RU2250870C1 - Heated transport pipeline - Google Patents
Heated transport pipeline Download PDFInfo
- Publication number
- RU2250870C1 RU2250870C1 RU2003123998/11A RU2003123998A RU2250870C1 RU 2250870 C1 RU2250870 C1 RU 2250870C1 RU 2003123998/11 A RU2003123998/11 A RU 2003123998/11A RU 2003123998 A RU2003123998 A RU 2003123998A RU 2250870 C1 RU2250870 C1 RU 2250870C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- heating element
- temperature
- section
- liquid
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pipe Accessories (AREA)
- Pipeline Systems (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к устройствам, снижающим гидравлическое сопротивление при перекачивании жидкостей по трубопроводу, и может найти применение при транспортировке жидкостей по магистральным, межзаводским и внутризаводским трубопроводам в нефтехимической, химической, пищевой и других отраслях промышленности, связанных с гидротранспортом вязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей, суспензий и растворов.The proposed solution relates to devices that reduce hydraulic resistance when pumping fluids through a pipeline, and can be used for transporting fluids through trunk, inter-plant and in-plant pipelines in the petrochemical, chemical, food and other industries associated with the hydrotransport of viscous Newtonian and non-Newtonian liquids, suspensions and solutions.
Известен электронагреватель текучих сред, содержащий корпус с изолированной внутренней поверхностью и равномерно размещенными по винтовой линии электродами (Авт. св. СССР № 434626, М. кл. Н 05 В 3/60, В 65 G 53/32, 1974, бюл. № 24).Known electric fluid heater containing a housing with an insulated inner surface and electrodes evenly spaced along a helix (Aut. St. USSR No. 434626, M. class. N 05 B 3/60, 65 G 53/32, 1974, bull. No. 24).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность использования известного устройства для нагрева неэлектропроводных жидкостей и опасность эксплуатации, связанная с возможностью короткого замыкания при контакте неизолированных электродов с электропроводной жидкостью. Кроме того, известная конструкция не позволяет создать устойчивый паровой маловязкий слой между внутренней поверхностью трубы и перекачиваемой жидкостью.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the impossibility of using the known device for heating non-conductive liquids and the danger of operation associated with the possibility of a short circuit when non-insulated electrodes come in contact with an electrically conductive liquid. In addition, the known design does not allow you to create a stable low-viscosity steam layer between the inner surface of the pipe and the pumped liquid.
Известен трубопровод для транспортировки материала, преимущественно бетонной смеси, содержащий две одинакового диаметра трубы, соединенные между собой патрубком из диэлектрика с установленными внутри него и на нем соответственно патрубками из ферромагнитного материала и катушками индуктивности, подключенными к каждой из фаз источника переменного трехфазного тока (Авт. св. СССР № 1127824, В 65 G 53/22, 1984, бюл.№ 45).A pipeline is known for transporting a material, mainly concrete mixture, containing two identical pipe diameters, interconnected by a dielectric pipe with inside it and on it pipes of ferromagnetic material and inductors, respectively, connected to each phase of an alternating three-phase current source (Auth. St. USSR No. 1127824, 65 G 53/22, 1984, bull. No. 45).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и ограниченность ее использования для перекачивания бетонов и растворов.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the complexity of the design and the limitations of its use for pumping concrete and mortars.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является транспортный обогреваемый трубопровод, содержащий секции, соединенные муфтами, запорную арматуру, сопла и нагревательный элемент, составленный из отдельных участков, подключаемый концами к электросети и расположенный между концентричными друг другу наружным и внутренним изоляционными слоями, при этом нагревательный элемент выполнен из сетчатой трубы, охватывающей запорную арматуру и сопла, участки нагревательного элемента электрически соединены между собой посредством соединительных муфт секций трубопровода (Описание изобретения к патенту СССР № 502599, В 65 G 53/54 1976, бюл. № 5).The closest technical solution selected for the prototype is a transportable heated pipeline containing sections connected by couplings, valves, nozzles and a heating element made up of separate sections, connected by ends to the mains and located between the outer and inner insulating layers concentric with each other, this heating element is made of a mesh pipe, covering valves and nozzles, sections of the heating element are electrically connected to each other after COROLLARY couplings pipe sections (Description of the patent of the USSR № 502599, B 65 G 53/54 1976 Bul. № 5).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции нагревательного элемента и невозможность создания устойчивого парового маловязкого пограничного слоя между внутренней стенкой трубы и основным потоком перекачиваемой жидкости.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the complexity of the design of the heating element and the inability to create a stable steam low-viscosity boundary layer between the inner wall of the pipe and the main flow of the pumped liquid.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устойчивого пристенного парового маловязкого слоя при пленочном кипении перекачиваемой по трубопроводу жидкости.The objective of the proposed technical solution is to create a stable near-wall steam low-viscosity layer during film boiling of the fluid pumped through the pipeline.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является уменьшение гидравлических потерь в трубопроводе и упрощение конструкции нагревательного элемента.The technical result of the proposed technical solution is to reduce hydraulic losses in the pipeline and simplify the design of the heating element.
Поставленный технический результат достигается в транспортном обогреваемом трубопроводе, содержащем секции, запорную арматуру, наружный изоляционный слой и нагревательный элемент, составленный из отдельных участков подключаемый концами к электросети, при этом каждый участок электронагревательного элемента расположен на входе каждой секции и образован теплоэлектронагревателем (ТЭНом), выполненным в виде змеевика с витками, плотно примыкающими друг к другу и к наружной поверхности трубопровода, и обеспечивает температуру на 8-15 градусов больше критической температуры пленочного кипения жидкости в трубопроводе для образования пленки пара на внутренней поверхности трубопровода.The technical result is achieved in a transportable heated pipeline containing sections, shutoff valves, an external insulating layer and a heating element made up of individual sections connected by ends to the mains, and each section of the electric heating element is located at the inlet of each section and is formed by a heat heater (TEN) made in the form of a coil with coils tightly adjacent to each other and to the outer surface of the pipeline, and provides a temperature of 8-15 degrees Owls are greater than the critical film boiling temperature of the liquid in the pipeline to form a vapor film on the inner surface of the pipeline.
Установка участка нагревательного элемента на входе каждой секции позволяет восстанавливать устойчивый пограничный паровой слой, который исчезает на поворотах, запорной арматуре, температурных компенсаторах, расширениях или сужениях сечения или других местных сопротивлениях из-за перемешивания парового слоя и жидкостного потока и конденсации в последнем пара.The installation of a section of the heating element at the inlet of each section makes it possible to restore a stable boundary vapor layer that disappears at bends, shutoff valves, temperature compensators, expansion or narrowing of the cross section, or other local resistances due to mixing of the vapor layer and the liquid flow and condensation in the last steam.
Выполнение нагревательного элемента в виде теплоэлектронагревателя (ТЭНа), превращающего электрический ток в тепловую энергию за счет высокого омического сопротивления, и установка его в виде змеевика на наружной поверхности трубопровода позволяет равномерно и быстро передавать тепловую энергию ТЭНа через стенку трубопровода пограничному слою перекачиваемой жидкости.The implementation of the heating element in the form of a heat electric heater (TENA), converting electric current to thermal energy due to high ohmic resistance, and installing it in the form of a coil on the outer surface of the pipeline allows you to uniformly and quickly transfer thermal energy of the TENA through the pipeline wall to the boundary layer of the pumped liquid.
Установка витков змеевика плотно примыкающих друг к другу и к наружной поверхности трубопровода позволяет интенсифицировать передачу тепловой мощности на небольшом отрезке трубопровода и без потерь передавать ее непосредственно от наружной поверхности трубопровода к внутренней его поверхности и самой жидкости.The installation of coil coils tightly adjacent to each other and to the outer surface of the pipeline makes it possible to intensify the transfer of thermal power over a small section of the pipeline and without loss transfer it directly from the outer surface of the pipeline to its inner surface and the liquid itself.
Создание в нагревательном элементе температуры на 8-15 градусов больше критической температуры пленочного кипения жидкости в трубопроводе позволяет вести режим устойчивого пленочного кипения жидкости вблизи внутренней стенки трубопровода с образованием устойчивого парового маловязкого пограничного слоя, перевести режим течения из однослойного в двухслойное, когда вблизи стенки образуется кольцевой пограничный слой пара, обладающий пониженным гидравлическим сопротивлением и снижающий общее давление, его потери и необходимую толщину стенки трубопровода.Creating a temperature in the heating element 8-15 degrees higher than the critical temperature of the film boiling of the liquid in the pipeline allows the regime of stable film boiling of the liquid near the inner wall of the pipeline to form a stable vapor low-viscosity boundary layer, to transfer the flow regime from a single-layer to a two-layer, when an annular boundary layer of steam, which has a reduced hydraulic resistance and reduces the total pressure, its losses and the required thickness in the pipeline wall.
Уменьшение нижнего предела заявляемого температурного диапазона менее 8 градусов по сравнению с критической температурой пленочного кипения перекачиваемой жидкости при заданном давлении в каждой секции трубопровода может привести к пузырьковому кипению, срыву устойчивого парового пограничного слоя, его перемешиванию с основным потоком жидкости и возрастанию гидравлического сопротивления.Reducing the lower limit of the claimed temperature range to less than 8 degrees compared to the critical film boiling temperature of the pumped liquid at a given pressure in each section of the pipeline can lead to bubble boiling, the breakdown of a stable vapor boundary layer, its mixing with the main fluid flow and an increase in hydraulic resistance.
Увеличение верхнего предела заявляемого температурного диапазона более 15 градусов по сравнению с критической температурой пленочного кипения перекачиваемой жидкости при заданном давлении в каждой секции трубопровода приводит к повышенным затратам энергии, образованию слишком большого объема пара, увеличению толщины его пограничного слоя и, соответственно, уменьшению сечения, в котором течет основной поток жидкости и возрастанию гидравлического сопротивления.An increase in the upper limit of the claimed temperature range of more than 15 degrees compared with the critical film boiling temperature of the pumped liquid at a given pressure in each section of the pipeline leads to increased energy costs, the formation of too much steam, an increase in the thickness of its boundary layer and, consequently, a decrease in the cross section, which flows the main flow of fluid and an increase in hydraulic resistance.
На чертеже представлен общий вид транспортного обогреваемого трубопровода.The drawing shows a General view of a transport heated pipeline.
Транспортный обогреваемый трубопровод содержит 3 секции. Секции 1 и 2 соединены между собой коленом 3, а секции 2 и 4 линзовым температурным компенсатором 5. На входе в секцию 1 установлен запорный пробковый кран 6. Все секции трубопровода покрыты наружным изоляционным слоем 7. На входе в каждую секцию установлен участок нагревательного элемента 8 в виде теплоэлектронагревателя (ТЭНа), образующего змеевик на наружной стенке трубопровода, обеспечивающий температуру на 8-15 градусов больше критической температуры пленочного кипения жидкости в трубопроводе.Heated transport pipeline contains 3 sections. Sections 1 and 2 are interconnected by an elbow 3, and sections 2 and 4 are equipped with a lens temperature compensator 5. At the entrance to section 1, a plug valve is installed 6. All sections of the pipeline are covered with an external insulating layer 7. At the entrance to each section, a section of the heating element 8 is installed in the form of a heat electric heater (TENA), forming a coil on the outer wall of the pipeline, providing a temperature of 8-15 degrees higher than the critical film boiling temperature of the liquid in the pipeline.
При течении жидкости в трубопроводе включаются в сеть все участки нагревательного элемента 8. Так как участки нагревательного элемента выполнены в виде ТЭНов, образующих змеевик на наружной поверхности трубопровода, а витки змеевика плотно примыкают друг к другу и к наружной поверхности трубопровода, то стенка трубопровода нагревается практически до температуры ТЭНов. Эта температура на 8-15 градусов больше критической температуры пленочного кипения жидкости в трубопроводе. Таким образом, жидкость вблизи стенки кипит с образованием кольцевой пленки пара 9, снижающего общее гидравлическое сопротивление при перекачивании жидкости по трубопроводу. Трубопровод на всей длине покрыт изоляционным слоем 7, препятствующим потерям тепла в окружающий воздух и сохраняющим устойчивый пленочный паровой режим течения у внутренней стенки трубопровода без конденсации пленки пара 9. Однако на поворотах - коленах 3 трубопровода или на температурных компенсаторах 5 и на других местных сопротивлениях (сужениях, расширениях, вентилях, кранах) происходит потеря устойчивости парового пограничного слоя 9, он смешивается с основным потоком жидкости и конденсируется. Поэтому после колена 3, компенсатора 5 или пробкового крана 6 на входе в каждую секцию 1, 2, 4 трубопровода необходимо устанавливать участки нагревательного элемента 8 для повторного пленочного кипения жидкости с образованием устойчивого пристенного парового слоя 9 в секциях 1, 2, 4 трубопровода.With fluid flow in the pipeline, all sections of the heating element 8 are included in the network. Since the sections of the heating element are made in the form of heating elements forming a coil on the outer surface of the pipeline, and the coil turns are closely adjacent to each other and to the outer surface of the pipeline, the pipeline wall heats up practically to the temperature of the heating elements. This temperature is 8-15 degrees higher than the critical film boiling temperature of the liquid in the pipeline. Thus, the fluid near the wall boils with the formation of an annular film of steam 9, which reduces the total hydraulic resistance when pumping fluid through the pipeline. The pipeline is covered with an insulating layer 7 over the entire length, which prevents heat loss to the surrounding air and maintains a stable film vapor flow regime at the pipeline’s inner wall without condensation of the vapor film 9. However, at bends - pipe bends 3 or at temperature compensators 5 and other local resistances ( constrictions, expansions, valves, taps) there is a loss of stability of the vapor boundary layer 9, it mixes with the main fluid flow and condenses. Therefore, after the elbow 3, compensator 5 or plug valve 6 at the inlet to each section 1, 2, 4 of the pipeline, it is necessary to install sections of the heating element 8 for repeated film boiling of the liquid with the formation of a stable wall-mounted vapor layer 9 in sections 1, 2, 4 of the pipeline.
Выполнение теплоэлектронагревателя в виде змеевика на наружной стенке трубопровода позволяет интенсивно обогревать стенку, а через нее пограничный слой жидкости в режиме пленочного кипения.The implementation of the electric heater in the form of a coil on the outer wall of the pipeline allows you to intensively heat the wall, and through it the boundary layer of liquid in the mode of film boiling.
Уменьшение температуры теплоэлектронагревателей нагревательного элемента 8 ниже заявленного предела 8 градусов, по сравнению с критической температурой пленочного кипения жидкости, может привести к пузырьковому кипению с перемешиванием пузырьками пара потока жидкости и повышению сопротивления, а значит увеличению потерь давления при перекачивании жидкости.A decrease in the temperature of the heaters of the heating element 8 below the declared limit of 8 degrees, compared with the critical temperature of the film boiling of the liquid, can lead to bubble boiling with mixing by the vapor bubbles of the liquid flow and an increase in resistance, which means an increase in pressure loss when pumping the liquid.
Увеличение температуры теплоэлектронагревателей нагревательного элемента 8 выше заявленного предела 15 градусов, по сравнению с критической температурой пленочного кипения жидкости, приводит к возрастанию тепловых потерь через наружный изоляционный слой и образованию парового пограничного слоя большой толщины, что уменьшает проходное сечение для основного потока жидкости в трубопроводе и увеличивает потери давления на ее прокачивание через трубопровод.An increase in the temperature of the heaters of the heating element 8 above the stated limit of 15 degrees, compared with the critical temperature of the film boiling of the liquid, leads to an increase in heat loss through the outer insulating layer and the formation of a vapor boundary layer of large thickness, which reduces the flow cross section for the main fluid flow in the pipeline and increases loss of pressure on its pumping through the pipeline.
Установка витков змеевика плотно примыкающими друг к другу и к наружной поверхности трубопровода позволяет на небольшом по длине участке трубопровода передавать большую тепловую мощность от теплоэлектронагревателя непосредственно через стенку трубы к перекачиваемой жидкости, быстро разогревать ее до температуры на 8-15 градусов больше критической температуры пленочного кипения жидкости в трубопроводе для образования пленки пара на внутренней поверхности трубопровода.The installation of coil coils tightly adjacent to each other and to the outer surface of the pipeline allows for transmitting large thermal power from the heat heater directly through the pipe wall to the pumped liquid over a short section of the pipeline, quickly warming it to a temperature of 8-15 degrees higher than the critical film boiling temperature of the liquid in the pipeline for the formation of a vapor film on the inner surface of the pipeline.
Например, при давлении 2 атм на входе в секцию 1 после пробкового крана 6 при перекачивании воды, имеющей температуру кипения 119,6°С, а критическую температуру пленочного кипения на 30 градусов больше (Физическая энциклопедия. Т.2. М.: Советская энциклопедия, 1990, с.364) то есть 150°С, необходимо установить теплоэлектронагреватель нагревательного элемента 8, обеспечивающего температуру наружной стенки трубопровода 158-165°С. При перекачивании органических жидкостей (бензола, этанола) критическая температура пленочного кипения примерно на 90-100 градусов больше их температуры кипения, поэтому теплоэлектронагреватели нагревательного элемента 8 должны обеспечивать температуру наружной стенки трубопровода на 100-115 градусов большую, чем температура кипения перекачиваемой жидкости при давлении в каждой секции трубопровода.For example, at a pressure of 2 atm at the inlet to section 1 after a plug valve 6 when pumping water having a boiling point of 119.6 ° C, and the critical temperature of film boiling is 30 degrees higher (Physical Encyclopedia. T.2. M .: Soviet Encyclopedia , 1990, p. 364) that is, 150 ° C, it is necessary to install a heat electric heater of the heating element 8, providing the temperature of the outer wall of the pipeline 158-165 ° C. When pumping organic liquids (benzene, ethanol), the critical temperature of the film boil is approximately 90-100 degrees higher than their boiling point, therefore, the heat electric heaters of the heating element 8 should provide a temperature of the outer wall of the pipeline 100-115 degrees higher than the boiling temperature of the pumped liquid at a pressure of each section of the pipeline.
Таким образом, транспортный обогреватель жидкости предлагаемой конструкции позволяет создавать устойчивую кольцевую пограничную пленку пара при пленочном кипении перекачиваемой жидкости по трубопроводу, восстанавливать эту пленку пара после любого местного сопротивления (пробкового крана или другой запорной арматуры, колена, температурного компенсатора и т.д.), легко монтировать обогреватель на действующие трубопроводы, автоматизировать и управлять процессом, регулируя температуру в теплоэлектронагревателях в зависимости от давления, температуры кипения и критической температуры пленочного кипения перекачиваемой жидкости.Thus, the transport fluid heater of the proposed design allows you to create a stable annular boundary film of steam during film boiling of the pumped liquid through the pipeline, to restore this film of steam after any local resistance (cork valve or other shutoff valves, elbow, temperature compensator, etc.), it is easy to mount the heater on existing pipelines, automate and control the process by adjusting the temperature in the heaters depending on the pressure boiling point and critical temperature of the film boiling of the pumped liquid.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003123998/11A RU2250870C1 (en) | 2003-07-30 | 2003-07-30 | Heated transport pipeline |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003123998/11A RU2250870C1 (en) | 2003-07-30 | 2003-07-30 | Heated transport pipeline |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003123998A RU2003123998A (en) | 2005-02-20 |
| RU2250870C1 true RU2250870C1 (en) | 2005-04-27 |
Family
ID=35218271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003123998/11A RU2250870C1 (en) | 2003-07-30 | 2003-07-30 | Heated transport pipeline |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2250870C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553527C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" | Transport pipeline |
| RU2555088C1 (en) * | 2014-04-24 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" | Heated transport pipeline |
-
2003
- 2003-07-30 RU RU2003123998/11A patent/RU2250870C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2555088C1 (en) * | 2014-04-24 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" | Heated transport pipeline |
| RU2553527C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" | Transport pipeline |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003123998A (en) | 2005-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5216215A (en) | Electrically powered fluid heater including a coreless transformer and an electrically conductive jacket | |
| US7190894B2 (en) | Energy efficient electric water heater system that provides immediate hot water at a point of use and a method therefor | |
| CN204201854U (en) | Steam generator | |
| US20150110478A1 (en) | Hot water heater with in-tank heat exchanger tube | |
| JP2013057482A (en) | Induction heating type liquid heater and induction heating type liquid heating apparatus | |
| RU2250870C1 (en) | Heated transport pipeline | |
| JP2009041885A (en) | Fluid heating device | |
| US3053959A (en) | Apparatus and method for heating fluids | |
| US1318237A (en) | Innocente sordi | |
| US20040131346A1 (en) | Energy efficient electric water heater system that provides immediate hot water at a point of use and a method therefor | |
| RU2400944C1 (en) | Vortex induction heater and heating device for premises | |
| RU2417563C2 (en) | Plant of induction liquid heating | |
| US10560984B2 (en) | Inductive heater for fluids | |
| KR101966400B1 (en) | Boiler using a magnetic induction heat | |
| US1376485A (en) | Electric heater | |
| CN104474903A (en) | Electromagnetic heating apparatus and hemodialysis ultrapure water preparation system | |
| CN211115023U (en) | Constant-temperature movable swimming pool heated by electromagnetic induction | |
| RU195116U1 (en) | Instantaneous electric heater | |
| RU2594910C1 (en) | Device to prevent formation of paraffin and hydrate deposits in oil wells | |
| RU117587U1 (en) | INDUCTION LIQUID HEATER | |
| RU2406916C1 (en) | Device for field pipelines flameless heating | |
| RU2797032C1 (en) | Fluid induction heater | |
| RU2821538C1 (en) | Flow induction heater of liquid | |
| RU2773671C1 (en) | Flow induction fluid heater | |
| US1139001A (en) | Electrical water-heater. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050731 |