超导热管技术论文

超导热管技术论文（精选3篇）

超导热管技术论文 篇1

1 超导热洗简介

1.1 超导热洗工艺技术原理

超导加热器 (俗称清蜡机) 是油田抽油井洗井清蜡的专用设备。它采用超导传热技术, 用油井套管气 (天然气) 或柴油为热源, 将油井产出液 (或其它井补充液或水) 加热成高温蒸气 (或高温液) 注入套管环型空间。使油管内的产出液温度逐渐升高, 管壁结蜡自上而下逐渐融化, 随产出液进入输油管 (或油罐) 。内阻减小, 以达到稳定、降耗、节约成本、不污染油层的目的。

本加热器可清洗日产液量0.5-60m3的抽油机井。超导热洗可采用油井产出液自洗、补充水或其它井产出液方法洗井清蜡。两种方式均采用低压力, 低液量, 慢升温的热洗工艺。不改变油层的油、水、气流动规律, 不污染油层。

油井套压≥0.2Mpa, 自产气够用时, 可用油井自产气为热源, 油井有天然气管网, 可用

天然气做热源, 无天然气可用柴油为热源。

1.2 超导热洗装置介绍

(1) 产品为移动式设备。加热器安装在专用车上。

(2) 本加热器按热源分为燃气型、燃油型、燃气燃油两用型三种。

(1) 燃气型:洗井现场有天燃气管网 (压力0.03-0.04Mpa) , 可配备全自动燃气燃烧器和温度自控系统。洗井现场无天然气管网、但附近油井套压≥0.2Mpa, 自产气够用时, 可配备半自动燃气燃烧器和温度自控系统。

(2) 燃油型:无天然气或天然气不够用的油井, 可用柴油为热源、配备全自动柴油燃烧器和温度自控系统。

(3) 燃气燃油两用型:在同一洗井区域内, 有的井有天然气、有的井无天然气, 可选择燃气燃油两用型。配备燃气系统、燃油系统各一套。配备温度自控系统一套, 自产气够用就用自产气、自产气不够用则用柴油。

3 自动控制系统和安全措施

(1) 用加热器出口温控表控制燃烧器。温控装置会按照设定好的温度自动工作。温度高时自动关机停火, 温度低时自动开机加温。

(2) 用超导管温控表控制燃烧器, 当超导管温度达到设定值时, 自控系统将电源关闭、停机灭火。温度低时会自动接通电源、点火加温。

(3) 本加热器的超导管上装有自动泄压防爆装置, 一旦有特殊情况 (如温控表失灵或抽油机干抽) 造成温度上升至安全限度时, 自动防爆装置会自动泄压保障安全。

2 根据现场采取的几种热洗方式

方式1:油井液量在8-10方, 可以使用单井液对本井进行热洗, 热洗后需要罐车进行返蜡。

方式2:油井自身液量低, 可利用其他高液量油井对其进行热洗。热洗过程中如果管线状况好, 热洗油井可以直接进流程。如果管线状况不好可选择热洗井出液进罐车 (高回压、高存球井组) 。

方式3:井组油井液量低, 可采取多口油井热洗一口井的方式, 确保热洗液量充足。

3 超导热洗效果分析

(1) 2012年下半年五里湾二区进行超导热洗现场试验。通过对超导热洗40口井前后数据对比, 洗前平均液量为4.28方, 平均含水为17.5%。洗后平均液量为4.44方, 平均含水为17.4%。产量保持平稳。

(2) 热洗井上修情况。截止2012年12月31日超导热洗58井次, 热洗后上修的有8井次, 1口井杆体疲劳断, 1口捞换光杆。6口井固漏, 阀座有不同程度缝隙, 其中柳83-52有刺槽。其余各井生产正常。

柳71-65生产周期为547天, 热洗周期为96天, 日产液3.03方, 含水25.9%, 于2012-11-3日超导热洗, 为了评价超导热洗效果, 17日安排队伍起出油杆80根, 从现场情况看出, 油杆基本无结蜡, 热洗效果较理想。

柳77-62生产周期282天, 热洗周期148天, 日产液2.17方, 含水3.1%。于2012年11月17日超导热洗, 热洗后43天后2012年12月30日固漏检泵, 从现场起出油管杆情况看, 全井无结蜡现场, 热洗效果较理想。

4 超导热洗与常规热洗优缺点对比

超导热洗优点:1、利用油井本身液量, 减少产量损失, 减小地层污染, 不存在常规热洗含水恢复期, 同时减少拉油及反蜡车辆运费, 常规热洗洗一口井热洗车平均费用1300元, 返蜡车平均费用940元, 拉油车平均费用700元, 合计2940元, 超导热洗一口井2000元, 每口井节约费用940元, 一年按热洗200口井计算可节约费用18.8万元。2、加热器内外壳之间采用加厚保温层, 燃烧室内有真空超导换热管, 热效率高。自动化程度高, 热洗时的压力温度录取方便。3、燃料利用油井本身套管气, 节约燃油费用, 成本低。4、超导热洗装置小巧轻便, 热洗时不需要拉油车辆, 连接方便, 不同井场之间洗井效率更高。

超导热洗缺点:1、对于液量较低的 (小于5方) 油井, 液量跟不上, 热洗效果不理想。需要采用旁边油井补充液量。2、超导热洗车仪表控制和燃烧器工作需要外接井场电源, 存在一定的安全隐患。3、超导热洗车本身不具备对外提供动力功能, 对井下抽油泵的工作状况要求高, 超导热洗车热洗时, 在产液量和含水方面有一定的局限性。4、由于采用油井自身液量循环, 超导热洗一般为7～8小时, 而常规热洗一般为4小时左右。

5 结论及建议

(1) 超导热洗采用原井液量进行热洗, 与地层配伍性好, 对产量的影响较小。

(2) 超导热洗热效率高, 自动化程度高。

(3) 超导热洗只需一部车即可完成, 燃料利用油井自产天然气, 综合考虑减少了减少拉油车辆及反蜡车辆和燃油费用, 每口井节约费用940元, 并且连接方便, 移动轻便。

(4) 对于日产液小于2方的油井, 可以采用旁边油井补充液量。

(5) 该装置没有计量设施, 热洗过程中的循环液量不能直观的显示出, 可以在进口处安装流量计, 解决热洗计量的问题。

(6) 对于产气量大的油井, 热洗时容易产生套管气, 造成热洗时的循环压力升高, 油井的出液量降低, 甚至出现气锁现象, 对热洗不利, 可在套管的进口处加装放气阀解决套管气大的问题。

摘要：油井热洗清蜡是保证油井正常生产, 是改善井下杆管泵工作环境的重要手段之一。常规热洗清蜡技术存在几方面的问题:1、是常规热洗含水恢复期长, 对产量影响较大。2、是常规热洗容易污染地层。3、常规热洗动用车辆多, 笨重, 成本高。超导热洗工艺弥补了常规热洗的不足, 取得了良好的效果。

关键词：油井,清蜡,超导热洗,效果,对比

超导热管技术论文 篇2

1 锅炉应用超导热管换热器的价值分析

煤作为目前最主要的传统燃料, 它的燃烧会对环境造成严重的污染。据有关资料统计, 每节约1吨煤, 可减少CO2排放量约2.6吨;减少二氧化硫排放量约8.5Kg;减少氮氧化合物排放量约7.4Kg;减少一氧化碳 (CO) 排放约0.5Kg (CO按国际排放标准计算) 。

传统壳管式省煤器由于结露而引起硫酸腐蚀, 甚至穿孔现象时常发生, 严重影响锅炉的运行安全。目前的锅炉都是通过提高排烟温度来缓解结露和腐蚀现象的产生, 烟气温度居高不下。我们开展“超导热管换热器锅炉余热回收中的应用”研究, 正是通过开发新型、高效的超导热管换热器, 代替传统省煤器、空气预热器和普通热管换热器, 充分回收各类锅炉烟气以及其他余热, 从而提高锅炉等设备的热效率, 达到节能、减排和保护环境的目的。

2 热管换热器结构特点及工作原理

热管是一种传热性极佳的导热构件, 常用的热管由三部分组成:主体为一根封闭的金属管, 内部空腔内有少量工作介质和毛细结构。管内抽真空, 使其在非工作状态时保持真空。热管一般由管壳和内部工作液体组成。管壳是钢制的、抽成真空的密闭管壳;工质是经过与管壳相容性选择的液体。

热管换热器由两端密封的翅片管, 将热管元件按一定行列布置, 成束装在框架的壳体内, 用中间隔板将热管的加热段和散热段分隔开, 构成热管换热器。中隔板采用了有效的密封装置, 做到不渗漏, 热管原件便于组装、拆卸、清洗和更换。

超导热管的工作原理是热管一端受热时管内工质汽化, 汽化后蒸汽向另一端流动并遇冷凝结向散热区放出潜热。冷凝液借重力作用回流, 继续受热往复循环将大量热量从加热区传递到散热区, 热管内热量的传递是通过工质的相变以潜热的方式进行的。

3 超导热管换热技术的优越性

超导热管技术的优越性体现在以下几个方面:

3.1 适用范围广。

超导介质适用温度范围为60~1000℃。

3.2 节省钢材, 优化传热。

设计上可不考虑耐压强度, 只考虑传热性能、耐腐蚀和稳定性即可。

3.3 可消除导热死区。

水及其他液体工质在高温相变过程中和母管金属有不同形式的化学反应, 如水热管内就易产生氢气等不凝气体, 从而在热管上部形成导热死区, 影响传热效果, 而超导介质热管不存在此问题。

3.4 超导热管安装方便, 不受安装位置限制。

一般热管必须依靠重力实现液体的循环。超导热管可任意安装, 只要有温差就可传热。

3.5 良好的导热性。

导热速度快, 强度大, 效率高, 超导热管热量的传递随着温差增加而增加, 一般液体工质其汽相速度不能超过音速, 一旦达到音速, 即出现“阻塞”现象 (附图:热管热传递速率) 。

3.6 具有良好的等温性。

试验证明, 一根长2m的超导热管, 其一端置于80℃的热水中, 另一端置于无风的大气中, 热、冷两端温差不大于1℃;而同样条件下的一般液体 (如水) 工质热管, 热、冷两端温差高达4℃。这说明超导热管具有良好的等温性, 传热阻力小。

4 超导热管换热器运行特点

由热管组成的热管换热器具有以下特点:

4.1 热管换热器的冷、热流体完全分开流动, 可以比较容易实现冷、热流体的完全逆流换热:同时冷热流体均在管外流动, 由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数, 且两侧受热面均可采用扩展受热面, 所以, 用于品位较低的热能的回收非常经济。

4.2 对于含尘量较高的流体, 热管换热器可以通过调整热管结构尺寸, 扩展受热面形式, 以解决换热器的磨损、堵灰等问题。

4.3 热管换热器用于带有腐蚀性的烟气的余热回收时, 可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度, 使热管尽可能避开腐蚀性最严重的区域。

我们根据不同温差、工艺参数和管壳材质, 试验、研究、优化工质的选用, 达到提高传热效率和延长换热器使用寿命之目的。

通过使用新材料、碳钢热管内壁涂涂料、选用新型工质, 使我们新开发的新型热管换热器, 在保持高效传热的基础上具备了新的优势。超导热管的工作介质具有超常的热活性和热敏感性, 遇热而吸, 遇冷而放。这种热超导工质在一定温度下被激活, 并以分子震荡形式来传递热量, 它超强导热性能使其导热系数是一般金属的一万倍左右, 是水热管的十倍左右, 在传导方向上几乎没有温度的衰减并能以极快的速度传递 (超音速传递) 。

5 超导热管换热器的应用范围

该设备可广泛应用于燃气、燃油锅炉和立式、卧式燃煤锅炉, 以及其他利用余热回收的装置。

只要是有温差存在, 需要传导或交换热量的领域, 都可以运用超导余热回收技术解决, 而且比传统方式大幅节约能源和资源。新型超导热管换热器也可用于蒸汽冷凝水、锅炉排污水等低热液体的热量回收, 应用范围广泛。目前, 我们的研究已经取得良好效果, 新型热管换热器HCRG-XA、HCRG-XB型等已经在山东得到广泛认可。

6 超导热管换热器在锅炉节能中的应用效果分析

超导热管换热器对工业锅炉的余热回收主要是针对锅炉的烟气余热、蒸汽冷凝水余热等回收利用。

我们的研究开发的超导热管换热器已经取得良好效果, 新型超导热管换热器HCRG-XA、HCRG-XB型等已经在山东各地锅炉尾部烟道安装并投入使用, 在节能方面取得了理想的效果。北京节能环保中心对山东日照昌华公司蒸汽锅炉 (型号为SZL4-1.25-AⅢ) 使用近半年的超导热管换热器HCRG-4B的应用效果进行了全面的检测。经过测算, 得出如下结论:经检测SZL4-1.25-AⅢ型SZ4302号蒸汽锅炉安装HCRG-4B型余热回收器前, 平均热效率为72.01%, 安装后平均热效率为78.21%, 锅炉热效率提高了6.2%, 节约燃料率达9%以上。再如山东潍坊美林公司于2010年6月在6t/h蒸汽锅炉的尾部安装了超导热管换热器HCRG—6B后经过调试、检测证明, 该设备使用后, 可使锅炉的热效率提高6%, 节约煤约8.7%。该项目于2010年5月份国家质检总局组织专家鉴定, 该超导热管换热器技术的传热、节能效果达到国内先进水平。

7 结束语

材料导热系统多点测温技术的实现 篇3

随着社会和科技的进步和发展, 新材料及合成新材料不断涌现, 如何评价新材料的性能已成为重要的研究课题, 导热仪是通过测量导热系数来测定材料导热性能的仪器, 目前导热系数的获得主要是通过理论分析和试验得到, 因理论分析特别复杂且具有不确定性, 所以现今绝大多数材料通过实验得到。

本系统是在护热平板法的基础上进行了改进, 研制了一种新型双平板式导热性能检测系统, 检测对象主要为以建筑材料为代表的低导热系数的隔热材料。

1 温度检测传输显示模块总体设计方案

本材料导热性能检测系统是一种双平板隔热材料导热系数系统, 由支架、隔热材料试件夹装部件和温度检测传输显示模块组成, 其中温度检测传输控制模块由计量加热器温度传感器模块、防护温度传感器模块、冷板加热器温度传感器模块、智能处理器模块、可调功率模块和交流继电器模块, 两块热板对应于计量加热器安装位置的外侧端面共设置22路温度传感器, 两块热板对应于防护加热器安装位置的外侧共设置16路防护加热器温度传感器, 两块冷板与热板相对的内侧端面共设置6路冷板加热器温度传感器, 每个计量加热器温度传感器模块、防护加热器温度传感器模块和冷板加热器温度传感器模块的输出端连接智能处理器模块的输入模块, 计量加热器的电流数值和电压数值连接智能处理器模块的输入接口, 智能处理器模块的输出接口连接功率可调模块, 其输出端还分别连接两块冷板加热器、计量加热器和防护加热器, 智能处理器模块的输出接快由三个交流继电器组成, 该三个交流继电器的线圈均通过电压转换模块连接智能处理器模块的输出接口连接, 该三个交流继电器的常开触点分别连接隔热箱上面板气管上的电磁阀、隔热箱左面板板气管上的电磁阀和隔热箱右面板板气管上的电磁阀。智能处理器模块的输出接口经D/A转换器和一级放大电路控制变频器, 进而控制制冷压缩机, 最终实现冷板的变频制冷。

上位机为带有串口的计算机, 温度传感器使用的芯片为DS18B20, 智能处模块为Atmega64。

系统用ATmega64-16AC单片机[1]作智能部件, 包括多点温度检测电路、电磁阀及压缩机控制电路、加热控制电路、功率检测与调理电路、串口通信电路、电源管理模块等。

2 多点温度检测电路

为实现多点温度测量, 本系统采用6个M74HC4051[2], 可以实现48路温度的采集控制, 本系统采用了其中44路来实现对计量区22路温度采集, 防护区16路温度采集, 冷区6路温度采集。温度传感器采用数字温度芯片DS18B20[3]。M74HC4051是8通道模拟多路选择器/多路分配器, 工作电压为6V, 带有3个数字选择端, 1个低有效使能端, 8个独立输入/输出端, 在上限VCC和下限VEE之间摆动, 1个公共输入/输出端。其中, VEE将被连接到GND上 (一般是接地) 。DS18B20内部结构主要由:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器组成, DS18B20具有精度高、体积小、供电电压宽、单总线、组网容易等优点。

在具体电路中, 单片机ATmega64-16AC的7脚、8脚、9脚、29脚、33脚和34脚分别控制6个M74HC4051的低效使能端, 来控制某个M74HC4051选通, 30脚、31脚和32脚作为M74HC4051的输入端, 来控制某个温度传感器信号选通, 6个M74HC4051的输出端通过下拉电阻连接到单片机ATmega64-16AC的18脚, 将温度信号传送至单片机。

3 温度值确定方法

在下位机的采集程序[4]中, 温度值是这样确定的, 首先进行误采判断, 判断采集的温度是否是正常值, 即温度传感器在正常状态的测温值, 把不正确的 (一般表现为读取的十六进制数为00或者FF) 踢出。然后将剩下的取平均, 以保证所采集的温度是保护区的平均温度。温度采集数据见图3所示。

4 结论

本系统采用的多点温度检测系统由44个数字温度芯片DS18B20和6个M74HC4051及外围电路组成, 单片机ATmega64-16AC只需一个I/O就可以驱动44个DS18B20, 轻松的组建了传感器网络。DS18B20全数字化信号输出, 只需一线总线接口便送入ATmega64-16AC, 较传统的测温方法外围电路非常简单, 且该芯片具有物理化学性很稳定、通信协议简单、成本低、配置灵活、传输距离远和抗干扰性强等优点。

参考文献

[1]李华等.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1993:11-12.

[2]He Liming.The design of applying systems for single-chip computer[M].Bei Jing, Bei Hang University Press, 1990:53-55.

[3]何希才.传感器及其应用电路[M].北京:电子工业出版社, 2001:111-123.