一种适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道

1.本发明涉及石油开采技术领域，尤其是一种适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道。


背景技术：

2.现代社会中，石油早已与人们的生活息息相关。在石油生产过程中，寒冷地区的石油开采所面临的一个实际问题是：由于地下油层粘稠，无法高效抽取，在环境温度过低时，石油会出现冻结现象，导致石油运输管道无法正常输送石油。
3.为了保证石油在低温条件下的正常输送，通常在运输途中设有石油加热站、或者使用电热片加热输送管道、设置多保温层对管道进行保温处理等，也有采用高压蒸汽或乳化剂稀释的办法解决石油受冷粘稠的问题，这不仅增加了运输成本，浪费资源，而且也提高了石油前后处理的分离成本，因此如何让石油运输管道抵御外界温度的变化、适应在寒冷气候下长距离输送石油已成为石油开采过程中的关键问题所在。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道，包括管道本体，围绕管道本体外周由内到外依次设有石墨烯碳纳米涂料层、保温隔热层及柔性光伏层，管道本体下半部内壁上设有温差发电制热单元。
6.石墨烯碳纳米涂料层贴合管道本体外周面，保温隔热层包覆在石墨烯碳纳米涂料层外周面，柔性光伏层位于保温隔热层的外周；所述的柔性光伏层外周设有钢化玻璃层，钢化玻璃层与柔性光伏层之间填充有高透光气凝胶。
7.所述的温差发电制热单元包括贴合在管道本体下半部内壁上的加热层，所述加热层线路连接有感知温度差发电的温差芯片，温差芯片连接有蓄电池，蓄电池一端与柔性光伏层线路连接，蓄电池另一端连接石墨烯碳纳米涂料层。
8.柔性光伏层上的光伏电池板将太阳能吸收之后转换为电能，一部分直接提供给内层的石墨烯碳纳米涂料层使用，剩下的部分供给蓄电池存储起来；石墨烯碳纳米涂料层利用柔性光伏层提供的电能，其内的石墨烯碳纳米材料可以将电能转换为热能，从而对管道本体外周面进行加热。
9.当管道本体内外两面温差过大时，温差发电制热单元的温差芯片就会检测到温度的变化，加热层就对管道本体内部进行加热。
10.所述的柔性光伏层与保温隔热层之间设有多孔陶瓷层，利用陶瓷的耐腐蚀性、耐温性能以及耐热冲击性能，减少运行阻力，提高管道本体的耐磨性能和热稳定性，同时多孔陶瓷层里面的空隙相当于微通道散热器，可通过空气对流对柔性光伏层内的光伏电池板散热。
11.本发明的有益效果是：本发明通过柔性光伏层将太阳能转换为电能，提供给石墨烯碳纳米涂料层，对管道本体外周壁进行加热，而温差发电制热单元的加热层可对管道本体的内壁面进行加热，两者结合对管道进行进行加热，防止管道内的石油出现冻结现象，从而确保在寒冷气候条件下石油输送管道正常输送石油。
附图说明
12.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
13.图1是本发明的结构示意图。
14.图2是本发明所述温差发电制热单元的结构示意图。
15.图中：1.管道本体，2.石墨烯碳纳米涂料层，3.保温隔热层，4.柔性光伏层，5.多孔陶瓷层，6.钢化玻璃层，7.高透光气凝胶，8.温差发电制热单元，9.加热层，10.粘结层，11.温差芯片，12.蓄电池。
具体实施方式
16.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
17.如图1、图2所示的一种适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道，包括管道本体1，围绕管道本体1外周由内到外依次设有石墨烯碳纳米涂料层2、保温隔热层3及柔性光伏层4。
18.所述的石墨烯碳纳米涂料层2贴合管道本体1外周面，保温隔热层3包覆在石墨烯碳纳米涂料层2外周面，柔性光伏层4位于保温隔热层3的外周；所述的柔性光伏层4与保温隔热层3之间设有多孔陶瓷层5。
19.所述的柔性光伏层4外周设有钢化玻璃层6，钢化玻璃层6与柔性光伏层4之间填充有高透光气凝胶7。
20.位于管道本体1下半部内壁上设有温差发电制热单元8，所述的温差发电制热单元8包括通过粘结层10粘贴在管道本体1下半部内壁上的加热层9，所述加热层9线路连接有通过感知管道本体1内外温度差而发电的温差芯片11，温差芯片11连接有蓄电池12，蓄电池12一端与柔性光伏层4线路连接，蓄电池12另一端连接石墨烯碳纳米涂料层2。
21.柔性光伏层4上的钢化玻璃层6可以承载重量，防止灰尘、风沙进入，防止因环境因素破坏柔性光伏层4内的光伏电池组，增加光伏电池组的使用寿命。钢化玻璃层6与柔性光伏层4之间的高透光气凝胶7采用新型高透光、低导热的二氧化硅气凝胶，大幅提高了无聚光、非真空条件下的光热转换温度和效率。通过优化孔隙和粒径大小，这种二氧化硅气凝胶透光率可达到95％以上，肉眼甚至难以察觉该气凝胶的存在，具有高孔隙率，低密度和低热导率的特点。当太阳光照射至柔性光伏层4时，一部分太阳光直接被柔性光伏层4吸收，另一部分太阳光被反射到高透光气凝胶7上，然后，继续被反射到柔性光伏层4上被吸收，可以大幅降低传统光热转换系统的热损失，提高太阳光的利用效率。
22.温差发电制热单元8的加热层9黏贴在管道本体1下半部分的内壁上，石油生产过程中,凡是有粘稠的地方，石油需要加热开采和输送，则连接加热层9的温差芯片11可发挥作用，温差芯片11只要有1℃的温度差就可以发电，发电量与温度差成正比；其中热面温度
可达300℃、冷面温度达200℃的加热层9采用的高效加热器，可直接对石油加热，确保石油开采顺利进行。
23.石墨烯碳纳米涂料层2中的石墨烯碳纳米材料是起主要作用的材料，用于把电能转换为热能，从而加热管道本体1。
24.保温隔热层3，通常采用岩棉管或者复合硅酸盐材料进行保温，防水的岩棉管拥有着防潮性，憎水性和排温性等特殊的性能，适合在多雨的环境中使用，它拥有着强憎水性。而复合的硅酸盐的施工方法比较方便，不会对人体造成伤害，可以任意进行裁剪和卷动，它在运输方面也相对的安全可靠，损耗低。
25.本发明采用柔性光伏层4将太阳能转换为电能，供给到石墨烯碳纳米涂料层2上产生热量，同时，多余的电能可存储到蓄电池12内，管道本体1内外两面温差过大时，温差发电制热单元8就会加热管道本体1内部,当石油运输管道所在环境温度过低时，石墨烯碳纳米涂料层2会将电能转换为热能，加热管道本体1的外周面,使石油运输管道发热，其外的保温隔热层3起到保温的作用。
26.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。


技术特征：
1.一种适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道，包括管道本体，其特征是：围绕管道本体外周由内到外依次设有石墨烯碳纳米涂料层、保温隔热层及柔性光伏层，管道本体下半部内壁上设有温差发电制热单元；石墨烯碳纳米涂料层贴合管道本体外周面，保温隔热层包覆在石墨烯碳纳米涂料层外周面，柔性光伏层位于保温隔热层的外周；所述的温差发电制热单元包括贴合在管道本体下半部内壁上的加热层，所述加热层线路连接有感知温度差发电的温差芯片，温差芯片连接有蓄电池，蓄电池一端与柔性光伏层线路连接，蓄电池另一端连接石墨烯碳纳米涂料层。2.如权利要求1所述的适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道，其特征是：所述的柔性光伏层外周设有钢化玻璃层，钢化玻璃层与柔性光伏层之间填充有高透光气凝胶。3.如权利要求2所述的适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道，其特征是：所述的柔性光伏层与保温隔热层之间设有多孔陶瓷层。

技术总结
本发明涉及一种适用于低温条件下石油长途运输的内外耦合加热管道，围绕管道本体外周由内到外依次设有石墨烯碳纳米涂料层、保温隔热层及柔性光伏层，管道本体下半部内壁上设有温差发电制热单元，所述的温差发电制热单元包括贴合在管道本体下半部内壁上的加热层，所述加热层线路连接有温差芯片，温差芯片连接有蓄电池，蓄电池一端与柔性光伏层线路连接、另一端连接石墨烯碳纳米涂料层。本发明通过柔性光伏层将太阳能转换为电能，提供给石墨烯碳纳米涂料层对管道本体外周壁进行加热，加热层可对管道本体的内壁面进行加热，两者结合对管道进行进行加热，防止管道内的石油出现冻结现象，从而确保在寒冷气候条件下石油输送管道正常输送石油。输送石油。输送石油。


技术研发人员：杨洁 邓明星 余三松
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2022.01.06
技术公布日：2022/5/17