CN113411928B - 一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置及其使用方法，包括设置在护罩内的压力容器，所述压力容器位于护罩的轴向中心位置，所述压力容器与护罩之间的空隙内设置有电磁感应线圈，所述压力容器内设置有换热用的导磁发热体，所述导磁发热体包括发热柱体和发热板体，所述发热柱体安装于压力容器的轴向中心位置，所述发热板体围绕发热柱体呈环形分布有若干个，且发热柱体通过发热板体与压力容器的内壁连接固定。该适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置采用压力容器与导磁发热体功能分离的设计，更为安全，本发明加热器单位面积热负荷大，换热面积大，升温速率快，加温范围广0～1000℃，管板焊缝少，高压环境泄露隐患小，维护成本低。
Description
技术领域
本发明属于加热器技术领域，具体涉及一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置及其使用方法。
背景技术
目前市面上主流电加热器分为常规电阻式加热器、常规电磁式加热器和红外线加热；常规电阻式加热器利用电流通过电热体放出热量来加热坯料的加热方法，常见的电阻丝加热，陶瓷加热器，以及电阻圈加热，石英管加热，原理上都属于电阻式加热，常规电阻式加热器单位面积热负荷小，升温速率慢，介质载体无要求，且一般加温范围广在0～1000℃；而常规电磁式加热器单位面积热负荷大，升温速率快，介质载体须为导磁体，一般加温范围在0～600℃，且采购成本高，管板焊缝少。
传统的电阻式加热器升温速率慢，管板焊缝多，高压环境泄露隐患大，维护成本较高，而传统的电磁式加热器介质载体须为导磁体，加温范围窄，采购成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的加热器管板焊缝多，高压环境泄露隐患大，维护成本较高，加温范围窄的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置及其使用方法，包括设置在护罩内的压力容器，所述压力容器位于护罩的轴向中心位置，所述压力容器与护罩之间的空隙内设置有电磁感应线圈，所述压力容器内设置有导磁发热体，且导磁发热体通过与其内部流通的介质接触以进行换热。
优选的，所述导磁发热体包括发热柱体和发热板体，所述发热柱体安装于压力容器的轴向中心位置，所述发热板体围绕发热柱体呈环形分布有若干个，且发热柱体通过发热板体与压力容器的内壁连接固定。
优选的，所述发热柱体的内部为中空结构。
优选的，所述导磁发热体的材质为石墨钢材质。
优选的，所述电磁感应线圈与压力容器之间还设置有保温层，所述保温层填充的物质包括硅酸铝或者硅酸铝纤维毯。
优选的，所述电磁感应线圈沿压力容器的轴向方向均匀的缠绕在保温层上。
优选的，所述压力容器为奥氏体不锈钢或镍基合金钢材质的压力容器。
优选的，所述电磁感应线圈通过电性连接有变频控制器。
优选的，所述变频控制器的型号为SPZ-300中频控制器。
一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤(A)、安装固定；首先将电磁式加热装置置入需要加热的介质流通管道中，然后使压力容器两端的法兰与管道法兰对接，旋紧螺栓；
步骤(B)、调整介质状态；打开管道阀门使管道内的介质流通，并且持续保持此流通状态；
步骤(C)、通过以下公式(1)计算电磁式加热装置加热前中后三个过程所需功率，并打开变频控制器将其调至所需功率；
P＝C＊M＊△T＊1.2/(863＊H) (1)；其中，P为电磁式加热装置的功率；C为受热介质的比热；M受热介质的质量；△T为温度差，即加热介质的最终温度与初始温度之差；1.2为安全余量系数；863为单位转换系数；H为初始温度加热到设定温度所需要的时间；
加热前：步骤(C1)、预热，设定预热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置预热所需的功率，并通过变频控制器对预热功率进行设定；
步骤(C2)、接通电磁式加热装置的电源；
步骤(C21)、电源接通后电流通过电磁感应线圈产生交变的磁场，当磁场内磁力通过导磁发热体时，交变的磁力线穿透导磁发热体形成回路，故在其横截面内产生感应电流，此感应电流称为涡流；
步骤(C22)、涡流使导磁发热体内部的原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，用以加热导磁发热体；受热介质在导磁发热体表面流过，吸收其表面的热量以进行换热；
步骤(C3)、完成导磁发热体的预热；
加热中：步骤(C4)、加热，设定加热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置加热所需的功率，并通过变频控制器对加热功率进行设定，重复步骤(C2)，完成导磁发热体的加热；
加热后：步骤(C5)、补热，设定补热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置补热所需的功率，并通过变频控制器对补热功率进行设定，重复步骤(C2)，完成导磁发热的补热。
与现有技术相比，本发明的优点与好处：
1、本发明加热器采用压力容器与导磁发热体功能分离的设计，更为安全；压力容器主要承担运输或者流通载体的作用，是承压设备，力学性能要求高，控温需准确，不直接发热；导磁发热体主要承担发热、换热的作用，无力学性能要求，直接发热；
2、本发明加热器采用奥氏体不锈钢或镍基合金钢材质的压力容器代替常规型电磁式加热器中的碳钢压力容器；根据GB150标准，绝大部分碳钢压力容器使用温度低，非常局限，通常情况工况介质温度超过500℃即无法使用；奥氏体不锈钢和镍基合金有着优良的高温性能；同时普通碳钢用作导磁发热体的时候，使用温度不得超过600℃，一旦超过这个温度，碳钢会消磁，造成线圈负载短路，导致加热器损坏；
3、本发明加热器采用石墨钢作为导磁发热体，且按照特殊形状布置在压力容器内部；因压力容器为奥氏体不锈钢或镍基合金钢材质，导磁性能差，无法作为导磁发热体，故选用石墨钢作为导磁发热体，石墨钢金属居里温度高，超过1000℃才会发生消磁，是高温工况环境0～1000℃优质的导磁发热体，石墨钢导磁发热体采用图示结构布局，换热面积大，换热效果优。
综上所述本发明采用压力容器与导磁发热体功能分离的设计，更为安全，本发明加热器单位面积热负荷大，换热面积大，升温速率快，加温范围广0～1000℃，管板焊缝少，高压环境泄露隐患小，维护成本低。
附图说明
图1为本发明整体主视透视结构示意图；
图2为本发明整体侧视结构示意图；
图3为本发明整体去除变频控制器后横切剖面结构示意图。
图中：1、护罩；2、压力容器；3、电磁感应线圈；4、保温层；5、变频控制器；6、导磁发热体、61、发热柱体；62、发热板体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置及其使用方法，包括设置在护罩1内的压力容器2，压力容器2位于护罩1的轴向中心位置，压力容器2与护罩1之间的空隙内设置有电磁感应线圈3，压力容器2内设置有导磁发热体6，且导磁发热体6通过与其内部流通的介质接触以进行换热。
进一步的，导磁发热体6包括发热柱体61和发热板体62，发热柱体61安装于压力容器2的轴向中心位置，发热板体62围绕发热柱体61呈环形分布有若干个，且发热柱体61通过发热板体62与压力容器2的内壁连接固定，采用压力容器与导磁发热体功能分离的设计，更为安全，且导磁发热体6中的发热柱体61与发热板体62按照图中特殊结构分布，不仅便于介质的流通，而且换热面积大，换热效果好。
进一步的，发热柱体61的内部为中空结构，便于介质的流通。
进一步的，导磁发热体6的材质为石墨钢材质，石墨钢金属居里温度高，超过1000℃才会发生消磁，是高温工况环境0～1000℃优质的导磁发热体6，使加热器适用温度高。
进一步的，电磁感应线圈3与压力容器2之间还设置有保温层4，保温层4填充的物质包括硅酸铝或者硅酸铝纤维毯。
进一步的，电磁感应线圈3沿压力容器2的轴向方向均匀的缠绕在保温层4上。
进一步的，压力容器2为奥氏体不锈钢或镍基合金钢材质的压力容器，奥氏体不锈钢和镍基合金有着优良的高温性能。
进一步的，电磁感应线圈3通过电性连接有变频控制器5，可根据加热器实际安装的工况环境调节变频控制器5的功率。
进一步的，变频控制器5的型号为SPZ-300中频控制器，此变频控制器5最大输入功率300KW；输入三相380V 50或60HZ；输出频率1～20KHZ。
一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤(A)、安装固定；首先将电磁式加热装置置入需要加热的介质流通管道中，然后使压力容器2两端的法兰与管道法兰对接，旋紧螺栓；
步骤(B)、调整介质状态；打开管道阀门使管道内的介质流通，并且持续保持此流通状态；
步骤(C)、通过以下公式(1)计算电磁式加热装置加热前中后三个过程所需功率，并打开变频控制器5将其调至所需功率；
P＝C＊M＊△T＊1.2/(863＊H) (1)；其中，P为电磁式加热装置的功率；C为受热介质的比热；M受热介质的质量；△T为温度差，即加热介质的最终温度与初始温度之差；1.2为安全余量系数；863为单位转换系数；H为初始温度加热到设定温度所需要的时间；
加热前：步骤(C1)、预热，设定预热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置预热所需的功率，并通过变频控制器5对预热功率进行设定；
步骤(C2)、接通电磁式加热装置的电源；
步骤(C21)、电源接通后电流通过电磁感应线圈3产生交变的磁场，当磁场内磁力通过导磁发热体6时，交变的磁力线穿透导磁发热体6形成回路，故在其横截面内产生感应电流，此感应电流称为涡流；
步骤(C22)、涡流使导磁发热体6内部的原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，用以加热导磁发热体6；受热介质在导磁发热体6表面流过，吸收其表面的热量以进行换热；
步骤(C3)、完成导磁发热体6的预热；
加热中：步骤(C4)、加热，设定加热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置加热所需的功率，并通过变频控制器5对加热功率进行设定，重复步骤(C2)，完成导磁发热体6的加热；
加热后：步骤(C5)、补热，设定补热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置补热所需的功率，并通过变频控制器5对补热功率进行设定，重复步骤(C2)，完成导磁发热体6的补热，通过补热以减少热量散失或维持停止加热后的温度。步骤(C)中、加热前、中、后三个过程中的温度都需要根据实际情况而定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：该电磁式加热装置包括设置在护罩(1)内的压力容器(2)，所述压力容器(2)位于护罩(1)的轴向中心位置，所述压力容器(2)与护罩(1)之间的空隙内设置有电磁感应线圈(3)，所述压力容器(2)内设置有导磁发热体(6)，且导磁发热体(6)通过与其内部流通的介质接触以进行换热；
该电磁式加热装置的具体使用方法包括以下步骤：
步骤(A)、安装固定；首先将电磁式加热装置置入需要加热的介质流通管道中，然后使压力容器(2)两端的法兰与管道法兰对接，旋紧螺栓；
步骤(B)、调整介质状态；打开管道阀门使管道内的介质流通，并且持续保持此流通状态；
步骤(C)、通过以下公式(1)计算电磁式加热装置加热前中后三个过程所需功率，并打开变频控制器(5)将其调至所需功率；
P＝C*M*ΔT*1.2/(863*H) (1)；
其中，P为电磁式加热装置的功率；C为受热介质的比热；M受热介质的质量；△T为温度差，即加热介质的最终温度与初始温度之差；1.2为安全余量系数；863为单位转换系数；H为初始温度加热到设定温度所需要的时间；
加热前：步骤(C1)、预热，设定预热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置预热所需的功率，并通过变频控制器(5)对预热功率进行设定；
步骤(C2)、接通电磁式加热装置的电源；
步骤(C21)、电源接通后电流通过电磁感应线圈(3)产生交变的磁场，当磁场内磁力通过导磁发热体(6)时，交变的磁力线穿透导磁发热体(6)形成回路，故在其横截面内产生感应电流，此感应电流称为涡流；
步骤(C22)、涡流使导磁发热体(6)内部的原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，用以加热导磁发热体(6)；受热介质在导磁发热体(6)表面流过，吸收其表面的热量以进行换热；
步骤(C3)、完成导磁发热体(6)的预热；
加热中：步骤(C4)、加热，设定加热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置加热所需的功率，并通过变频控制器(5)对加热功率进行设定，重复步骤(C2)，完成导磁发热体(6)的加热；
加热后：步骤(C5)、补热，设定补热的时间和温度，以此得到电磁式加热装置补热所需的功率，并通过变频控制器(5)对补热功率进行设定，重复步骤(C2)，完成导磁发热体(6)的补热。
2.根据权利要求1所述的适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：所述导磁发热体(6)包括发热柱体(61)和发热板体(62)，所述发热柱体(61)安装于压力容器(2)的轴向中心位置，所述发热板体(62)围绕发热柱体(61)呈环形分布有若干个，且发热柱体(61)通过发热板体(62)与压力容器(2)的内壁连接固定。
3.根据权利要求2所述的适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：所述发热柱体(61)的内部为中空结构。
4.根据权利要求2所述的适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：所述导磁发热体(6)的材质为石墨钢材质。
5.根据权利要求1所述的适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：所述电磁感应线圈(3)与压力容器(2)之间还设置有保温层(4)，所述保温层(4)填充的物质包括硅酸铝或者硅酸铝纤维毯。
6.根据权利要求1所述的适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：所述电磁感应线圈(3)沿压力容器(2)的轴向方向均匀的缠绕在保温层(4)上。
7.根据权利要求1所述的适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：所述压力容器(2)为奥氏体不锈钢或镍基合金钢材质的压力容器。
8.根据权利要求1所述的适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：所述电磁感应线圈(3)通过电性连接有变频控制器(5)。
9.根据权利要求8所述的适用于高温高压工况环境的电磁式加热装置的使用方法，其特征在于：所述变频控制器(5)的型号为SPZ-300中频控制器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20210917 Assignee: Jiangsu Oriental Ruiji Energy Equipment Co.,Ltd. Assignor: ZHENJIANG DONGFANG ELECTRIC HEATING TECHNOLOGY CO.,LTD. Contract record no.: X2024320000007 Denomination of invention: An electromagnetic heating device suitable for high-temperature and high-pressure working conditions and its usage method Granted publication date: 20220614 License type: Common License Record date: 20240228 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |