CN108760817A - 一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置 - Google Patents

一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，包括反应釜组件、加热系统和电场系统，加热系统为反应釜组件提供热量，电场系统为反应釜组件提供电场，加热系统设置在反应釜组件内，电场系统包括设置在加热系统上的第一电极片和设置在反应釜组件上的第二电极片，两个电极片之间形成电场，反应釜组件包括前、后螺纹支架、前、后压紧螺套、进、出口导油套和石英管反应釜，加热系统包括加热器。本发明提供形式、强度可控电场环境，为电场作用碳氢燃料氧化结焦提供基础；采用螺纹压紧石英管密封方式，使得电场影响结焦的过程可视化，并且为结焦过程的在线光学诊断提供基础；结构简单，零部件更换方便，价格便宜且工艺上容易实现。

Description

一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置
技术领域
本发明属于碳氢燃料裂解结焦的试验技术领域，尤其是涉及一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置。
背景技术
燃料的热氧化沉积通常认为在低于260℃时开始出现，直至500-600℃溶解氧消耗完全，氧化结焦量逐渐减少，碳氢燃料的热氧化沉积是一种普遍的现象，但烃类燃料的氧化沉积机理复杂，与传热、流动、化学反应、温度、压力等均相关，同时又与通油管基底材料和表面形貌相关。
燃油被加热会在其流动管内壁面上发生氧化沉积，重者也会直接导致油管某部位积碳成焦或堵塞；轻者部分结焦导致油管通流面积变小而增大流通阻力而引起该通油量变小，从而导致流速降低，燃料停留时间增大而碳沉积增加，因此在多种情况下燃油管热氧化结焦是有害的，需要抑制或消除。
电场具有连续可调且调节方便的特征，同时电场对于带电物质具有导向作用，由于其同电荷相斥异相相吸的特征也可以减少大颗粒固态或液态物质的聚集作用，电场也被证实具有改变化学反应路径及组分分布的作用，因此电场抑制结焦具有优势，但电场抑制结焦的研究比较少。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，对电场抑制结焦过程进行精细化研究，尽可能多的消除可能影响结果的因素，为多种在线探测手段提供基础，针对电场作用碳氢燃料结焦的复杂性，提供具有宽范围变工况的试验条件及多种探测诊断手段的新型试验装置，解决目前还没有一种专门用于电场抑制碳氢燃料氧化结焦的可视化试验装置的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，包括反应釜组件、加热系统和电场系统，所述的加热系统为反应釜组件提供热量，所述的电场系统为反应釜组件提供电场，所述的加热系统设置在反应釜组件内，所述的电场系统包括设置在加热系统上的第一电极片和设置在反应釜组件上的第二电极片，两个电极片之间形成电场。
进一步的，所述的反应釜组件包括前螺纹支架、前压紧螺套、进口导油套、石英管反应釜、出口导油套、后压紧螺套和后螺纹支架，所述的石英管反应釜的两端分别与进口导油套的一端和出口导油套的一端相抵，所述的进口导油套的另一端穿过前压紧螺套，所述的出口导油套的另一端穿过后压紧螺套，所述的前压紧螺套和前螺纹支架螺旋连接，所述的后压紧螺套和后螺纹支架螺旋连接，所述的前压紧螺套与进口导油套的未穿入前压紧螺套的部分相抵，所述的后压紧螺套与出口导油套未穿入后压紧螺套的部分相抵；
所述的加热系统包括加热器，所述的加热器内部设有加热丝，所述的加热器穿过石英管反应釜的内腔，且两端分别穿入进口导油套内和出口导油套内并与各自导油套固定连接；
所述的第一电极片设置在加热器的外表面，所述的第二电极片设置在石英管反应釜的外表面。
进一步的，所述前压紧螺套和进口导油套相抵处以及后压紧螺套和出口导油套相抵处均设有一推力轴承。
进一步的，所述石英管反应釜两端与进口导油套和出口导油套的接触处均设有一石墨填充垫片。
进一步的，所述加热器的两端均设有加热器支架，所述的加热器均通过加热器支架与进口导油套和出口导油套固定连接。
进一步的，所述加热器支架为圆盘状，且加热器支架的圆盘表面上均匀设有多个液体流动通道。
进一步的，所述进口导油套穿出前压紧螺套的一端和出口导油套穿出后压紧螺套的一端均通过一法兰分别与进油管和出油管连接。
进一步的，所述加热丝为双螺旋电加热丝。
进一步的，所述进口导油套和出口导油套与石英管反应釜接触处均设有限位沿。
进一步的，所述前螺纹支架和后螺纹支架结构相同，均包括底部固定座和上部螺纹座，所述的底部固定座上设有定位孔，所述的上部螺纹座为带有螺纹通孔的立板。
相对于现有技术，本发明所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置具有以下优势：
本发明所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，本装置提供形式、强度可控电场环境，为电场作用碳氢燃料氧化结焦提供基础；采用螺纹压紧石英管密封的方式，使得电场影响结焦的过程可视化，并且为结焦过程的在线光学诊断提供基础；结构简单，零部件更换方便，价格便宜且工艺上容易实现。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置的立体结构图；
图3为石英反应釜结构示意图；
图4为试验装置的电场作用抑制结焦原理示意图。
附图标记说明：
1-前螺纹支架，101-底部固定座，102-上部螺纹座，103-固定孔，2-前压紧螺套，201-外沿，3-推力轴承，4-进口导油套，401-凸出沿，5-石墨填充垫片，6-石英管反应釜，7-出口导油套，8-后压紧螺套，9-后螺纹支架，10-加热器支架，11-加热器，12-加热丝，13-第一电极片，14-限位沿。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，包括反应釜组件、加热系统和电场系统，所述的加热系统为反应釜组件提供热量，所述的电场系统为反应釜组件提供电场，所述的加热系统设置在反应釜组件内，所述的电场系统包括设置在加热系统上的第一电极片和设置在反应釜组件上的第二电极片，两个电极片之间形成电场。
反应釜组件包括前螺纹支架1、前压紧螺套2、进口导油套4、石英管反应釜6、出口导油套7、后压紧螺套8和后螺纹支架9，所述的石英管反应釜6的两端分别与进口导油套4的一端和出口导油套7的一端相抵，所述的进口导油套4的另一端穿过前压紧螺套2，所述的出口导油套7的另一端穿过后压紧螺套8，所述的前压紧螺套2和前螺纹支架1螺旋连接，所述的后压紧螺套8和后螺纹支架9螺旋连接，所述的前压紧螺套2与进口导油套4的未穿入前压紧螺套2的部分相抵，所述的后压紧螺套8与出口导油套7未穿入后压紧螺套8的部分相抵，所述的加热系统包括加热器11，所述的加热器11内部设有加热丝12，所述的加热器11穿过石英管反应釜6的内腔，且两端分别穿入进口导油套4内和出口导油套7内并与各自导油套固定连接，所述的第一电极片13设置在加热器11的外表面，其电极为正或负极单极，所述的第二电极片(未示出)设置在石英管反应釜6的外表面，两个电极片之间形成形式、强度可控电场。
前压紧螺套2和进口导油套4相抵处以及后压紧螺套8和出口导油套7相抵处均设有一推力轴承3。
石英管反应釜6两端与进口导油套4和出口导油套7的接触处均设有一石墨填充垫片5，来实现端面密封，石墨填充垫片5材料为耐高温耐腐蚀的柔性石墨料填充，这种材料具有很好的高温高压密封性，而且具有抗腐蚀性。
加热器11的两端均设有加热器支架10，所述的加热器11的两端均通过加热器支架10分别与进口导油套4和出口导油套7固定连接。
加热器支架10为圆盘状，且加热器支架10的圆盘表面上均匀设有多个液体流动通道，供流体从进口导油套4至出口导油套7流动。
进口导油套4穿出前压紧螺套2的一端和出口导油套7穿出后压紧螺套8的一端均通过一法兰分别与进油管和出油管连接。
加热丝12为双螺旋电加热丝，加热丝12采用反向电流的双螺旋电加热丝加热来抵消加热丝产生的磁场。
进口导油套4和出口导油套7结构相同，所述进口导油套4和出口导油套7与石英管反应釜6接触处均设有限位沿14。
前螺纹支架1和后螺纹支架9结构相同，均包括底部固定座101和上部螺纹座102，所述的底部固定座101上设有定位孔103，所述的上部螺纹座102为带有螺纹通孔的立板。
前压紧螺套2和后压紧螺套8结构相同，均为外表面设有螺纹的圆柱套，所述的圆柱套的一端设有与各自导油套相抵的外沿201，另一端为自由端，相应的导油套上设有与外沿201相抵的凸出沿401，压紧螺套和相应导油套通过外沿210和凸出沿401相抵，实现了压紧螺套旋转时使得相应导油套整体同部移动，使得对石英管反应釜6压紧效果更好。
前、后螺纹支架(1，9)起到整体支撑作用，前、后压紧螺套(2，8)起到调整石英管反应釜6位置及压紧密封的作用，进、出口导油套(4，7)起到连接进、出口油管的作用，连接方式为法兰连接。
前、后螺纹支架(1，9)与前、后压紧螺套(2，8)使用螺纹连接，通过旋拧可前后移动，依靠螺纹压紧石英管反应釜6，可以根据螺纹的旋拧方向及旋拧度微调密封的程度，使其适应高压、高真空度等多种工况。
如图2所示，图2中的粗箭头为流体流动方向，细箭头为电场的一种实例情况，流体自进口导油套4进入，进口导油套4与进油管以法兰连接，气、液体在石英管反应釜6及加热器11之间流过，通过出口导油套7流出，出口导油套7以法兰与出油管连接，石英管反应釜6内的压力和流量由外控制。流体可以是被惰性气体稀释的或未稀释的碳氢燃料单质或煤油等混合物。
如图3所示，加热器支架10位于加热器11两端，起到支撑加热器1的作用，中间可以有流体通过。加热丝12内嵌于加热器11中，加热器11采用惰性陶瓷材料，加热丝12内嵌于加热器11陶瓷材料中，石英管反应釜6的使用使得电场影响结焦的过程可视化，可以提供CCD高速摄像机、红外热像仪、颗粒物以及活性基或官能团等产物分布、PIV等光学诊断测试设备的在线测量。
如图4所示为本装置的电场作用抑制结焦原理示意图，电场作用抑制结焦的原理在于：碳氢燃料在一定的压力、温度的下容易裂解，焦体属于燃料裂解或氧化反应的一类产物，通常的研究中，碳氢燃料的裂解结焦有链式反应、分子反应机理以及聚合反应机理，但无论哪种机理，碳氢燃料在裂解聚合结焦的过程中，常常伴随着电荷的转移及带电的中间产物的生成，在电场作用下，同种荷电的带电粒子由于库仑力的作用下难以聚合，在电场的作用下也改变了结焦过程中电荷的转移及分布，从而改变结焦的化学反应过程从而抑制了结焦，使其不易于在管壁聚集缩合成焦，对于已形成的焦体也具有进一步抑制焦体生长的作用，达到了很好的抑制结焦的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：包括反应釜组件、加热系统和电场系统，所述的加热系统为反应釜组件提供热量，所述的电场系统为反应釜组件提供电场，所述的加热系统设置在反应釜组件内，所述的电场系统包括设置在加热系统上的第一电极片和设置在反应釜组件上的第二电极片，两个电极片之间形成电场。
2.根据权利要求1所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述的反应釜组件包括前螺纹支架(1)、前压紧螺套(2)、进口导油套(4)、石英管反应釜(6)、出口导油套(7)、后压紧螺套(8)和后螺纹支架(9)，所述的石英管反应釜(6)的两端分别与进口导油套(4)的一端和出口导油套(7)的一端相抵，所述的进口导油套(4)的另一端穿过前压紧螺套(2)，所述的出口导油套(7)的另一端穿过后压紧螺套(8)，所述的前压紧螺套(2)和前螺纹支架(1)螺旋连接，所述的后压紧螺套(8)和后螺纹支架(9)螺旋连接，所述的前压紧螺套(2)与进口导油套(4)的未穿入前压紧螺套(2)的部分相抵，所述的后压紧螺套(8)与出口导油套(7)未穿入后压紧螺套(8)的部分相抵；
所述的加热系统包括加热器(11)，所述的加热器(11)内部设有加热丝(12)，所述的加热器(11)穿过石英管反应釜(6)的内腔，且两端分别穿入进口导油套(4)内和出口导油套(7)内并与各自导油套固定连接；
所述的第一电极片(13)设置在加热器(11)的外表面，所述的第二电极片设置在石英管反应釜(6)的外表面。
3.根据权利要求2所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述前压紧螺套(2)和进口导油套(4)相抵处以及后压紧螺套(8)和出口导油套(7)相抵处均设有一推力轴承(3)。
4.根据权利要求3所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述石英管反应釜(6)两端与进口导油套(4)和出口导油套(7)的接触处均设有一石墨填充垫片(5)。
5.根据权利要求4所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述加热器(11)的两端均设有加热器支架(10)，所述的加热器(11)的两端均通过加热器支架(10)分别与进口导油套(4)和出口导油套(7)固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述加热器支架(10)为圆盘状，且加热器支架(10)的圆盘表面上均匀设有多个液体流动通道。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述进口导油套(4)穿出前压紧螺套(2)的一端和出口导油套(7)穿出后压紧螺套(8)的一端均通过一法兰分别与进油管和出油管连接。
8.根据权利要求7所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述加热丝(12)为双螺旋电加热丝。
9.根据权利要求8所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述进口导油套(4)和出口导油套(7)与石英管反应釜(6)接触处均设有限位沿(14)。
10.根据权利要求9所述的一种电场抑制碳氢燃料管内热解结焦的在线检测试验装置，其特征在于：所述前螺纹支架(1)和后螺纹支架(9)结构相同，均包括底部固定座(101)和上部螺纹座(102)，所述的底部固定座(101)上设有定位孔(103)，所述的上部螺纹座(102)为带有螺纹通孔的立板。
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