CN202132648U

CN202132648U - 管道加热系统

Info

Publication number: CN202132648U
Application number: CN201120259751U
Authority: CN
Inventors: 徐霆生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-07-21

Abstract

本实用新型公开一种管道加热系统，为解决现有管道加热成本高等问题而发明。至少包括产生热流体的热源部分以及用于连接热源部分的冷凝换热器，所述的冷凝换热器为金属螺旋管，所述螺旋管的外径与被加热管道内径相适配并安置在管道内部。而所述的热源则由压缩机、膨胀装置以及和热源系统相连的蒸发器组成的地源热泵。本实用新型利用直接接触式的冷凝换热器提升热泵加热温度，同时利用清洁的地下热源，提高了系统的加热效率。本实用新型所涉及的热泵系统可取代常规的使用化石能源的管道加热系统，尤其适合原油管道加热。

Description

管道加热系统

技术领域

本实用新型涉及一种管道加热系统。

背景技术

对于管道内部流体的加热，常常要通过换热器进行，这一方面增加了成本，扩大了空间的需求，并且对一些特殊的管道，如原油管道，增加了阻塞以及其它一些运行问题，使可靠性和换热效率受到不利的影响。

对于原油管道的加热，针对不同国家和地区的能源价格和气候条件，一直采用煤、天然气和原油为燃料，部分地区采用直接电加热或间接电磁感应加热。前者由于使用高温锅炉，炉内换热器的设计或安装的不当将带来极大的安全隐患。使用天然气的伴气管道建设投资大，上述所有方法均具有运行成本高的特点，成为原油输送、尤其是北方地区原油输送成本中的主要成本之一。

发明内容

为了克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种节约伴气管道的投资，降低加热系统的安全隐患，同时大幅度降低管道加热的运行成本的高效的管道加热系统。

为达到上述目的，本实用新型提出一种管道加热系统，至少包括产生热流体的热源部分以及用于连接热源部分的冷凝换热器，其特征在于所述的冷凝换热器为金属螺旋管，所述螺旋管的外径与被加热管道内径相适配并安置在管道内部。

其中，所述的热源部分为地源热泵加热系统；

其中，所述的热源部分为太阳能聚热系统和热泵加热系统；在太阳能聚热系统和热泵加热系统之间设有流体切换装置。

其中，在被加热的管道外部安置有超声发生器，所述的超声发生器的超声拢动范围集中于被加热管道内壁的附近区域，即螺旋管附近。在被加热的管道外部设置有保温层。

其中，所述的地源热泵加热系统由压缩机、冷凝器、膨胀装置以及与地源相连接的蒸发器组成，其中，冷凝换热器和冷凝器相连，并由水泵驱动两者间的液体循环，蒸发器的热源流体来源于开式水井或埋置于地下土壤中的封闭管道。蒸发器为工质流体与地源系统之间的换热器，地源系统可以是开式的井水系统，也可以是封闭的埋管系统，或利用表面水(江、河、湖、海)的系统。

其中，为提高换热效率，在被加热的管道外部安置有超声发生器，超声发生器的超声拢动区域着重于被加热管道的内壁，

本实用新型利用地源热泵提供高效的管道加热，采用以上技术方案，具有以下的技术和经济优势：

1.利用可再生的清洁地下能源，取代传统的化石燃料，降低了运行成本，减少了温室气体排放。

2.利用管内直接换热，减少了换热器可能带来的一系列可靠性和维护问题，包括阻塞、结焦，析蜡等。

3.管内流体不再与高温燃炉接触，避免了可能的安全隐患。

4.直接管内蒸发方式相对于中间冷凝换热模式，既增加了流体加热温度，又减少了压缩机功耗，提高了系统的加热效率。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型第二实施例的结构示意图。

图2A为本实用新型第二实施例在地源热泵管道加热模式下的结构示意图

图2B为本实用新型第二实施例在太阳能蓄热模式下的结构示意图

图2C为本实用新型第二实施例在太阳能直接加热模式下的结构示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型一种管道加热系统，至少包括产生热流体的热源部分以及用于连接热源部分的冷凝换热器，参见图1，所述的冷凝换热器为金属螺旋管，所述螺旋管的外径与被加热管道内径相适配并安置在管道内部。

图1为本实用新型用于原油管道加热的一个实施例。

热泵工质经过压缩机1压缩后，直接进入冷凝换热器2，冷凝换热器由金属螺旋管2a组成，螺旋管的外圈直径和原油管道内径相近，并直接安置在管道内部，原油直接流经该螺旋管并从中吸收热量，为强化换热效果，移走可能附着在螺旋管上的焦油、石蜡或其它杂质，在管道外部设有超声发生器2b，在高温加热段，为减少热量损失，管道外部设有保温层2c。

工质在通过冷凝管道换热器与原油交换热量之后，进入膨胀装置3，进一步降温、降压，低温工质通过蒸发器4吸收热量，本例中为蒸发器提供热源供应的为开式水井系统5，包括回灌井5a，抽水井5b，以及安置在抽水井内的潜水泵5c。地下水在水泵5c的驱动下，与低温工质交换热量后，通过回灌井返回地下。而循环工质在从热源流体(水)中吸收热量后，进入压缩机1，开始另一个循环。

本例中使用地下水作为热源，其优点在于前期投资较少，热源温度稳定，占地面积小，不足之处是受地质(地下水)资源限制较大，维护费用较高。

图2所示为本实用新型的另一个实施例。本实施例中，热泵的循环系统和前例相同，其不同之处在于压缩工质和被加热流体之间的换热通过了独立的冷凝器，被加热流体不再和热泵工质的管道接触，同时，热泵系统使用封闭式地下埋管并辅助以太阳能加热系统。现详细说明如下：

热泵循环工质经压缩机1压缩后进入冷凝器2，冷凝器的冷却流体为水，在冷凝器2和管道换热器3之间循环传递热量。基于被管道的换热器3由安置在被加热管道内部的螺旋管3a组成，金属螺旋管的圈外直径和被加热管道的内径相近，在该螺旋管3a和冷凝器2之间的流体循环由循环泵3b驱动，为强化换热，管道外壁上设有超声发生器3c，为减少散热损失，管道外部设有保温层3d。

在为管道内流体提供热量后，热泵循环工质进入膨胀装置4，在进一步降温、降压后，进入蒸发器5吸收热量。本例中的热源系统6由两部分组成，一部分为封闭式地下埋管6b，另一部分为太阳能聚热系统6c，热源系统内的流体循环由循环泵6a驱动。吸热升温后的工质再次进入压缩机，开始新的一轮循环。

采用封闭式埋管的方式特点是系统不依赖于地下水资源，并且维护少、可靠性高，但不足之处在于初期投入较高，占地面积较大，对于石油管道加热的最大问题在于地下热量的不平衡，即长时间不断地从地下提取热量将可能导致土壤介质的温度逐步下降，使系统不可持续。本实施例中，利用太阳能集热系统6c弥补了这个缺陷，并带来进一步的能量节约。本实施例中的地源和太阳能复合系统可在多种模式下运行。不同模式下各阀门组的开关状态如下：

1.冬季地源热泵管道加热(图2A)

冷凝器2和管道换热器的内螺旋管3a联接，压缩工质间接为管道内流体供热，而封闭式地下埋管6b为蒸发器提供热源，这个模式为最典型的加热模式，在冬季的部分时间内采用。

2.夏季太阳能地下蓄热(图2B)

夏季土壤温度上升，管道内原油加热需求降低或消失，此时热泵机组停机，阀门组V1和V2关闭，太阳能聚热系统6c通过循环泵6a直接将热量排入地埋管6b中，从而提升土壤温度，为下一个冬季的热泵运行储蓄热量。

3.太阳能直接管道加热(图2C)

在冬季白天有充分太阳辐射时，太阳能直接聚热系统6c可直接供应管道加热，此时热泵机组停机，阀门组V1、V2关闭。夏季，尤其是夏季后半期，在土壤温度逐步恢复后，可通过此模式开始为石油管道加热，以提高管道周围土壤温度，降低冬季供热需求，从而达到进一步节能的目的。地源热泵的埋管规模和太阳能集热装置的相对容量由能源(电力)价格，初期投资，以及当地地质和气候条件等决定。当电力价格过高或埋管的地质条件不理想时，全部使用太阳能部分也可能是一个选择。

上述说明图中所有表明“P”记号的部分为电源和相应的控制系统。

Claims

1.一种管道加热系统，至少包括产生热流体的热源部分以及用于连接热源部分的冷凝换热器，其特征在于所述的冷凝换热器为金属螺旋管，所述螺旋管的外径与被加热管道内径相适配并安置在管道内部。

2.根据权利要求1所述特征的管道加热系统，其特征在于，所述的热源部分地源热泵加热系统。

3.根据权利要求1所述特征的管道加热系统，其特征在于，所述的热源部分为太阳能聚热系统和热泵加热系统；在太阳能聚热系统和热泵加热系统之间设有切换装置。

4.根据权利要求1所述特征的管道加热系统，其特征在于，在被加热的管道外部安置有超声发生器，所述的超声发生器的超声拢动范围集中于被加热管道内壁的附近区域。

5.根据权利要求1所述特征的管道加热系统，其特征在于，在被加热的管道外部设置有保温层。

6.根据权利要求2所述特征的管道加热系统，其特征在于，所述的热泵加热系统由压缩机、冷凝器、膨胀装置以及与地源相连接的蒸发器组成，其中，冷凝换热器和冷凝器相连，并由水泵驱动两者间的液体循环，蒸发器的热源流体来源于开式水井或埋置于地下土壤中的封闭管道。