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专利名称：一种保温抗压的原油输送管道

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411355854.1

专利申请（专利权）人：武汉理工大学三亚科教创新园
权利人地址：海南省三亚市崖州区崖州湾开云优惠体育网页版入口城用友产业园9号楼

专利发明（设计）人：姚志敏,黄子文,焦锐,袁潇康,刘佳龙,冷冉星,江胤辉,文鹏程,邵梦佳

专利摘要：本发明公开一种保温抗压的原油输送管道，涉及原油输送技术领域，包括输送内管，输送内管外围设有保温抗压层，保温抗压层外围固定有管道外壳，输送内管和保温抗压层之间固定有加热件；本发明通过保温抗压层中设置的相互结合的第一压块和第二压块的相互结合，提升原油输送管道的抗压性能，而保温抗压层为层级嵌合结构，能提升抗压性能，还能对加热件产生的热交换能进行保温，使得本发明兼具抗压性和保温性，且层级结构间形成间隙，使得抗压性能得到进一步的提升，还能有效扩展所述的保温抗压层的气体通道，降低所述的第一结构层与第二结构层之间的热传导性，以提升所述的保温抗压层的保温效果。

主权利要求：
1.一种保温抗压的原油输送管道，包括输送内管（1），其特征在于：所述输送内管（1）外围设有保温抗压层（2），所述保温抗压层（2）的制备材料选自气凝胶、氧化锆陶瓷纤维板或阻燃型硅橡胶中的其中一种，所述保温抗压层（2）外围固定有管道外壳（3），所述输送内管（1）和保温抗压层（2）之间固定有加热件（4），所述保温抗压层（2）包括由内向外依次分布的第一结构层（21）、第二结构层（22）和第三结构层（23），所述第一结构层（21）包括第一环形基带（211）和阵列分布于第一环形基带（211）外侧壁的第一压块（212），所述第二结构层包括第二环形基带（221）、第二压块（222）和第五压块（224），所述第二压块（222）和第五压块（224）分别阵列分布于第二环形基带（221）内外两侧壁，所述第三结构层（23）包括第三环形基带（231）和阵列分布于第三环形基带（231）内侧壁的第四压块（232），所述第一压块（212）的高度和第二压块（222）的高度不同，所述第一压块（212）和第二压块（222）相互嵌合，所述第四压块（232）的高度和第五压块（224）的高度不同，所述第四压块（232）和第五压块（224）相互嵌合，所述加热件（4）包括安装环（41）和结构块（42），所述结构块（42）阵列分布于安装环（41）外侧壁，所述第一结构层（21）内壁阵列分布有第三压块（214），所述第三压块（214）与结构块（42）相互嵌合，所述第三环形基带（231）外壁阵列分布有第六压块（234），所述第一压块（212）、第二压块（222）、第三压块（214）、第四压块（232）、第五压块（224）和第六压块（234）的形状均选自三角形、四边形或六边形中的一种，所述第一结构层（21）、第二结构层（22）和第三结构层（23）分别开设有第一贯通孔（213）、第二贯通孔（223）和第三贯通孔（233），所述第一贯通孔（213）开设于第一环形基带（211）并贯通第三压块（214），所述第二贯通孔（223）开设于第二环形基带（221）并贯通第五压块（224），所述第三贯通孔（233）开设于第三环形基带（231）并贯通第四压块（232），且所述第一贯通孔（213）、第二贯通孔（223）和第三贯通孔（233）在空间上呈相互错位分布。
2.根据权利要求1所述的一种保温抗压的原油输送管道，其特征在于：所述加热件（4）自带温控组件，所述加热件（4）通过自带的温控组件监控并维持输送内管（1）的外周处于预设温度范围内。 说明书 : 一种保温抗压的原油输送管道技术领域[0001] 本发明涉及原油输送技术领域，尤其涉及一种保温抗压的原油输送管道。背景技术[0002] 原油输送是指将原油从开采地点运输到炼油厂、储存设施或其他目的地的过程，这一过程通常通过管道系统来完成，因为管道输送具有高效、经济和环境友好的特点，通过优化输送方案和管道设计，可以减少能源消耗和运营成本，高效的输送方法可以加快原油的周转速度，提高整个供应链的效率。[0003] 我国海域出产的原油含蜡量高且十分黏稠，例如陆丰22?1油田的含蜡原油的凝点超过了43℃，旅大5?2北油田的超稠原油即使在50℃时的黏度也高达36000～53000mPa·s，因此，我国海域出产的此类原油在长距离海底运输过程中常常面临原油胶凝、石蜡沉积管道承压较大等影响原油正常运输的安全性问题。[0004] 现有技术中提供的原油运输管道一般通过管道加厚的方式提升输送管道的抗压性，或者在原油输送管道内部设置伴热块对其进行温度维系，但是无论是管道加厚还是伴热层加热都只解决的海油运输过程中的部分技术问题，无法将两者技术优势进行结合，达到既能提高原油运输管道的抗压性，又能降低原油运输管道加热成本的目的，无法很好的平衡原油输送管道的抗压结构成本和加热成本，因此，本发明提出一种保温抗压的原油输送管道用以解决现有技术中存在的问题。发明内容[0005] 针对上述问题，本发明的目的在于提出一种保温抗压的原油输送管道，解决了现有技术中提供的原油运输管道无法在提高原油运输管道抗压性的同时又能降低原油运输管道加热成本的问题。[0006] 为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种保温抗压的原油输送管道，包括输送内管，所述输送内管外围设有保温抗压层，所述保温抗压层外围固定有管道外壳，所述输送内管和保温抗压层之间固定有加热件，所述保温抗压层包括由内向外依次分布的第一结构层、第二结构层和第三结构层，所述第一结构层包括第一环形基带和阵列分布于第一环形基带外侧壁的第一压块，所述第二结构层包括第二环形基带、第二压块和第五压块，所述第二压块和第五压块分别阵列分布于第二环形基带内外两侧壁，所述第三结构层包括第三环形基带和阵列分布于第三环形基带内侧壁的第四压块。[0007] 进一步改进在于：所述第一结构层、第二结构层和第三结构层分别开设有第一贯通孔、第二贯通孔和第三贯通孔，所述第一贯通孔、第二贯通孔和第三贯通孔在空间上呈相互错位分布，输送内管与管道外壳之间做抽真空处理。[0008] 进一步改进在于：所述第一压块的高度和第二压块的高度不同，所述第一压块和第二压块相互嵌合。[0009] 进一步改进在于：所述第四压块的高度和第五压块的高度不同，所述第四压块和第五压块相互嵌合。[0010] 进一步改进在于：所述加热件包括安装环和结构块，所述结构块阵列分布于安装环外侧壁。[0011] 进一步改进在于：所述第一结构层内壁阵列分布有第三压块，所述第三压块与结构块相互嵌合。[0012] 进一步改进在于：所述第三环形基带外壁阵列分布有第六压块，所述保温抗压层的制备材料选自气凝胶、氧化锆陶瓷纤维板或阻燃型硅橡胶中的其中一种。[0013] 进一步改进在于：所述加热件自带温控组件，所述加热件通过自带的温控组件监控并维持输送内管的外周处于预设温度范围内。[0014] 本发明的有益效果为：本发明具备以下优点：[0015] 通过保温抗压层中设置的相互结合的第一压块和第二压块的相互结合，提升所述的原油输送管道的抗压性能，其保温抗压层为层级结构，至少包括第一结构层、第二结构层和第三结构层，利用第一结构层、第二结构层和第三结构层的嵌合结构提升抗压性能，且保温抗压层还能对加热件产生的热交换能进行保温，使得本发明兼具抗压性和保温性；[0016] 通过第一压块和第二压块的高度差的设置使第一结构层与第二结构层之间形成间隙，为第一压块的压缩提供一定的压缩量，使得抗压性能得到进一步的提升，同时第一结构层与第二结构层之间的间隙还能有效扩展所述的保温抗压层的气体通道，降低第一结构层与第二结构层之间的热传导性，以提升保温抗压层的保温效果；[0017] 保温抗压层的多层结构层之间提供贯通孔结构，从而将保温抗压层的固相结构转变为多孔道的气相和固相相结合的结构，随着气相孔洞结构的提升，保温抗压层的热传导性能不断下降，而热辐射传热上升，从而使得本发明的保温效果进一步提升；[0018] 加热件的结构也设计为嵌合样式，提升保温抗压层与加热件的结合紧密度，同时加热件包覆于输送内管，降低加热件的热量损耗，使加热件直接对所述的输送内管进行加热，降低长距离原油管道运输的加热成本。附图说明[0019] 图1是本发明实施例中的原油输送管道的立体结构示意图；[0020] 图2是本发明实施例中的原油输送管道爆炸分解示意图；[0021] 图3是本发明实施例中的第一压块的三种形状示意图；[0022] 图4是本发明实施例中的原油输送管道的平铺示意图；[0023] 图5是本发明实施例中的原油输送管道的纵向温度分布云图；[0024] 图6是本发明实施例中的原油输送管道的横线温度分布云图。[0025] 其中：1、输送内管；2、保温抗压层；3、管道外壳；4、加热件；21、第一结构层；22、第二结构层；23、第三结构层；41、安装环；42、结构块；211、第一环形基带；212、第一压块；213、第一贯通孔；214、第三压块；221、第二环形基带；222、第二压块；223、第二贯通孔；224、第五压块；231、第三环形基带；232、第四压块；233、第三贯通孔；234、第六压块。具体实施方式[0026] 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作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。[0027] 参见图1、图2、图3、图4，本实施例提供了一种保温抗压的原油输送管道，包括从内向外依次分布的输送内管1、加热件4、保温抗压层2和管道外壳3，输送内管1内部用于原油输送，管道外壳3用于对针体结构进行封装和防护，保温抗压层2用于抵抗深海的高压力，具体包括第一结构层21、第二结构层22和第三结构层23，且第一结构层21、第二结构层22和第三结构层23由内向外依次分布，本实施例采用三层结构，实际使用时根据实际需要可采用四层结构和五层结构等，第一结构层21设置于加热件4外围，第二结构层22设置于第一结构层21外围，第三结构层23设置于第二结构层22外围，管道外壳3设置于第三结构层23外围，通过在输送内管1和保温抗压层2之间设置加热件4，来向输送内管1提供热交换能，用以维系输送内管1的温度，从而使输送内管1内原油的温度维持在胶凝和析蜡的温度以上，保证原油运输的过程中的流动性，通过在加热件4和管道外壳3之间设置由第一结构层21、第二结构层22和第三结构层23构成的保温抗压层2，利用第一结构层21、第二结构层22和第三结构层23的层级嵌合结构提升抗压性能，且保温抗压层2还能对加热件4产生的热交换能进行保温，使得原油输送管道兼具抗压性和保温性；[0028] 第一结构层21包括第一环形基带211、第一压块212和第三压块214，其中第一压块212阵列分布于第一环形基带211外侧壁，第三压块214阵列分布于第一环形基带211内侧壁，第一压块212和第三压块214在空间上相互错位；[0029] 第二结构层22包括第二环形基带221、第二压块222和第五压块224，其中第二压块222阵列分布于第二环形基带221内侧壁，第五压块224阵列分布于第二环形基带221外侧壁，第二压块222和第五压块224在空间上相互错位；[0030] 第三结构层23包括第三环形基带231、第四压块232和第六压块234，其中第四压块232阵列分布于第三环形基带231内侧壁，第六压块234阵列分布于第三环形基带231外侧壁，第三结构层23通过第六压块234与管道外壳3固定连接，提高空洞率及抗压效果。[0031] 本发明中的第一压块212、第二压块222、第三压块214、第四压块232、第五压块224和第六压块234的形状均选自三角形、四边形或六边形中的一种，本实施例中的第一压块212、第二压块222、第三压块214、第四压块232、第五压块224和第六压块234均呈三角形设计，稳定性更高，提升层级嵌合结构之间的抗侧弯性能。[0032] 第一结构层21、第二结构层22和第三结构层23分别开设有第一贯通孔213、第二贯通孔223和第三贯通孔233，其中第一贯通孔213开设于第一环形基带211并贯通第三压块214，第二贯通孔223开设于第二环形基带221并贯通第五压块224，第三贯通孔233开设于第三环形基带231并贯通第四压块232，且第一贯通孔213、第二贯通孔223和第三贯通孔233在空间上呈相互错位分布，用以形成错位的热辐射路径，使热辐射在第一贯通孔213和第二贯通孔223之间相互折射，使热辐射路径变长，温度散发变慢，而通过在结构层之间提供贯通孔结构，从而将保温抗压层2的固相结构转变为多孔道的气相和固相相结合的结构，随着气相孔洞结构的提升，保温抗压层2的热传导性能不断下降，而热辐射的占比增加，热传导的占比减少，从而使得原油输送管道的保温效果进一步提升；[0033] 本实施例的输送内管1与所管道外壳3之间做抽真空处理，即保温抗压层2的各贯通孔和第一结构层21与第二结构层22之间的间隙处于真空状态，由于真空状态的热辐射强于空气，热量不会损失在空气分子、尘埃等微粒的散射和吸收过程中，通过真空使热量在发热元件和保温元件之间多次相互辐射，减少辐射过程中的热量损耗，使原油输送管道的保温效果得到进一步提升。[0034] 第一压块212的高度和第二压块222的高度不同，且第一压块212和第二压块222相互嵌合，使得第一结构层21和第二结构层22能相互结合。[0035] 第四压块232的高度和第五压块224的高度不同，且第四压块232和第五压块224相互嵌合，使得第二结构层22和第三结构层23能相互结合。[0036] 加热件4包括安装环41和结构块42，结构块42阵列分布于安装环41外侧壁，安装环41的内壁与输送内管1内壁固定连接，第三压块214与结构块42相互嵌合，使的加热件4能与第一结构层21相互结合。[0037] 本发明中保温抗压层2的制备材料选自气凝胶、氧化锆陶瓷纤维板或阻燃型硅橡胶中的其中一种，本实施例选用气凝胶作为保温抗压层2的制备材料。[0038] 加热件4自带温控组件，选自加热丝、加热板或加热管道中的其中一种，本实施例选用加热板作为加热件4，加热件4通过自带的温控组件监控并维持输送内管1的外周处于预设温度范围内。[0039] 本实施例中，具有贯通孔的保温抗压层2的热导率公式为：[0040] λe=λg*V+(1?V)*λs[0041] 其中，λe为材料的有效热导率，单位为W/(m·k)，λg为气相热导率，单位为W/(m·k)，λs为固相和气相之间有效热导率，单位为W/(m·k)，V为材料的显气孔率，单位为(%)。[0042] 同时，本本实施例还对热辐射进行了考虑，其公式为：[0043] Eb=σ0*T4[0044] 其中，Eb为辐射能，单位为W/(m·k)，σ为玻尔兹曼常数，为566.88×10?10W/(m·k)，T为热力学温度，单位为(K)。[0045] 随着保温抗压层2的贯通孔率的不断增大，使保温抗压层2的热辐射传导越大，进而降低热量的逸散，使保温效果更好，降低加热件4的加热成本。[0046] 同时，本实施例的各贯通孔采用错位间隔设置，参见图2，使得热能辐射在各贯通孔能不断折射，进一步降低热能的逸散，提高保温效果。[0047] 为了对本实施例的第一压块212的工作原理进行说明，参见图3所示为本实施例提供的第一压块212的可选形状示意图。[0048] 图3中的（a）部分为三角形，图3中的（b）部分为四边形，图3中的（c）部分为六边形，为了使本实施例提供的保温抗压层2的效果更好，选优贯通孔占比最大的结构组成。[0049] 如图3示出的内接于三角形、四边形和六边形的圆形孔，可使贯通孔在第一压块212的占比最大，从而使保温抗压层2获取最小的导热率。[0050] 同时，本实施例还采用了多层级的保温抗压层2的嵌合结构，使不同层级的保温抗压层2的贯通孔相互错位，从而使原油输送管道的热量辐射的扩散越。拥既嚷屎腿确淞椒矫婀餐档驮褪渌凸艿赖娜攘恳萆，使原油输送管道的多层级保温抗压层2的保温效果更好。[0051] 此外，三角形、方形和六边形的结构设计，将提高原油输送管道的抗侧弯性能，实际上，原油输送管道在海底时并未完全笔直，且海底的洋流也来自四面八方，从而使得原油输送管道结构四面八方的压力以及随时可能存在的洋流冲力，三角形、方形和六边形的结构设计，将能使所述的保温抗压层2的抗侧弯性能得到有效提升，可有效应对海底复杂的洋流环境。[0052] 本实施例中各结构层的压块采用邻接阵列的方式排布，如第一结构层21的第一压块212为三角形时，则采用三角形邻接拼接的方式形成阵列，最终覆盖整个第一环形基带211的一侧面的表面，依次类推，方形结构和六边形结构也可采用邻接拼接的方式形成阵列。[0053] 为了对本实施例中的保温抗压层的各层级布局进行说明，参见图4所示为本实施例提供的一种保温抗压的原油输送管道的平铺示意图，值得说明的是，为了使各层级结构更加直观，图4将环状的原油输送管道转变为平铺状，并不影响对所述的原油输送管道的结构表达。[0054] 具体的，参见图4中的（d）部分所示，第一结构层21与第二结构层22之间，第二结构层22与第三结构层23之间设置有间隙，即第一压块212的高度H1＜第二压块222的高度H2，或第一压块212的高度H1＞第二压块222的高度H2。[0055] 本实施例通过间隙结构的设计，各层级的相互嵌合的压块之间具有一定的压缩余量，提高各层级在应对洋流压力时的柔性，提高保温抗压2层的使用寿命，同时，各层级之间的间隙结构设计，还将扩展各贯通孔的热辐射反射路径，使热辐射在间隙结构和与之相邻的贯通孔之间反射，提高保温效果。[0056] 进一步的，结构块42的高度H3＜第三压块214的高度H4；[0057] 可选的，所述的第一贯通孔设置于第三压块214，使得加热件4与第一结构层21之间形成孔洞加间隙的热辐射反射结构，降低热辐射的传热率，同时，间隙结构还能有效避免加热件4与第一结构层21直接接触，仅部分的第三压块214与加热件4接触（第三压块214设置有第一贯通孔213，接触面积进一步缩。，极大降低了加热件4对第一结构层21的热传导接触，使得加热件4对外界热量的传播率较低，使得保温效果更好。[0058] 为了对本发明的技术效果进行说明，请参阅图5所示为本发明实施例提供的一种保温抗压的原油输送管道纵向温度分布云图，以及图6所示本发明实施例提供的一种保温抗压的原油输送管道横向温度分布云图。[0059] 本实施例取输送内管1的内流场进行试验，原油温度设置为90℃，流速1m/s，电伴热带提供温度加热，保障原油温度高于凝点温度，设置电电伴热带温度为300℃，并将管道外壳3外部置于水流流速5℃，速度为1m/s的海底，从图5和图6的温度分布云图可以直接判断隔热层的效果，隔热层材料的导热系数决定了热量的传递速度和效率，当导热系数高时，流道内的温度变化会更加明显，温度分布云图上会出现明显的温度梯度，通过图5可以看出，随着原油输送管道的延伸，温度出现了一系列变化，其电伴热带所在的管道附近，可以明显看到温度变化，为原油提供所需的热量。[0060] 在保温抗压层2的真空处（贯通孔），其换热效果更佳不明显，从而使电伴热带提供的热量高质量的对原油运输管道进行换热，提升原油温度。同时，在剖孔以及冗余设计产生的空隙处温度云图可知，热辐射的影响远远小于热传导的影响，而热传导的换热在设计波动范围内，其结构在隔热方向的效果表现良好。[0061] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

专利地区：海南

专利申请日期：2024-09-27

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118856154B