CN116164190A - 一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，包括装配单元、保温单元和PLC控制器；多个弧形的所述保温单元依次相邻设置形成保温套筒，保温套筒用于套设在热力设备管道外周上，相邻所述保温单元之间通过装配单元连接，装配单元通过调节相邻保温单元的间隙以控制保温套筒相对热力设备管道的距离；其中，所述保温单元包括内壁、保温层及外壁，所述保温层中包含相变保温基体及相变微胶囊；所述内壁上设置有温度传感器；所述PLC控制器与温度传感器电连接。本发明采用相变微胶囊作为保温材料，替代了传统的石棉保温材料，减少了石棉保温材料对人体的伤害；同时，PLC控制器通过接收温度传感器信号，进而装配单元，实现保温及降温效果。

Description

一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统
技术领域
本发明属于管道保温领域，特别涉及一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统。
背景技术
火电厂生产工艺系统中多个环节均存在能量耗散问题，具体表现为热量散失，这对于火电厂提升经济效益十分不利。通过在热力设备管道外表面设置保温层，可以有效降低热量散失问题。
目前，石棉材料仍然是一种被普遍使用的热力设备保温材料。石棉是一种具有纤维状结构的硅酸盐矿物，其具有优异的耐热和绝缘的特性，因此被广泛应用于各种制造产品中，如建筑物和住宅隔热，以抵御寒冷的天气和噪音，并用于防火。
石棉保温材料本身并无毒害，然而，当其纤维被吸入人体内，就会附着并沉积在肺部，造成肺部疾病。石棉已被肯定为致癌物。暴露于一定量的石棉纤维或元纤维可引发下列疾病：肺癌、胃肠癌、间皮癌－胸膜或腹膜癌、石棉沉着病－因肺内组织纤维化而令肺部结疤。基于此，选择一种石棉保温材料的替换材料，有利于保护相关从业人员的人身健康，避免职业病危害。
目前，相变微胶囊已经被广泛应用于节能建筑、航天保温、相变储能等多种领域。然而，相变微胶囊制备方法繁琐，需要苛刻的制备条件，因而限制了其在电力行业的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，该保温单元采用相变微胶囊作为保温材料，替代了传统的石棉材料，在保证从业人员安全的情况下，实现了热力设备管道的保温及降温功能。
本发明采用如下技术方案：
一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，包括装配单元、保温单元和PLC控制器；
多个弧形的所述保温单元依次相邻设置形成保温套筒，保温套筒用于套设在热力设备管道外周上，相邻所述保温单元之间通过装配单元连接；
其中，所述保温单元由内至外依次包括内壁、保温层及外壁，所述保温层中包含相变保温基体及相变微胶囊；所述内壁上设置有温度传感器；
所述装配单元包括连接器和导轨；每个保温单元的一个连接侧均设置所述导轨，另一连接侧设置有连接插件，相邻保温单元连接处的连接插件插入导轨中使得多个保温单元固定；连接器设置在保温单元的连接处；
所述PLC控制器与所述温度传感器和连接器的控制单元均电连接，用于根据温度传感器的实时温度控制连接器，连接器通过调节相邻保温单元的间隙以控制保温套筒内壁相对热力设备管道外壁的距离。
作为本发明的进一步改进，所述相变微胶囊通过将相变微胶囊芯材和相变微胶囊壁材经过搅拌混合，加入乳化剂和去离子水，通气除氧后在超声条件下原位聚合得到。
作为本发明的进一步改进，所述相变微胶囊芯材为硬脂酸或者石蜡，所述相变微胶囊壁材为聚甲基丙烯酸甲脂或者聚甲基丙烯酸乙二醇酯，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或二者的混合物。
作为本发明的进一步改进，所述相变微胶囊芯材：相变微胶囊壁材：乳化剂：去离子水的加入质量比为10：30：1：40。
作为本发明的进一步改进，所述通气除氧采用通氮气除氧，且在反应过程中持续通氮气，通氮气速度为20~60mL/min。
作为本发明的进一步改进，所述超声条件的功率应在500~1000W，声强为10~15W/cm2。
作为本发明的进一步改进，所述导轨沿保温单元连接侧布置，且导轨向保温单元内部形成弧形凹槽，连接插件为弧形结构，连接插件插入导轨的弧形凹槽中。
作为本发明的进一步改进，所述保温单元的数量为四个，每个保温单元的弧度为90°。
作为本发明的进一步改进，所述外壁及内壁均采用不锈钢板制成。
作为本发明的进一步改进，所述相变保温基体为环氧树脂或聚氨酯。
本发明具有以下有益效果：
本发明的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，结构简单，安装方便，采用相变微胶囊作为保温材料，同时，通过设计相变微胶囊的制备方法、保温层的形状、结构及装配，实现了相变微胶囊的快速制备和保温层在不同机组运行情况下的保温及降温功能。相变微胶囊保温材料替代传统的石棉保温材料，避免了有害致癌物质石棉的使用，有利于保护电厂检修及运行人员安全；通过多个弧形的所述保温单元依次相邻设置形成保温套筒，组装方便，拆卸简单，且装配单元通过调节相邻保温单元的间隙可以控制保温套筒相对热力设备管道的距离。具体是PLC控制器根据温度传感器的实时温度来控制连接器，若温度低于阈值，则使得多个保温单元缩进形成密封的保温套筒，防止散热，实现保温；当温度高于阈值，则连接器控制多个保温单元撑开形成非密封结构，由于连接插件插入导轨使得在形成间隙的同时保温套的有效半径增大，保温套筒内壁相对热力设备管道的距离增大，形成了空气流通空间，空气流动可以有效散热，实现降温。从而实现控制火电厂管道保温和降温效果；故本发明通过温度传感器、PLC控制器及装配单元，形成了完整的热力设备管道“温度检测-温度判断-温度调控”技术体系，实现了对热力设备管道温度的在线监测及自动调控，保证热力设备管道表面不会超温，有利于热力设备管道安全运行，避免因为超温而引发的安全问题。
另外，随着保温套筒内壁相对热力设备管道的距离增大，这些微胶囊中包裹的相变材料随着环境温度的变化来完成相态的转变，并进行大量的吸热或放热过程，从而达到自主调节温度的效果。
附图说明
图1为本发明优选实施例给出的基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统的示意图；
图2为图1沿轴向的剖面示意图；
图3为本发明给出的保温单元进行保温和降温的状态变化图，其中，a为保温状态时，b为降温状态时。
其中，1为热力设备管道，2为内壁，3为保温层，4为外壁，5为导轨，6为相变微胶囊，7为温度传感器，8为连接器，9为PLC控制器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
相变材料因其良好的蓄/放热性能引发了广泛关注。在其相变温度附近，相变材料能够在进行热储存和热释放的过程中保持温度不变，本申请将利用这一特点将相变材料在保温、制冷以及热传输领域进行应用。
参考图1和图2，本发明提供一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，包括装配单元、保温单元和PLC控制器9；
多个弧形的所述保温单元依次相邻设置形成保温套筒，保温套筒用于套设在热力设备管道1外周上，相邻所述保温单元之间通过装配单元连接，装配单元通过调节相邻保温单元的间隙以控制保温套筒相对热力设备管道1的距离；
其中，所述保温单元由内至外依次包括内壁2、保温层3及外壁4，所述保温层3中包含相变保温基体及相变微胶囊6；所述内壁2上设置有温度传感器7；
所述装配单元包括连接器8和导轨5；每个保温单元的一个连接侧均设置所述导轨5，另一连接侧设置有连接插件，相邻保温单元连接处的连接插件插入导轨5中使得多个保温单元固定；连接器8设置在保温单元的连接处；
所述PLC控制器9与所述温度传感器7和连接器8的控制单元均电连接，用于根据温度传感器7的实时温度控制连接器8，连接器8通过调节相邻保温单元的间隙以控制保温套筒内壁相对热力设备管道1外壁的距离。
所述相变微胶囊6通过将相变微胶囊芯材和相变微胶囊壁材经过搅拌混合，加入乳化剂和去离子水，通气除氧后在超声波发生器下原位聚合得到。
本火电厂管道保温系统采用相变微胶囊6作为保温材料，替代了传统的石棉保温材料，减少了石棉保温材料对人体的伤害；同时，PLC控制器9通过接收温度传感器7信号，进而通过装配单元控制保温套筒相对热力设备管道的距离，实现保温及降温效果，有利于实现对热力设备管道1温度的精准控制，确保机组安全稳定运行。
如图3所示，本发明的原理为：PLC控制器9根据温度传感器7的实时温度来控制连接器8，若实时温度低于阈值（阈值设定是根据管道需要保温的最高温度而定），则使得多个保温单元缩进形成密封的保温套筒，防止散热，实现保温。
当实时温度高于阈值，则连接器控制多个保温单元撑开形成非密封结构，保温套筒上有多个间隙。由于连接插件插入导轨使得在形成间隙的同时保温套的有效半径增大，保温套筒内壁相对热力设备管道1的距离增大，形成了空气流通空间，空气流动可以有效散热，实现降温。
从而本发明实现控制火电厂管道保温和降温效果。通过温度传感器、PLC控制器及装配单元，形成了完整的热力设备管道“温度检测-温度判断-温度调控”技术体系，实现了对热力设备管道温度的在线监测及自动调控，保证热力设备管道表面不会超温，有利于热力设备管道安全运行，避免因为超温而引发的安全问题。
另外，本发明保温单元中具有相变微胶囊6，随着保温套筒内壁相对热力设备管道的距离变化，这些微胶囊中包裹的相变材料随着环境温度的变化来完成相态的转变，并进行大量的吸热或放热过程，从而达到自主调节温度的效果。故而，保温套筒内壁相对热力设备管道的距离变化促进了微胶囊中包裹的相变材料相态的转变速度，二者相互协作使得火电厂管道的温度调节更加快速。
其中，相变微胶囊6采用超声辐照原位包覆方法，包括：
步骤1）通过将相变微胶囊芯材同相变微胶囊壁材经过磁力搅拌混合，步骤2）然后加入乳化剂和去离子水，步骤3）通气除氧后在超声波发生器下原位聚合30min，即可得到相变微胶囊6。
其中，相变微胶囊芯材可以是硬脂酸或者石蜡，所述相变微胶囊壁材可以是聚甲基丙烯酸甲脂或者聚甲基丙烯酸乙二醇酯，所述乳化剂可以是十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠或者二者的混合物；
步骤2）中所述通氮除氧通氮气流量保持在20~60mL/min；
步骤3）中所述超声波发生器功率应在500~1000W之间，声强应在10~15W/cm2之间。
作为具体实施方案，本发明的导轨5沿保温单元连接侧布置，且导轨5向保温单元内部形成弧形凹槽，连接插件为弧形结构，连接插件插入导轨5的弧形凹槽中。连接插件为硬质结构，在插入和滑出过程不会变形，故而可以在形成间隙的同时，增加保温套的有效半径，保温套筒内壁相对热力设备管道1的距离自然增大。
本发明还可以在机组停机时，通过控制连接器8及导轨5的运动，使保温层3远离热源，从而实现快速降温功能，为设备降温后检修缩短时间，大大提高了机组检修效率。
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
参考图1，本发明一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，包括热力设备管道1、装配单元、保温单元和PLC控制器9。具体包括热力设备管道1、内壁2、保温层3、外壁4、导轨5、相变微胶囊6、温度传感器7、连接器8及PLC控制器9。
利用制备的相变微胶囊6、相变保温基体及保温单元内壁2、外壁4，制备保温单元，多个保温单元通过装配单元安装在热力设备管道1外周上，保温单元包括内壁2、保温层3及外壁4，保温层3中包含相变保温基体及相变微胶囊6；保温单元内壁2上设置有温度传感器7；保温单元内壁2及外壁4均采用不锈钢制作；采用四个相同形状结构的保温单元，每个保温单元均是弧度为90°的圆弧。
PLC控制器9与保温单元内壁2上的温度传感器7电连接，装配单元能够控制保温单元相对热力设备管道1的距离；装配单元包括连接器8和导轨5，多个所述保温单元通过导轨5连接，连接器8驱动所述保温单元沿导轨5运动，连接器8的控制单元与PLC控制器9电连接，可以被PLC控制器9远程控制；多个保温单元通过装配单元套设在热力设备管道1上；每个保温单元均为圆弧结构，多个圆弧结构通过导轨5装配单元连接为保温套筒。
材料选择上，相变微胶囊芯材可以是硬脂酸或者石蜡，所述相变微胶囊壁材可以是聚甲基丙烯酸甲脂或者聚甲基丙烯酸乙二醇酯，所述乳化剂可以是十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠或者二者的混合物；相变微胶囊6芯材：相变微胶囊壁材：乳化剂：去离子水的加入比为10：30：1：40；
本发明给出除氧方法采用通氮气除氧的办法，且在反应过程中，要保持持续通氮气，通氮气速度保持在20~60mL/min；超声波发生器功率应在500~1000W之间，声强应在10~15W/cm2之间。
举例说明：可以采用超声辐照原位包覆方法制备相变微胶囊6，相变微胶囊6制备方法，包括以下步骤：
1）按质量份数计，将10份相变微胶囊芯材和30份相变微胶囊壁材通过磁力搅拌进行充分混合；
2）加入1份乳化剂和40份去离子水，在反应釜中搅拌混合后通入流速为50mL/min的氮气除氧；
3）在超声波发生器6000W、声强13W/cm2下原位聚合30min，反应结束即可得到相变微胶囊6。
还可以包括如下步骤：
1）将10份相变微胶囊芯材和30份相变微胶囊壁材通过磁力搅拌进行充分混合；
2）加入1份乳化剂和40份去离子水，在反应釜中搅拌混合后通入流速为20mL/min的氮气除氧；
3）在超声波发生器500W、声强10W/cm2下原位聚合20min，反应结束即可得到相变微胶囊6。
还可以包括如下步骤：
1）将10份相变微胶囊芯材和30份相变微胶囊壁材通过磁力搅拌进行充分混合；
2）加入1份乳化剂和40份去离子水，在反应釜中搅拌混合后通入流速为60mL/min的氮气除氧；
3）在超声波发生器1000W、声强15W/cm2下原位聚合40min，反应结束即可得到相变微胶囊6。
具体实施时，只要根据相变微胶囊6采用超声辐照原位包覆方法实施，根据用量工艺范围要求，制得可以用于火电厂管道保温系统的相变微胶囊6即可，具体的用量比例本申请不做具体说明。
本发明还给出可选实施例，装配单元包括连接器8和导轨5，保温单元包括不锈钢板焊接制作的内壁2及外壁4，以及其中包含的相变保温基体及相变微胶囊6的保温层3，和安装在内壁2上的温度传感器7；保温单元通过装配单元安装在热力设备管道1上，通过装配单元控制保温单元的运动，从而实现对热力设备管道1的温度控制，实现保温及降温功能。
装配单元中，导轨5和连接器8可以受PLC控制器9驱动，带动保温套筒作相对热力设备管道1的相对运动，通过控制保温单元与热力设备管道1之间的距离，实现保温及降温功能，具体为当温度传感器7监测到热力设备管道1外表面温度低于目标温度时，PLC控制器9发出指令，通过导轨5及连接器8驱动保温套筒靠近热力设备管道1表面，实现保温作用；当温度传感器7监测到热力设备管道1外表面温度高于目标温度时，PLC控制器9发出指令，通过导轨5及连接器8驱动保温套筒远离热力设备管道1表面，实现降温作用。
具体方案实施时，多个所述保温单元通过导轨5连接，连接器8驱动所述保温单元沿导轨5运动；多个保温单元通过装配单元套设在热力设备管道1上；每个保温单元均为圆弧结构，多个圆弧结构通过导轨5将保温单元连接为保温套筒。PLC控制器9驱动连接器8收紧或放松，带动保温单元沿导轨5运动，进而带动保温套筒作相对热力设备管道1的相对运动。
作为示例，连接器8可以包括驱动电机、齿轮齿条机构，驱动电机带动齿轮，齿轮带动与齿条运动以带动保温单元运动，实际运动距离很小，只要能够实现驱动运动的结构均可以。还可以采用其他牵引机构（如驱动电机牵引绳组合等），通过PLC控制器9控制即可，本申请不做具体说明。
连接器8及导轨5与PLC控制器9相连，可以受PLC控制器9驱动从而使保温套筒远离或靠近热力设备管道1。具体设计为每段保温层3应为四片弧度为90°的圆弧形组成，其通过连接器8及导轨5连接，可以受PLC控制器9指令做远离或靠近热力设备管道1的运动。温度传感器7与PLC控制器9连接，可以接受温度传感器7信号，判断内壁2温度与目标温度大小。
外壁4及内壁2均采用不锈钢板制作，并焊接严密。不锈钢板具有很好的导热效果，可以配合相变微胶囊6进行大量的吸热或放热。保温层3内部含有相变保温基体及相变微胶囊6，其中相变保温基体可以是环氧树脂、聚氨酯等；相变保温基体中包含有相变微胶囊6。
作为可选方案，保温单元的连接处还设置有密封结构，在保温单元距离收缩形成保温套筒时，密封结构能够有效的防止散热。
本发明提供的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统的制作方法，包括以下步骤：
机组停机时，首先测量热力管道设备1的外径，根据测量的外径数据，制作合适尺寸的内壁2及外壁4材料，制备相变微胶囊6并向其中注入混合均匀的相变保温基体及相变微胶囊6，然后将内壁2及外壁4焊接完整，然后通过导轨5和连接器8将保温单元安装在热力设备管道1外周，并在内壁2上安装温度传感器7，温度传感器7和导轨5及连接器8均与PLC控制器9连接。
当机组运行时，温度传感器7在线监测热力设备管道1外周温度，并将温度信号在线传递至PLC控制器9；PLC控制器9与目标设定值进行对比，若温度传感器7测得温度大于目标温度，则PLC控制器9控制导轨5及连接器8做远离热力设备管道1的相对运动，实现降温效果。
当机组停机检修时，需要尽快降低温度，便于机组进行检修及其他操作，此时，PLC控制器9控制导轨5及连接器8做远离热力设备管道1的相对运动，实现快速降温效果。
本发明基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统的使用方法如下：
步骤一，利用如上所述的步骤制备相变微胶囊6；
步骤二，利用制备的相变微胶囊6、相变保温基体及保温单元内壁2、外壁4，制备保温单元；
步骤三，利用装配单元，将多个保温单元安装在热力设备管道1外表面；
步骤四，将温度传感器7与PLC控制器9连接，设置各个热力设备外壁4温度调控方法，利用连接器8和导轨5对热力设备温度外壁4进行控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，包括装配单元、保温单元和PLC控制器（9）；
多个弧形的所述保温单元依次相邻设置形成保温套筒，保温套筒用于套设在热力设备管道（1）外周上，相邻所述保温单元之间通过装配单元连接；
其中，所述保温单元由内至外依次包括内壁（2）、保温层（3）及外壁（4），所述保温层（3）中包含相变保温基体及相变微胶囊（6）；所述内壁（2）上设置有温度传感器（7）；
所述装配单元包括连接器（8）和导轨（5）；每个保温单元的一个连接侧均设置所述导轨（5），另一连接侧设置有连接插件，相邻保温单元连接处的连接插件插入导轨（5）中使得多个保温单元固定；连接器（8）设置在保温单元的连接处；
所述PLC控制器（9）与所述温度传感器（7）和连接器（8）的控制单元均电连接，用于根据温度传感器（7）的实时温度控制连接器（8），连接器（8）通过调节相邻保温单元的间隙以控制保温套筒内壁相对热力设备管道（1）外壁的距离；
所述相变微胶囊（6）通过将相变微胶囊芯材和相变微胶囊壁材经过搅拌混合，加入乳化剂和去离子水，通气除氧后在超声条件下原位聚合得到。
2.根据权利要求1所述的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，所述相变微胶囊芯材为硬脂酸或者石蜡，所述相变微胶囊壁材为聚甲基丙烯酸甲脂或者聚甲基丙烯酸乙二醇酯，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或二者的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，所述相变微胶囊芯材：相变微胶囊壁材：乳化剂：去离子水的加入质量比为10：30：1：40。
4.根据权利要求1所述的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，所述通气除氧采用通氮气除氧，且在反应过程中持续通氮气，通氮气速度为20~60mL/min。
5.根据权利要求1所述的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，所述超声条件的功率应在500~1000W，声强为10~15W/cm2。
6.根据权利要求1所述的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，所述导轨（5）沿保温单元连接侧布置，且导轨（5）向保温单元内部形成弧形凹槽，连接插件为弧形结构，连接插件插入导轨（5）的弧形凹槽中。
7.根据权利要求1所述的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，所述保温单元的数量为四个，每个保温单元的弧度为90°。
8.根据权利要求1所述的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，所述外壁（4）及内壁（2）均采用不锈钢板制成。
9.根据权利要求1所述的一种基于相变微胶囊的火电厂管道保温系统，其特征在于，所述相变保温基体为环氧树脂或聚氨酯。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117759786A (zh) * 2023-12-29 2024-03-26 杭州毅而玛管业有限公司 一种快接式pe管及其制备工艺

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