一种箱式海底天然气水合物加热分解装置论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，属于新能源开采技术领域，包括底座、左箱盖、右箱盖、电磁加热控制器及依次连接的输送管进口端、电机A、无轴螺旋输送叶片、电磁加热管、电机B、电机C、电机D、输送管出口端。本实用新型设置的电磁加热管利用电磁感应加热原理可以有效地将刚收集到海底平台的天然气水合物混合物加热，降低流体黏度，促进气体流动，使天然气水合物充分分解，释放出甲烷气体，便于后续的分离操作；电磁加热管内含无轴螺旋输送叶片，便于混合物的输送，防止管底杂质的淤积。本实用新型具有结构简单、使用方便、实时可控、工作高效、节约能源等优点。

主设计要求

1.一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，包括底座、箱盖、管线系统，其特征在于，所述箱盖分为左箱盖和右箱盖，均固定在底座上，左箱盖和右箱盖结构对称，均为底部和一侧开口，侧面的开口相互连接；所述管线系统设置于箱盖内，管线系统包括电机、电磁加热管、电磁加热控制器，所述电机设有无轴螺旋输送叶片，在无轴螺旋输送叶片外套设有电磁加热管，电磁加热管的两端分别延伸到箱盖外侧；所述电磁加热管由内到外依次为内管、绝热层、电磁线圈、外管，其中内管电磁线圈连接到电磁加热控制器。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，其特征在于，所述电机有4个，分为电机A、电机B、电机C、电机D，每个电机均设有无轴螺旋输送叶片和套在无轴螺旋输送叶片外侧的电磁加热管，4组电磁加热管中有三组相互连接形成矩形，在未连接的相邻的两组电磁加热管上，分别设置旁通管并连接到箱盖外侧，一个旁通管作为管线入口，另一个作为管线出口，电磁加热控制器设置于矩形的4组电磁加热管中部。

3.根据权利要求2所述的一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，其特征在于，所述电磁线圈内部结构由内到外依次冷却管、导线、绝缘层，导线均布在冷却管外围，绝缘层将导线和冷却管包裹在内。

4.根据权利要求3所述的一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，其特征在于，电机下部设有电机底座，电机底座带有电机定位螺栓孔并连接在底座上，且底座上还设有多个U型的定位卡箍，将4组电磁加热管固定在底座上。

5.根据权利要求4所述的一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，其特征在于，电磁加热控制器内含冷却液循环泵，冷却液循环泵与冷却管相连。

6.根据权利要求5所述的一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，其特征在于，所述左箱盖、右箱盖均设置连接沿，左箱盖的连接沿上设置有若干个圆柱槽体，右箱盖的连接沿上设置有与圆柱槽体相配合的定位销，箱盖与箱盖之间、箱盖与基座之间均附有密封材料，叠加后采用螺栓连接，该结构设计既便于安装，又保证了良好的密封性。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及新能源开采技术领域，具体涉及一种箱式海底天然气水合物加热分解装置。

背景技术

天然气水合物(可燃冰)是一种清洁高效、储存量大的新能源，广泛分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。世界上天然气水合物的总资源量相当于全球已知煤、石油和天然气的2倍，可满足人类1000年的需求。它将是21世纪人类最重要的能源。

但是，天然气水合物的发现在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战。要想对天然气水合物进行利用，必须将其从海底运送至海面，在运送过程中，可燃冰所处的环境条件会发生明显的变化，压力降低、温度升高，导致甲烷气逸出，固态可燃冰便趋于崩解。不仅无法将海底天然气水合物作为能源加以利用，而且如果让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去，其强烈的温室效应会造成气候异常和海面上升，会严重威胁人类赖以生存的环境。另外，固结在海底沉积物中的天然气水合物，一旦条件变化使甲烷气从天然气水合物中释出，还会改变沉积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性，使海底软化，会出现大规模的海底滑坡、海沟坍塌等严重事故。因此，如果开采不当，后果绝对是灾难性的。

为了获取这种清洁能源，国内外对天然气水合物的开采都竞相加快加深研究，现有的天然气水合物开采可燃冰的方法设想有：热解法、降压法及二氧化碳置换法等。

针对海底浅层天然气水合物，有学者提出固体开采法，进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是，首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相，采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆，然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理，促使天然气水合物彻底分解，从而获取天然气。在初步获取天然气过程中面临工序繁杂，常规加热方法热量损失大，费用昂贵等问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种结构简单、使用方便、实时可控、工作高效、节约能源和空间的一种箱式海底天然气水合物加热分解装置。

本实用新型的技术方案是：

一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，包括底座、箱盖、管线系统，所述箱盖分为左箱盖和右箱盖，均固定在底座上，左箱盖和右箱盖结构对称，均为底部和一侧开口，侧面的开口相互连接；所述管线系统设置于箱盖内，管线系统包括电机、电磁加热管、电磁加热控制器，所述电机设有无轴螺旋输送叶片，在无轴螺旋输送叶片外套设有电磁加热管，电磁加热管的两端分别延伸到箱盖外侧；所述电磁加热管由内到外依次为内管、绝热层、电磁线圈、外管，其中内管、电磁线圈均与电磁加热控制器连接。

进一步的，所述电机有4个，分为电机A、电机B、电机C、电机D，每个电机均设有无轴螺旋输送叶片和套在无轴螺旋输送叶片外侧的电磁加热管，4组电磁加热管中有三组相互连接形成矩形，在未连接的相邻的两组电磁加热管上，分别设置旁通管并连接到箱盖外侧，一个旁通管作为管线入口，另一个作为管线出口，电磁加热控制器设置于矩形的4组电磁加热管中部；结合计算分析与标准(TH122-62)，选择电机型号为：YVP132M-4的变频调速三相异步电动机，额定功率为7.5KW，同步转速为1500r\/min。

进一步的，所述电磁线圈内部结构由内到外依次冷却管、导线、绝缘层，导线均布在冷却管外围，绝缘层将导线和冷却管包裹在内。

进一步的，电机下部设有电机底座，电机底座带有电机定位螺栓孔并连接在底座上，且底座上还设有多个U型的定位卡箍，将4组电磁加热管固定在底座上。

进一步的，电磁加热控制器内含冷却液循环泵，冷却液循环泵与冷却管相连。

进一步的，所述左箱盖、右箱盖均设置连接沿，左箱盖的连接沿上设置有若干个圆柱槽体，右箱盖的连接沿上设置有与圆柱槽体相配合的定位销，箱盖与箱盖之间、箱盖与基座之间均附有密封材料，叠加后采用螺栓连接，该结构设计既便于安装，又保证了良好的密封性。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型所提供的加热分解装置应用于天然气水合物海底开采平台，利用电磁感应加热原理可以有效地将刚收集到海底平台的天然气水合物混合物加热，减少热量损失，降低流体黏度，促进气体流动，使天然气水合物充分分解，释放出甲烷气体，便于后续的分离操作，在海底直接进行泥沙回注，提高了能源利用率与开采效率。

(2)本加热分解装置结构简单，使用方便、实时可控、工作高效，易于实施，可实现海底浅层天然气水合物的连续加热分解。

(3)4组电磁加热管首尾相连，形成矩形，节约空间，让装置更加扁平化，电磁加热控制器设置于矩形中部，便于控制4组电磁加热管，且每一组电磁加热管都带有无轴螺旋输送叶片，能够有效实现输送的连续性，防止管底杂质的淤积，而且不会导致一级无轴螺旋输送叶片过长。

附图说明

图1是本实用新型的组装示意图；

图2是为本实用新型所述左箱盖结构示意图；

图3是为本实用新型所述右箱盖结构示意图；

图4是为本实用新型内部结构示意图；

图5是为本实用新型所述无轴螺旋输送叶片结构示意图；

图6是为本实用新型所述电磁加热管的中心剖面图；

图7是为本实用新型所述电磁线圈的横截面剖面图。

附图标记：

1、底座；2、底座定位螺栓孔；3、输送管进口端；4、法兰盘A；5、底座吊耳；6、法兰盘B；7、输送管出口端；8、箱盖吊耳；9、左箱盖；10、右箱盖；11、连接沿；12、螺栓通孔；13、圆柱槽体；14、定位销；15、电机B；16、定位卡箍；17、电磁加热控制器；18、电磁加热管；19、电机A；20、电机D；21、电机C；22、电机底座；23、电机定位螺栓孔；24、电机轴；25、无轴螺旋输送叶片；26、内管；27、绝热层；28、电磁线圈；29、外管；30、冷却管；31、导线；32、绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1-7所示，一种箱式海底天然气水合物加热分解装置，包括底座1、左箱盖9、右箱盖10、电磁加热控制器17及依次连接的输送管进口端3、电机A19、无轴螺旋输送叶片25、电磁加热管18、电机B 15、电机C 21、电机D 20、输送管出口端7。所述左箱盖9、右箱盖10均设置连接沿11，左箱盖9的连接沿上设置有若干个圆柱槽体13，右箱盖10的连接沿上设置有与圆柱槽体13相配合的定位销14，箱盖与箱盖之间、箱盖与底座之间均附有密封材料(密封材料为密封胶垫，通过螺栓连接压紧实现密封，必要时在底座上设置用于安放密封胶垫的槽)，叠加后在螺栓通孔12处采用螺栓连接；所述电磁加热控制器17分别与电磁线圈28、电机A 19、电机B 15、电机C 21、电机D 20连接，电磁加热控制器17通过实时监测电磁加热管18内流体的温度与流速从而控制加热的功率与时间；所述电磁加热管内部结构依次为内管26、绝热层27、电磁线圈28、外管29，使电磁加热管18呈“口”字型走向的矩形结构；所述电机A 19、电机B 15、电机C 21、电机D 20和四节首尾相连的无轴螺旋输送叶片25可以为加热过程提供充足的辅助动力，便于混合物的输送，防止管底杂质的淤积；所述电磁线圈28内部结构由内到外依次冷却管30、导线31、绝缘层32，导线31均布在冷却管30外围，绝缘层32将导线31和冷却管30包裹在内。

本实用新型在使用时，将刚收集到海底平台的天然气水合物混合物通过输送管进口端3进入该热分解装置。在四节首尾相连的无轴螺旋输送叶片25的作用下，混合物获得足够的动力；混合物在电磁加热管18中时，电磁加热管18利用电磁感应加热原理(即加热时，电磁线圈28中通入高频交变电流，如300-1000MHz，电磁线圈28周围便产生交变磁场，交变磁场的大部分磁力线通过由磁敏感材料制作的内管26，从而产生涡旋电流，涡旋电流的焦耳热效应使内管26升温，从而实现加热；同时，绝热层27减少了内管热量散失)可以有效地将其加热，降低了流体黏度，促进了气体流动，使天然气水合物充分分解，释放出甲烷气体；混合物流过呈“口”字型走向的电磁加热管18后，到达输送管出口端7，分解后的天然气水合物从输送管出口端7流出，通过管道进入分离器，从而进行后续的分离操作。在工作过程中，电磁加热控制器17通过实时监测电磁加热管18内流体的温度与流速从而控制加热的功率与时间；电磁加热控制器17实时检测导线31的温度，从而自动控制冷却管30内冷却液的工作与否，防止导线31过热，引起线路故障。

所述电磁加热控制器为市售的常规电磁加热控制器，如KOE公司生产的5-8KW电磁加热控制器，其连接方式也为现有技术的常规方案，同时设有配套的供电模块，供电模块采用海底电缆模式从对应配套本实用新型的海面装置(采集船)上进行供电。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

设计图

一种箱式海底天然气水合物加热分解装置论文和设计

一种箱式海底天然气水合物加热分解装置论文和设计

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢