[发明专利]可内部均匀传热管道

说明书

技术领域

本发明涉及管道加热技术，特别涉及可内部均匀传热管道。

背景技术

开采的粘稠石油从地下输送到地面过程中，由于地面温度下石油会变得非常浓稠而难以有效输送，因此需要对开采井口的输送管道进行加热使油温控制在80℃～120℃。

控制输送过程中的油温的技术和装置，一直在改进，近年来水套加热炉以其可靠的安全性能，在油田地面工程中得到广泛应用，特别是在油田井口、中转站、联合站内逐渐替代直接火筒加热炉和管式加热炉。

水套加热炉的工作原理为：燃料(目前通常为天然气)产生的高温烟气通过烟管与壳体内的中间介质水换热，中间介质水吸收热量后产生饱和蒸汽，蒸汽上升至加热盘管处通过与盘管内的原油进行相变换热加热盘管内的介质，蒸汽相变后的冷凝水返回水浴中，继续加热蒸发，如此循环往复，在加热炉的壳体内形成动态平衡。用水套炉进行加热时存在两个关键的换热过程：烟气与水换热产生蒸汽、水蒸汽升至加热盘管处通过加热盘管向管内原油传热。因此，火筒烟管和加热盘管的传热是影响水套炉传热的主要因素。加热盘管主要浸没在炉内蒸汽中，蒸汽热量传递给盘管内原油的过程包括：蒸汽对盘管外表面的放热过程、盘管壁的导热过程和盘管内壁对原油的放热过程。管内输送的原油虽然为强制流动状态，但由于受原油性质的限制，特别是稠油，盘管内壁的放热系数不高，管内壁与原油的换热，成为制约盘管换热性能的重要瓶颈(参照李清芳，三位内肋管在水套炉上的应用.石油规划设计，2004；15，(6)：(38-40))。

除上述其换热性能差之外，基于水套炉本身的工作原理，还存在其它几方面的问题。

1.由于热量是从输油管外向内传输，造成贴近管壁部分的原油受热较好而管轴心部份的原油受热较差，管内原油温度不均匀，影响输送速度。更严重的是，即使贴近管壁部分的原油温度达到120℃，管中心原油的温度可能还达不到80℃从而在中心形成蜡造成堵塞。

2.水套炉采用的燃料，目前普遍为天燃气。天燃气储量有限，在开采石油过程中消耗天燃气，于国于民既不经济，也不是长久之计，不利于节能减排。

3.由于水套炉加热石油管道的地点是在石油开采的地面工程点，在石油开采地面工程点，采用天燃气为水套炉的燃料，必须采取非常严格的安全管理方式。管理成本高，而且无论多么严格的管理，仍然存在非常大的安全隐患。

目前石油输油管采用的水套炉加热方式的上述缺陷尚未见到确实有效可行的解决方案。

热管换热技术，由于相变换热的方式传热效率高，在工业中得到了广泛的应用，热管的主要传热方式为蒸发和冷凝，具有传热能力大、温度控制能力强、传热效率高的特点。而常用的振荡型热管虽然传热效率较高，但该种传热元件需要起振温差；普通的毛细芯热管其制作工艺如毛细芯材料的制备、真空的抽取、工质的封装及维护过程非常复杂，使得其应用受到很大的限制。中国专利200910207418.9及其分案申请201110309983.3公开了一种板状热管及其制备工艺，热管包括板状热管框架，所述板状热管框架内具有成组的微孔管构成的微孔管群结构，所述各微孔管侧壁之间相互连接，以相互加强各微孔管的强度和强化传热性能，所述微孔管内灌装有起相变换热作用的工质。解决了振荡型热管以及细芯热管存在的缺陷，且结构强度高、制作和维护简单，用途广泛。在使用中，所述板状热管的蒸发面与电子器件的发热面相连，板状热管的其它部分为冷凝面；或所述板状热管的一端位于热源之中，并吸热蒸发，另一端位于换热水管中冷凝放热；或所述板状热管作为太阳能热水器的集热器，各微孔管群一端作为热管吸收太阳能辐射能量蒸发，另一端在储热水箱中冷凝放热以制备热水；或所述板状热管的蒸发面与太阳能光伏发电电池板的背板相接触，以吸收太阳能光伏发电电池板的热量并蒸发，板状热管的冷凝面在换热器中冷凝放热以制备热水。该板状热管一端为吸热蒸发端，另一端放热冷凝端。

关于热管在石油输送管道加热方面的应用，在上述专利公布之前，就有人提出在热水炉中采用热管技术强化传热以解决换热性能差的问题(尹余升，插入件强化传热在热水炉中的应用，工业锅炉，1998；1(58):21-23)。但是在热水炉中插入热管，并不能解决输油管内原油受热不均，加热炉燃料的安全管理与短缺等问题。

综上，目前石油输油管道加热技术存在上述缺陷，尚未见到有效的解决建议或方案。

发明内容

基于上述领域的需求和空白，本发明提供一种可内部均匀传热的管道，具有传热均匀，换热性能好，热能利用率高，安全易于控制和管理等优点，该管道用于液体输送，能够很好地进行液体加热，特别适合于容易凝固的液态物质的输送。