提供用于加热流体的改进的装置及改进的方法，所述装置及方法尤其可减少传统上需要被提供的绝缘构件的数目，而不必承担平行电流的缺点带来的风险。
这一目标通过具有权利要求1的特征的装置实现。本发明的有利构造尤其在相关的从属权利要求中限定。
根据权利要求1，根据本发明提供用于容纳流体的多个导电管线以及多个电压源，其中，在每个情形中，一个电压源被分配给每个管线并连接至各管线，其中，所述各个电压源被设计成针对所述管线产生电流，加热各管线从而加热流体，其中，所述电压源具有M个外导线L1至LM，其中M为大于或等于2的自然数，并且其中，所述电压源被构造成在其外导线L1至LM处提供AC电压，其中，所述AC电压相对于彼此移相2π/M，并且其中外导线L1至LM以形成星形电路的方式导电连接至各管线100，其中，每个外导线经由各管线的至少一部分导电连接至所述星形电路的中性点。也可以形成具有单独中性点的多个星形电路。因此，例如，可针对每个管线形成单独的星形电路。
原则上，本发明也可应用于单个管线，所述单个管线然后被分配有一个电压源。
根据本发明的优选实施例，提供了电压源各自具有一个中性线，其中各个电压源被设计成在每个情形中在外导线和中性线(neutral conductor)之间提供AC电压，其中，所述AC电压相对于彼此移相2π/M。优选地，各中性线导电连接至所述中性点。
这里，星形电路被理解为意指任何所期望数目的连接(M个连接，其中可能提供的中性线也可连接至所述中性点)在每个情形中通过一个电阻至共同点(被称为中性点)的互连。
有利地，中性点在M(例如M＝3)个外导线的均匀负载的情形中不传导电流(在非均匀负载的情形中，仅电流间的差，或者在中性线与至少一个管线的中性点的高电阻连接的情形中，差分电压)，因而可省略在管线的进口及出口处的其它的传统绝缘构件。
因此，优选地，至少一个管线或多个管线被构造成使得电流在中性点处彼此抵消。换言之，因此，所产生的导电连接(其各自包括至少一个管线的部分)优选地在至少一个电压源的各个外导线与中性点之间具有相同的欧姆电阻，因而各个电流在中性点处彼此抵消。
关于操作接地，其通常在提供的中性线的情形(例如TN网络)中提供，以使电压源的中性点或N连接接地。在这一情形中例如可以低电阻直接地或否则以电感方式实施接地。在其中不存在中性线的三导线网络(three-conductor network)或IT网络的情形中，省略这一操作接地。
在上述两种类型的网络中，根据本发明的星形电路的中性点或至少一个管线的中性点优选接地，尤其是直接接地。在电压源的中性点(N连接，N connection)直接接地，使用中性线的电源的情形(例如TN网络)中，也可根据本发明的变型实施例省略所述星形电路或至少一个管线的中性点的接地。
所述至少一个管线或多个管线可为连续管线。然而，在适当的情况下，所述管线也可具有并非流体地彼此连接但在每个情形中待加热的流体可通过其中单独流动的多个区段。
根据优选实施例，M＝3，即，使用三相交流电，其通常也称为三相电流。其为以已知方式由具有相同频率的三个单独的交流电流或AC电压组成的多相交流电：
UL1＝U0cos(ωt)，
UL2＝U0cos(ωt-120°)，
UL3＝U0cos(ωt-240°)，
其中，所述单独的交流电流或AC电压的相位角相对于彼此固定地偏移120°，即2π/3。
AC电压相继地在每个情形中的周期的三分之一移位而暂时地达到其最大偏移。由相移角来描述所谓的外导线电压相对于彼此的暂时移位。所述三个导线(conductor)被称为外导线并通常缩写为L1、L2及L3。中性线由N表示。
根据根据本发明的装置的又一优选实施方式，提供的至少一个管线或多个管线各自具有M个翼管(limb)(即，例如，在M＝3的情形中，第一翼管、第二翼管及第三翼管)，其中每各翼管具有第一端区段、第二端区段以及中心区段，所述中心区段以流体及导电方式将两个端区段彼此连接。
优选地，各翼管的两个端区段被连接至中性点，即，在彼此连接的两个相邻翼管的各自的端区段处或两个端区段处提供到中性点的电接触。
此外，优选地进行设置使得翼管的中心区段分别导电连接到至少一个电压源的被分配的外导线L1至LM(例如在M＝3的情形中，L1、L2或L3)，即在各自中心区段处提供了到被分配的外导线的电触点，其中，尤其是在三相电流(M＝3)的情形中，第一翼管的中心区段连接至L1外导线，第二翼管的中心区段连接至L2外导线，第三翼管的中心区段连接至L3外导线。每个外导线被唯一精确地分配给翼管的一个中心区段。
所述至少一个管线优选地被配置为使得在M个翼管的情形中，第一翼管的第二端区段以流体及导电方式连接至第二翼管的第一端区段，并且(在M＞2的情形中)第二翼管的第二端区段以流体及导电方式连接至第三翼管的第一端区段。因此持续此连接直至到达最后一个(第M个)翼管。所述至少一个管线的M个翼管尤其是以使得在其中流动的流体可相继地流动穿过所述管线的方式彼此连接。此外，优选地，第一翼管的第一端区段形成用于将流体供给至所述至少一个管线的进口，其中第M翼管的第二端区段优选地形成用于允许流体从所述至少一个管线向外传送的出口。所述出口可流体连接至另一管线的进口。此外，所述至少一个管线的进口可流体连接至另一管线的出口(参考下文)。
对于M＝3的情形，优选地，所述至少一个管线被配置成使得第一翼管的第二端区段以流体及导电方式连接至第二翼管的第一端区段，并且第二翼管的第二端区段以流体及导电方式连接至第三翼管的第一端区段，即，所述至少一个管线的三个翼管尤其是以使得在其中流动的流体可相继地流动穿过所述管线的方式彼此连接。此外，优选地，第一翼管的第一端区段形成用于将流体供给至所述至少一个管线的进口，其中第三翼管的第二端区段优选地形成用于允许流体从所述至少一个管线向外传送的出口。所述出口可流体连接至另一管线的进口。此外，所述至少一个管线的进口可流体连接至另一管线的出口(参考下文)。
优选地，彼此流体及导电连接的两个相邻的翼管的端区段经由共同的触点电连接至中性点或中性线，其中，例如可在彼此连接的两个端区段之间的过渡处设置所述触点。
所述翼管也可自然地彼此单独形成且对应地并不以流体方式彼此连接。在这一情形中，多个流体流可穿过翼管而彼此独立地传导并被加热。然后，翼管的端区段形成进口或出口，各自的翼管可经由所述进口或出口单独递送流体。
如果所述翼管彼此连接，则优选整体形成相邻翼管上的端区段。也可设想其它流体及导电连接。此外，在每个情形中，在翼管的端区段之间提供的中心区段优选整体形成于在两侧上提供的端区段上。就此而言，也可设想其它流体及导电连接。原则上，所述翼管可呈现所有可设想的形状及分布。
优选地，所述翼管被构造成其尺寸及几何形状或形状实质上等同，因而其本质上表示相同的电阻式消耗器。在具有不同构造的翼管的情形中，可另外提供补偿欧姆电阻或电容式或电感式电抗。
根据本发明的特别的优选实施方式，翼管各自呈回路(loop)的形式，其中各翼管的中心区段形成各回路的一端，所述端与优选地彼此相邻配置的各回路的两个端区段相对，其中，尤其是在各端的区域中，分别被分配的外导线导电连接至各翼管。在这一情形中，优选地由各中心区段的回弯形成各回路或翼管的端，其中在第一端区段的各翼管中或各回路中流动的流体改变其方向并朝向第二端区段流回(或反之亦然)。
优选地，所述至少一个管线的翼管或回路各自沿纵向轴延伸，其中，所述翼管或回路尤其是沿所述纵向轴具有相同的长度(参见上文)。
此外，优选地进行设置，使得具有至中性点或中性线的各电触点的至少一个管线或多个管线的翼管的端区段设置在中心区域中，所述翼管从所述中心区域沿径向方向、更确切地说，尤其是朝向各端或回弯向外延伸，优选地在所述各端或回弯处设置被分配的导线L1至LM(或在M＝3的情形中，L1、L2或L3)的各电触点。
在管线的三个翼管相对于彼此呈星形配置的情形中，每个情形中的两个相邻翼管的纵向轴例如可构成120°的角。
根据本发明，提供多个上述管线及尤其是多个电压源，其中在每个情形中一个电压源被分配给每个管线。然后，电压源的外导线继而以形成星形电路的方式连接至被分配的管线，其中，每个外导线经由各管线的至少一部分导电连接至所述星形电路的中性点，其中各个电压源的可能提供的中性线可导电连接至被分配的管线的中性点(参见上文)。
优选地，相应地，电压源呈三相AC电压源(即M＝3)的形式，结果用于各管线的直接焦耳加热而在所述各管线中产生的电流为三相交流电。
因此，管线继而优选地分别有M个翼管或第一翼管、第二翼管及第三翼管(在M＝3的情形中)，其中，各管线的每个翼管均具有第一、第二端区段以及中心区段，所述中心区段将两个端区段彼此连接。各管线区段的各翼管的两个端区段优选地导电连接至各管线的中性点或被分配的电压源的中性线N，如上所述，而各管线区段的中心区段优选分别连接至被分配的电压源的被分配的外导线(L1至LM或在M＝3的情形中，为L1、L2或L3)，如上所述。
如上所述，多个管线的各个翼管优选彼此连接(或彼此单独形成)，并且，进一步优选地呈回路的形式，其中各翼管的中心区段继而优选地形成各回路的一端或回弯(参见上文)，其中优选在各端的区域中或在各回弯处设置了至被分配的外导线(L1至LM或在M＝3的情形中，L1、L2或L3)的电触点(同样参见上文)。
优选地，具有至中性点或中性线N的各可能的联合电触点的各管线的翼管的端区段被设置在中心区域中，管线的翼管从所述中心区域沿径向方向向外延伸，其中，从径向上看去，所述端或回弯最向外(例如在围绕中心区域的假想圆上)。
在多个管线的情形中，管线中的多个或所有管线可彼此流体地串联连接，从而使流体可相继地流动穿过所述管线。
此外，也存在使管线中的某些或所有管线彼此并联连接的可能性，即，将其构造成使流体分流为多个部分流，所述部分流然后平行流动穿过各个被分配的管线。
串联或并联连接的管线的任何所期望的构造当然也是可能的。
此外，通过用于使用根据本发明的至少一个装置加热至少一个流体的方法解决根据本发明的问题。
在这一情形中，流体优选流动穿过根据本发明的装置的一个或多个管线，并借助于由在至少一个管线或多个管线中流动的多相交流电或三相交流电加热所述至少一个管线或多个管线而在所述至少一个管线或多个管线中被加热，结果在所述至少一个管线或多个管线中产生焦耳热，并将其转移至流体，从而在所述流体流动穿过所述至少一个管线或多个管线时将其加热。
根据根据本发明的方法的变型，提供使用根据本发明的至少一个装置将待热裂解的碳氢化合物、尤其是碳氢化合物的混合物作为流体加热。
根据根据本发明的方法的又一变型，可替代地或另外进行设置，从而使用根据本发明的至少一个装置将水或蒸汽作为流体加热，其中，所述蒸汽尤其是被加热至550℃至700℃的范围内的反应器进口温度，并且尤其是将其添加至待裂解的碳氢化合物。
根据根据本发明的方法的又一配置，可替代地或另外进行设置，使用根据本发明的至少一个装置将经预加热的碳氢化合物/蒸汽混合物作为流体加热，从而裂解所述碳氢化合物。根据本发明的装置因此用于在裂解经预加热的碳氢化合物/蒸汽混合物用的裂解炉的反应器部件中的热量输入。这是一种极度吸热反应，其中产物气体通常以800℃至880℃的温度离开反应器部件。
特别地，可使待裂解的混合物(其也被称为转化器供给气体，并具有蒸汽以及一种或多种碳氢化合物(例如CH4至石脑油)及可能的氢及其它组分，例如N2、Ar、He、CO、CO2和/或MeOH)达到转化器入口温度或借助于根据本发明的方法使其过热，所述温度优选250℃至730℃、特别是320℃至650℃的温度范围内，尤其在是10巴至50巴、优选地15巴至40巴的范围内的供给气体压力下。
此外，借助于根据本发明的方法，可将转化器炉的燃烧空气作为流体预加热，确切地说尤其是至200℃至800℃、优选400℃至700℃的范围内的温度。
特别地，此外可借助于根据本发明的方法加热转化器炉的至少一个反应管或在其中流动的流体(因此根据本发明的装置的至少一个管线可为转化器的反应管的形式)。因此，在这一情形中，借助于根据本发明的方法产生通过直接加热至转化器炉的填充催化剂的反应管中的热量的输入。在这一情形中，由H2、CO、CO2、CH4、H2O及惰性物质的主要组分组成的产物气体在直接加热期间可另外同时由转化器炉的辐射区中的燃烧器加热。这一反应吸热。经转化的气体通常在780℃至1050℃、优选在820℃至950℃的温度范围内离开转化器炉的辐射区。所述气体的压力范围优选在10巴至50巴、更优选15巴至40巴的范围内。
特别地，此外可借助于根据本发明的方法将待裂解的干燥供给气体(即，尤其是在与蒸汽混合之前)(其例如具有至少一种或各种碳氢化合物(例如CH4至石脑油)及可能的氢及其它组分，例如N2、Ar、He、CO、CO2和/或MeOH)作为流体加热，用于触媒预净化，尤其是加热至100℃至500℃、优选200℃至400℃的范围内的温度，确切地说，在优选10巴至50巴、更优选15巴至45巴的范围内的气体压力下。
此外，一般而言，根据本发明的方法例如可在所有可设想的程序使用将水作为流体加热，从而产生工艺蒸汽。
以下陈述本发明的其它主题(要点1以及要点16)以及根据要点1(要点2至要点15)的主题的配置。括号之间的标号与图有关。
要点1：用于加热流体的装置，包括：
-用于容纳所述流体(F)的至少一个导电管线(100)，以及
-至少一个电压源(2)，其连接至所述至少一个管线(100)，其中，所述至少一个电压源(2)被设计成在所述至少一个管线(100)中产生电流，所述电流加热所述至少一个管线(100)，从而加热流体(F)，
其中，所述至少一个电压源(2)具有至少M个外导线(L1、…、LM)，其中M为大于或等于2的自然数，并且其中，所述至少一个电压源(2)被设计成在所述外导线(L1、…、LM)处提供AC电压，其中，所述AC电压相对于彼此移相2π/M，并且其中，所述外导线(L1、…、LM)以形成星形电路的方式导电连接至所述至少一个管线(100)，其中每个外导线(L1、…、LM)经由所述至少一个管线(100)的至少一部分导电连接至所述星形电路的中性点(S)。
要点2：根据要点1所述的装置，其中，所述电压源(2)具有中性线(N)，其中，特别地，所述中性线(N)导电连接至所述中性点(S)。
要点3：根据前述要点任一所述的装置，其中M等于3。
要点4：根据前述要点任一所述的装置，其中，所述至少一个管线(100)具有M个翼管(101)，其中每个翼管(101)具有第一端区段(101a)、第二端区段(101c)以及中心区段(101b)，所述中心区段(101b)以流体及导电方式将两个端区段(101a、101c)彼此连接。
要点5：根据要点4所述的装置，其中，所述各翼管(101、102、103)的两个端区段(101a、101c、102a、102c、103a、103c)导电连接至所述中性点(S)。
要点6：根据要点4至5任一所述的装置，其中，所述翼管(101、102、103)的中心连接(101b、102b、103b)各自导电连接至所述至少一个电压源(2)的被分配的外导线(L1、L2、L3)。
要点7：根据要点3或如引用要点3的所述权利要求的要点4至6中的任一所述的装置，其中，所述第一翼管(101)的第二端区段(101c)以流体及导电方式连接至第二翼管(102)的第一端区段(102a)，尤其是整体形成在第一端区段上，并且其中，所述第二翼管(102)的第二端区段(102c)以流体及导电方式连接至第三翼管(103)的第一端区段(103a)，尤其是整体形成在第一端区段上，其中，特别是第一翼管(101)的第一端区段(101a)形成用于将流体(F)供给至所述各管线(100)中的进口(3)，并且其中，特别是第三翼管(103)的第二端区段(103c)形成用于允许流体(F)从所述各管线(100)向外传送的出口(4)。
要点8：根据要点4至6任一所述的装置，其中，所述翼管(101、102、103)并不以流体方式彼此连接，而是被设计成分别彼此单独地传导被加热的流体(F、F’、F”)。
要点9：根据要点4至8任一所述的装置，其中，所述翼管(101、102、103)分别呈回路的形式，其中，各翼管(101、102、103)的中心区段(101b、102b、103b)形成各个回路(101、102、103)的一端，其中，特别是在各端的区域中，分别被分配的外导线(L1、L2、L3)导电连接至所述各翼管(101、102、103)。
要点10：根据要点4至9任一所述的装置，其中，所述翼管(101、102、103)分别沿纵向轴(A)延伸，其中，特别地，所述翼管(101、102、103)具有相同的长度，尤其是沿各纵向轴(A)具有相同的长度。
要点11：根据要点4至10任一所述的装置，其中，所述至少一个管线(100)的翼管(101、102、103)的端区段(101a、101c；102a、102c；103a、103c)设置在中心区域(B)中，所述翼管(101、102、103)从所述中心区域沿径向方向(R)向外延伸。
要点12：根据要点10或11所述的装置，其中，每个情形中的两个相邻翼管(101、102；102、103；103、101)的所述纵向轴(A)构成120°的角。
要点13：根据前述要点任一所述的装置，其中，提供多个管线(100)以及尤其是多个电压源(2)，其中，特别是在每个情形中，一个电压源(2)被分配给每个管线(100)。
要点14：根据要点13所述的装置，其中，多个或所有所述管线(100)以流体方式彼此串联连接，因此流体(F)可相继地流动穿过所述管线。
要点15：根据要点13或14所述的装置，其中，多个或所有所述管线(100)被构造为平行的，结果流体(F)可在所述平行管线(100)之间分流。
要点16：用于使用根据要点1至15任一所述的装置加热流体(F)的方法。
将在参照附图的示例性实施例的描述中解释本发明的其它特征和优点，其中：
图1示出了根据本发明的装置的管线的示意图；
图2示出了图1所示实施方式的进一步改进；
图3示出了根据本发明的装置的管线的另一示意图；
图4示出了根据本发明的装置的多个管线的设置的示意图；
图5示出了在TN网络的情形中外部导线和中性线互连的示意图；以及
图6示出了在IT网络的情形中外部导线互连的示意图。
首先，为了简明起见，以下参照管线100说明本发明的实施方式。在这一情形中使用一个管线所说明的措施自然地在每个情形中应用于多个管线100。
如图1中所示，在采用三相电流对根据本发明的装置1中的管线100进行直接加热从而加热流体F的情形中，可设置中性点S。在这一情形中，三相系统或三相电压源2的三个相位L1、L2及L3(参照图5)连接至管线100的翼管101、102、103，并且优选地，N导线(中性线)(如果设置)连接至中性点S。在电压源2的N连接或中性点S′的接地(PE)的直接或低电阻接地(如在电源中常规的)的情形中，以及在中性线N至管线100的中性点S的连接的情形中，可省略管线100处的中性点S的接地。
如图5、6所述，本发明均可用作包括(优选为三个)外导线及中性线的网络(例如TN网络)以及不具有中性线的网络(例如IT网络)的部分。
图5示出了例如在TN网络中设置的电压源2的三个外导线L1、L2、L3及中性线N。在这一情形中，中性线N导电连接的电压源2的中性点S′经由电阻RN接地，其中特别地，RN＝0例如可保持真(直接接地)或低电阻。Z 1、Z 2、Z 3表示由至少一个管线100或其翼管101、102、103形成的负载或阻抗。翼管101、102、103在负载或管线100的中性点S处互连，其中中性线N导电连接至中性点S。在电压源2的中性点S′直接操作接地(RN＝0)的情形中，可省略中性点S的接地，但优选地设置接地。
图6示出了其中不存在中性线N的三导线网络(例如IT网络)。在这一情形中，由阻抗Z 1、Z 2、Z 3互连形成的中性点S优选直接接地。
在对一般性不具有任何限制的情况下，以下假定三个外导线L1、L2、L3及一个中性线N。然而，可省略中性线N(参见上文)或改变外导线的数目(参见上文)。
具体地，管线100的第一翼管101从第一端区段101a或从流体F经由其供给至管线100中的进口3开始，沿纵向轴A延伸至第一翼管101的中心区段101b的回弯，第一翼管101的中心区段101b从所述回弯向后延伸至第二端区段101c，第二端区段101c被配置为在中心区域B中与第一端区段101a相邻。第一翼管101的第二端区段101c成为第二翼管102的第一端区段102a，第一端区段102a以类似的方式经由其中心区域102b的回弯延伸至第二翼管102的第二端区段102c，第二端区段102c相应地成为第三翼管103的第一端区段103a，第一端区段103a以类似的方式经由其中心区段103b的回弯延伸至第二端区段103c，在第二端区段103c处设置用于允许(经加热的)流体F从管线100向外传送的出口4。回路形翼管101、102、103的三个纵向轴A优选地被设置成星形，如图1所示，即在每个情形中两个相邻的翼管101、102；102、103；103、101构成120°的角。
在这一情形中，在回路101、102、103的中心区段101b、102b、103b的每个回弯处分别设置至三相电流源2的外导线L1、L2或L3的触点K，其中端区段101a、101c、102a、102c、103a、103c经由触点Q连接至中性点S。在这一情形中，优选地，彼此连接的翼管101、102、103的端区段101c、102a；102c、103a经由各端区段之间的过渡处的触点Q连接至中性点S或中性线N。
图1所示的设置也可自然地用于通常为M相位(其中M为大于或等于2的自然数)的情形中。然后，如上所述，对应地提供M个翼管并将其互连。
此外，如图2所示，翼管101、102、103可在图1所示的设置中彼此单独形成，结果，各个流体流F、F’、F”可彼此独立地流动穿过所述翼管。在这一情形中，第一端区段101a、102a、103a可为流体流F’、F”的进口的形式，第二端区段101c、102c、103c可为流体流的出口的形式，其中这些端区段101a、102a、103a及101c、102c、103c继而被连接至中性点S。
图3示出了翼管101、102、103的分布的变型，其中，与图1相比，所述翼管现在彼此紧挨而延展。
这一结构原则上构成了使得图3所示的类型的多个管线100彼此紧挨的配置，如图4所示，其中在这一情形中，各个翼管101、102、103各自从中心区域B开始沿径向方向R向外延展，各个端区段设置在中心区域B中，并连接至那里的中性点S。各个回路形翼管101、102、103的回弯现在在假想的圆上沿径向方向R进一步向外，并在每个情形中连接至三相电流源2的一个相位L1、L2或L3。
在这一情形中，每个管线100被分配给一个三相电流源2，三相电流源2优选设置在翼管上方，并设置成比回弯进一步径向向内。因此，可使至S(或N)及L1、L2、L3的供给线最小化。管线100在每个情形中具有三个回路形翼管101、102、103，所述回路形翼管的回弯管分别连接至被分配的电压源2的外导线相位L1、L2或L3中的一个。
为简明起见，图4中仅示出了管线100。图4所示的管线区段100可如所图所示而串联设置，使得流体F可相继地流动穿过所述区段。然而，在中心区域B中也可设置分配器，其分配分别包括三个翼管101、102、103的各个管线100中的流体F，使得流体F彼此平行地流动穿过所述翼管。此后，(经加热的)流体F可重新组合并用于其它用途。
在如上所述的示例中，由于翼管101、102、103的电阻，翼管101、102、103中的三相电流在每个情形中产生焦耳热，该焦耳热被转移至在翼管101、102、103中流动的流体F，其中所述翼管被加热。
自然地，图3、4所示的设置可同样被一般化用于M个相位(M大于或等于2)。
然而，图1至图4所示的三相直接加热的结构或其所示的各个翼管101、102、103的星形结构并非绝对必要的。通常，可设想管线100或翼管101、102、103的任何几何结构。根据本发明的方法或根据本发明的装置1原则上可适用于所有压力、温度、尺寸等。
在所述技术实施方案中，不锈钢由于较高电阻率更优于碳钢而用于管线100。此外，多相或三相交流电的供给线优选体现为具有明显低于传导流体F的管线的电阻，从而最小化供给线所产生的热量，因为这种热量通常是不希望的。
根据本发明的解决方案可尤其有利地在加热导致介电强度减小(例如在裂解炉的情形中的焦化)的介质时应用。在这一情形中，不期望的电流流动的风险相对低，结果甚至可省略如在开始所提及的关断装置。
此外，借助于相应设置的各个相位L1、L2、L3的电流流动，可控制每个情形中的三个翼管101、102、103中的加热(这也适用于M相位的情形，其中M大于或等于2)。
原则上，根据本发明的对流体的加热可用于导电管线中的所有介质。在液体是极好导体(与管线的导电性比较)的情形中，如果适当的话，则需要在电流流动的计算中并入这一因素。管线或管线区段的几何轮廓有利地为灵活的并可匹配各种要求。此外，管线材料可匹配工艺要求。可针对几何形状适当选择电流、电压及频率并不受任何基本限制。最大可实现的温度受所使用的管线材料的限制。
附图标记列表
1装置
2三相电流源
3进口
4出口
100管线
101，102，103翼管
101a，102a，103a第一端区段
101b，102b，103b中心区段
101c，102c，103c第二端区段
L1，L2，L3外导线
B中心区域
N中性线
K，Q电触点
F、F’、F”流体
A纵向轴
R径向方向
S中性点
S′电压源的中性点

Claims (20)

1.一种用于加热流体的装置，包括
-用于容纳流体(F)的多个导电管线(100)，以及
-多个电压源(2)，其中在每个情形中一个电压源(2)被分配给每个管线(100)，所述电压源连接至各管线(100)，其中各个电压源(2)被设计成在所述各管线(100)中产生电流，所述电流加热所述各管线(100)从而加热流体(F)，
-其中，所述各个电压源(2)具有至少M个外导线(L1、...、LM)，其中M为大于或等于2的自然数，并且其中，所述各个电压源(2)被设计成在其外导线(L1、...、LM)处提供AC电压，其中各种AC电压相对于彼此移相2π/M，并且其中，所述各个电压源(2)的外导线(L1、...、LM)以形成星形电路的方式被导电连接至所述各管线(100)，其中每个外导线(L1、...、LM)经由所述各管线(100)的至少一部分被导电连接至所述星形电路的中性点(S)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压源(2)各自具有中性线(N)，其中特别地，各中性线(N)被导电连接至中性点(S)。
3.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，M等于3。
4.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，管线(100)具有M个翼管(101)，其中每个翼管(101)具有第一端区段(101a)、第二端区段(101c)以及中心区段(101b)，所述中心区段(101b)以流体及导电方式将两个端区段(101a、101c)彼此连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，各翼管(101、102、103)的两个端区段(101a、101c，102a、102c，103a、103c)被导电连接至中性点(S)。
6.根据权利要求4至5任一所述的装置，其特征在于，所述翼管(101、102、103)的中心连接(101b、102b、103b)分别被导电连接至所述各个电压源(2)的被分配的外导线(L1、L2、L3)。
7.根据权利要求3或如引用权利要求3的权利要求4至6之一的装置，其特征在于，第一翼管(101)的第二端区段(101c)以流体及导电方式被连接至第二翼管(102)的第一端区段(102a)，尤其是整体形成在第一端区段上，并且第二翼管(102)的第二端区段(102c)以流体及导电方式被连接至第三翼管(103)的第一端区段(103a)，尤其是整体形成在第一端区段上，其中尤其是第一翼管(101)的第一端区段(101a)形成用于将流体(F)供给至各管线(100)中的进口(3)，并且其中尤其是第三翼管(103)的第二端区段(103c)形成用于允许流体(F)从各管线(100)向外传送的出口(4)。
8.根据权利要求4至6任一所述的装置，其特征在于，所述翼管(101、102、103)并不以流体方式彼此连接而被设计成各自彼此单独地传导待加热的流体(F、F’、F”)。
9.根据权利要求4至8任一所述的装置，其特征在于，所述翼管(101、102、103)分别呈回路的形式，其中，所述各翼管(101、102、103)的中心区段(101b、102b、103b)形成各个回路(101、102、103)的一端，其中特别是在各端的区域中，分别被分配的外导线(L1、L2、L3)导电连接至所述各翼管(101、102、103)。
10.根据权利要求4至9任一所述的装置，其特征在于，所述翼管(101、102、103)分别沿纵向轴(A)延伸，其中特别地，所述翼管(101、102、103)具有相同的长度，尤其是沿各纵向轴(A)具有相同的长度。
11.根据权利要求4至10任一所述的装置，其特征在于，所述各管线(100)的翼管(101、102、103)的端区段(101a、101c；102a、102c；103a、103c)设置在中心区域(B)中，所述翼管(101、102、103)从所述中心区域沿径向方向(R)向外延伸。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，每个情形中的两个相邻翼管(101、102；102、103；103、101)的所述纵向轴(A)构成120°的角。
13.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，多个或所有所述管线(100)以流体方式彼此串联连接，结果流体(F)能相继地流动穿过所述管线。
14.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，多个或所有所述管线(100)被构造为平行的，结果流体(F)能在那些平行管线(100)中分流。
15.一种用于使用根据权利要求1至14任一所述的装置加热流体(F)的方法，其中，所述流体流动穿过所述装置的管线并借助于由在所述管线中流动的多相交流电加热所述管线而在所述管线中被加热，从而在所述管线中产生焦耳热，并将所述焦耳热转移至所述流体，使得流体在其流动穿过所述管线时被加热。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将待热裂解的碳氢化合物、尤其是碳氢化合物的混合物作为流体加热。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将水或蒸汽作为流体加热，其中将所述蒸汽尤其加热至550℃至700℃的范围内的反应器进口温度，并且尤其是将其添加至待裂解的碳氢化合物。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将碳氢化合物与蒸汽的经预加热的混合物作为流体加热，从而裂解所述碳氢化合物。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将来自转化器炉的燃烧空气作为流体预加热，确切地说，尤其是加热至200℃至800℃、优选400℃至700℃的范围内的温度。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述管线为转化器的反应管的形式。
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