CN115653542A - 一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及原油输送技术领域，公开了一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，包括原油管道，所述原油管道外表面设置有电磁线圈，原油管道内且位于电磁线圈环绕的位置处设置有铁基多孔金属，电磁线圈通电以产生磁场，且铁基多孔金属在磁场内切割磁感线以产生热量。本发明通过原油管道内原油流经铁基多孔金属位置时，被高温的多孔金属加热，原油温度升高使得原油对蜡的溶解能力增加，减小了蜡的析出量，进而有效防止结蜡。原油管道管内粘性流体在加热升温后，粘性会随温度升高而降低，流动速度会提高，流动边界层会变薄，可有效减弱在管壁附近流动边界层内流体微团的沉积结垢。
Description
技术领域
本发明涉及原油输送技术领域，具体为一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置。
背景技术
在油田的注水和采油系统中，往往存在着非常严重的腐蚀结垢问题，尤其是在油田开发的中后期，注水条件更加恶劣，注入的水质中含有较高的硫酸盐、氧化还原菌等物质，导致原油输送管道腐蚀结垢问题更加的严重。原油管道腐蚀结垢会造成油井产量下降，严重时会导致油井停产、报废、污染井场周边环境；地面集输管线发生腐蚀，管道产生点蚀穿孔造成漏油，污染环境，严重时甚至影响生产生活安全。
目前，工业上通常采取加缓蚀剂和阻垢剂等化学药剂的方法解决腐蚀和结垢问题，但在整个油田生产过程中加入的化学药剂种类和数量繁多，会存在某些药剂不配伍导致腐蚀结垢问题加剧，且每年用于治理腐蚀结垢问题，油田需要花费数十亿元的费用。传统的添加化学药剂方法存在着费用昂贵、效果不稳定和不环保等多种问题。
而从物理角度来看，管内结垢现象首先是在流动边界层内发生，由于近壁面流体速度低，导致边界层内粘性物质，如石蜡、沥青等有机物容易沉积并附在壁面；而粘性有机物附着壁面后造成管内流动空间变小，流动阻力增加，近壁面附着物形状不规则，继续捕获流体中的颗粒、无机盐类的析出物，造成管路结垢和堵塞。此外，由于管内结垢与流体中颗粒和粘性物质团产生团聚现象，颗粒团聚会形成大的流体微团，为沉积、捕获、结垢提供了基础物质，进一步加剧了原油管道的结垢现象。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，具备加热速度快、散热损失小等优点，解决了原油管道内结垢的问题。
（二）技术方案
为解决上述原油管道内结垢的技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，包括原油管道，所述原油管道外表面设置有电磁线圈，所述原油管道内且位于所述电磁线圈环绕的位置处设置有铁基多孔金属，所述电磁线圈通电以产生磁场，且所述铁基多孔金属在所述磁场内切割磁感线以产生热量。
优选地，在所述原油管道与电磁线圈之间设置有隔热层，所述隔热层用于减缓所述铁基多孔金属所产生热量的流失。
优选地，所述隔热层为耐高温隔热材料，且所述隔热层包裹在所述原油管道上。
优选地，所述耐高温隔热材料为气凝胶毡或石棉。
优选地，所述铁基多孔金属为PPI在4至25范围的铁基泡沫金属。
优选地，所述电磁线圈外接交变电流，以使自身产生交变磁场。
优选地，所述原油管道的两侧均设置有法兰盘以用于所述原油管道的拼接，且所述铁基多孔金属转动设置在所述原油管道内壁上，所述铁基多孔金属的一侧设置有驱动叶轮，所述原油管道内的原油流动以驱动所述驱动叶轮和铁基多孔金属绕所述原油管道的中轴线转动。
优选地，所述原油管道的内壁一侧开设有收纳槽，所述原油管道上且位于所述收纳槽位置处开设有密封柱，所述密封柱的一端转动设置有螺杆，所述螺杆螺纹连接有锁止柱，所述锁止柱与所述密封柱的内壁贴合，且所述锁止柱的一端延伸至收纳槽内固定连接有锁止块，所述锁止块用于抵触所述驱动叶轮的驱动轴以对所述驱动叶轮进行锁止。
优选地，所述法兰盘的一侧开设有密封槽，所述密封槽内设置有O型密封圈。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，具备以下有益效果：
1、本发明通过原油管道内原油流经铁基多孔金属位置时，被高温的多孔金属加热，原油温度升高使得原油对蜡的溶解能力增加，减小了蜡的析出量，进而有效防止结蜡。原油管道管内粘性流体在加热升温后，粘性会随温度升高而降低，流动速度会提高，流动边界层会变薄，可有效减弱在管壁附近流动边界层内流体微团的沉积结垢。
2、本发明通过电磁加热可以直接且快速的使管内的铁基多孔金属升温，进而利用多孔铁基金属来加热管内原油，相比传统的先加热管壁、再通过管壁加热管内原油的加热方式，存在加热速度快、散热损失小的优点。
3、本发明采用基于铁基多孔金属材料作为管内传热媒介，不仅具有铁基材料对电磁加热响应速度快的优点，还具有极大的体积比表面积优势，大大增加了与原油的传热面积，起到了强化传热的效果，既加快了原油的升温速度，也起到了节能作用。
4、本发明通过置于管内的多孔金属材料的孔隙，可以有效破坏管内较大的流体微团，避免大流体微团的沉积结垢，且可以依据原油品质的不同或流体微团尺度的差异，选择不同的多孔金属材料孔隙密度，进一步优化防结垢能力。
5、本发明通过法兰盘可将本发明所申请的原油管道电磁加热装置加装在目标管道上，以便于对现有原油管道进行改造升级，同时，利用原油在原油管道中的流动，从而使原油驱动所述驱动叶轮进行转动，即将原油流动时的动能部分转换为驱动叶轮转动的机械能，使驱动叶轮带动铁基多孔金属进行转动，而同时在电磁线圈通入交变电流电后，在原油管道内产生高频变化的交变磁场，原油管道内的铁基多孔金属会因交替切割磁感线而产生的交变电流，交变电流使铁基多孔金属内的载流子高速无规则运动，从而使载流子互相碰撞、摩擦而产生热能，使铁基多孔金属快速升温，进而对管内原油进行加热。随着铁基多孔金属的转动，进一步地使铁基多孔金属进行切割磁感线，加速了铁基多孔金属的升温。
附图说明
图1为本发明的第一种应用环境结构图；
图2为本发明的第二种应用环境结构图；
图3为本发明的爆炸图；
图4为本发明的剖视图。
图中：1、电磁线圈；2、隔热层；3、原油管道；4、铁基多孔金属；5、法兰盘；6、驱动叶轮；7、收纳槽；8、密封柱；9、螺杆；10、锁止柱；11、锁止块；12、密封槽；13、O型密封圈。
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。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置。
实施例一：
请参阅图1，一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，包括原油管道3，所述原油管道3外表面设置有电磁线圈1，所述原油管道3内且位于所述电磁线圈1环绕的位置处设置有铁基多孔金属4，所述电磁线圈1通电以产生磁场，且所述铁基多孔金属4在所述磁场内切割磁感线以产生热量。
其中：电磁线圈1外接交变电流，以使自身产生交变磁场。
铁基多孔金属4为PPI在4至25范围的铁基泡沫金属，PPI为空隙密度。
本发明通过将所述电磁线圈1套装在具有易结垢、结蜡和腐蚀的原油管道外侧，铁基多孔金属4置于原油管道3内部且位于套装有电磁线圈2的管段。在电磁线圈1通入交变电流电后，在原油管道3内产生高频变化的交变磁场，原油管道3内的铁基多孔金属4会因交替切割磁感线而产生的交变电流，交变电流使铁基多孔金属4内的载流子高速无规则运动，从而使载流子互相碰撞、摩擦而产生热能，使铁基多孔金属4快速升温，进而对管内原油进行加热。
进一步地，铁基多孔金属4的温度可通过调节电磁线圈1所通的电流功率来进行调节。电磁加热可以直接且快速的对原油管道3内的铁基多孔金属4进行加热，进而利用铁基多孔金属4对原油管道3内的原油进行加热，并且利用铁基多孔金属4的多孔特征，极大地增大了单位体积内铁基多孔金属4与原油管道3内原油的换热面积，增强了传热效果。
优选地，电磁线圈1的功率通过功率控制器进行调节，有利于在实际应用中针对不同粘度的原油实现不同的加热温度，提高本发明的使用灵活性和适用性。
进一步地，对于上述原油管道3与电磁线圈1来说，在所述原油管道3与电磁线圈1之间设置有隔热层2，所述隔热层2用于减缓所述铁基多孔金属4所产生热量的流失。
优选地，所述隔热层2为耐高温隔热材料，且所述隔热层2包裹在所述原油管道3上。
优选地，所述耐高温隔热材料为气凝胶毡或石棉。
从而通过在原油管道3外管壁与电磁线圈1之间包裹一层隔热层2，隔热层一方面可以起到对原油管道3保温作用，减少向环境的热量散失，另一方面可以避免最外侧的电磁线圈通过原油管道3管壁的热传导被加热，使得整个装置在使用中更加安全。
工作原理：在使用时，原油管道3内原油流经铁基多孔金属位置时，被高温的多孔金属加热，原油温度升高使得原油对蜡的溶解能力增加，减小了蜡的析出量，进而有效防止结蜡。原油管道3管内粘性流体在加热升温后，粘性会随温度升高而降低，流动速度会提高，流动边界层会变薄，可有效减弱在管壁附近流动边界层内流体微团的沉积结垢。另一方面，通过置于管内的多孔金属材料的孔隙密度，可以有效破坏管内较大的流体微团，避免大流体微团的沉积结垢。
电磁加热可以直接且快速地使管内的铁基多孔金属升温，进而利用多孔铁基金属来加热管内原油，相比传统的先加热管壁、再通过管壁加热管内原油的加热方式，存在加热速度快、散热损失小的优点。
实施例二：基于实施例一
参阅图2-4所示，所述原油管道3的两侧均设置有法兰盘5以用于所述原油管道3的拼接，且所述铁基多孔金属4转动设置在所述原油管道3内壁上，所述铁基多孔金属4的一侧设置有驱动叶轮6，所述原油管道3内的原油流动以驱动所述驱动叶轮6和铁基多孔金属4绕所述原油管道3的中轴线转动。
通过法兰盘5可将本发明所申请的原油管道电磁加热装置加装在目标管道上，以便于对现有原油管道进行改造升级，同时，利用原油在原油管道3中的流动，从而使原油驱动所述驱动叶轮6进行转动，即将原油流动时的动能部分转换为驱动叶轮6转动的机械能，使驱动叶轮6带动铁基多孔金属4进行转动，而同时在电磁线圈1通入交变电流电后，在原油管道3内产生高频变化的交变磁场，原油管道3内的铁基多孔金属4会因交替切割磁感线而产生的交变电流，交变电流使铁基多孔金属4内的载流子高速无规则运动，从而使载流子互相碰撞、摩擦而产生热能，使铁基多孔金属4快速升温，进而对管内原油进行加热。随着铁基多孔金属4的转动，进一步地使铁基多孔金属4进行切割磁感线，加速了铁基多孔金属4的升温。
进一步地，所述原油管道3的内壁一侧开设有收纳槽7，所述原油管道3上且位于所述收纳槽7位置处开设有密封柱8，所述密封柱8的一端转动设置有螺杆9，所述螺杆9螺纹连接有锁止柱10，所述锁止柱10与所述密封柱8的内壁贴合，且所述锁止柱10的一端延伸至收纳槽7内固定连接有锁止块11，所述锁止块11用于抵触所述驱动叶轮6的驱动轴以对所述驱动叶轮6进行锁止。
通过转动螺杆9，使与螺杆9螺纹连接的锁止柱10向下移动，从而带动锁止块11向驱动叶轮6的驱动轴移动，进而利用锁止块11与驱动叶轮6的摩擦力达到对驱动叶轮6的锁定，使铁基多孔金属在某些环境下进行缓慢升温。
进一步地，所述法兰盘5的一侧开设有密封槽12，所述密封槽12内设置有O型密封圈13。
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 (7)
1.一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，包括原油管道（3），其特征在于：所述原油管道（3）外表面设置有电磁线圈（1），所述原油管道（3）内且位于所述电磁线圈（1）环绕的位置处设置有铁基多孔金属（4），所述电磁线圈（1）通电以产生磁场，且所述铁基多孔金属（4）在所述磁场内切割磁感线以产生热量；
在所述原油管道（3）与电磁线圈（1）之间设置有隔热层（2），所述隔热层（2）用于减缓所述铁基多孔金属（4）所产生热量的流失；
所述隔热层（2）为耐高温隔热材料，且所述隔热层（2）包裹在所述原油管道（3）上。
2.根据权利要求1所述的一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，其特征在于：所述耐高温隔热材料为气凝胶毡或石棉。
3.根据权利要求1所述的一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，其特征在于：所述铁基多孔金属（4）为PPI在4至25范围的铁基泡沫金属。
4.根据权利要求1所述的一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，其特征在于：所述电磁线圈（1）外接交变电流，以使自身产生交变磁场。
5.根据权利要求1所述的一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，其特征在于：所述原油管道（3）的两侧均设置有法兰盘（5）以用于所述原油管道（3）的拼接，且所述铁基多孔金属（4）转动设置在所述原油管道（3）内壁上，所述铁基多孔金属（4）的一侧设置有驱动叶轮（6），所述原油管道（3）内的原油流动以驱动所述驱动叶轮（6）和铁基多孔金属（4）绕所述原油管道（3）的中轴线转动。
6.根据权利要求5所述的一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，其特征在于：所述原油管道（3）的内壁一侧开设有收纳槽（7），所述原油管道（3）上且位于所述收纳槽（7）位置处开设有密封柱（8），所述密封柱（8）的一端转动设置有螺杆（9），所述螺杆（9）螺纹连接有锁止柱（10），所述锁止柱（10）与所述密封柱（8）的内壁贴合，且所述锁止柱（10）的一端延伸至收纳槽（7）内固定连接有锁止块（11），所述锁止块（11）用于抵触所述驱动叶轮（6）的驱动轴以对所述驱动叶轮（6）进行锁止。
7.根据权利要求6所述的一种基于铁基多孔金属材料的原油管道电磁加热装置，其特征在于：所述法兰盘（5）的一侧开设有密封槽（12），所述密封槽（12）内设置有O型密封圈（13）。
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