一种双金属护套碳纤维加热电缆的制作方法

本实用新型属于加热电缆领域，特别涉及一种双金属护套碳纤维加热电缆。

背景技术：

近年来，由于国际石油资源开采和需求量越来越大，原高质油的储备越来越少，高蜡油勘测和开发逐渐成为石油开采的主流。以我国为例，截止目前我国境内共发现新油田40多处，大约2.6万口油井，但80％是“三高”油品，即含腊高(20-30％)、凝固点高(25℃～30℃)、粘度高(10-20厘帕)。因此即使原油开采到地面储油罐内，如何将原油(稠油在低于50℃结蜡)在管道、储油罐内流动，提升原油温度，以达到温度补偿，提高原油的流动性能，成为人们急需解决的难题。

早在上世纪70年代，辽河油田就开始用落地原油或液化气作为燃料明火燃烧加温，不仅浪费能源、环境污染，而且容易爆炸。80年代后则开始采用电加热棒加温，利用电能转换热能解决降低粘度，但电能耗量太大，增大了原油开采成本。节能、降低成本成为一大难题，也是石油开采过程中要迫切解决的问题。

公开号为cn205657854u公开了一种油井抽油杆碳纤维加热电缆，包括设在中心的铜导体，在铜导体外面依次设有导体绝缘层、碳纤维发热层、碳纤维绝缘层和外护套，所述导体绝缘层和碳纤维绝缘层内分别含有陶瓷橡胶层，在导体绝缘层上均布设有内环槽并在碳纤维发热层上位于每个内环槽处分别卡设有内卡箍，碳纤维发热层通过多个内卡箍与铜导体电联接，形成相互并联的多个电阻；在碳纤维绝缘层上均布有外环槽并在外环槽内分别设有外卡箍，碳纤维发热层通过多个外卡箍与外护套电联接，通过外护套接地形成所述多个电阻的并联回路；所述外卡箍分别位于相邻二个内卡箍的中间位置，所述外护套为钢带沿纵缝焊接拉制而成。

这种加热电缆存在如下问题：1、由于碳纤维发热层通过多个外卡箍与外护套电联接，通过外护套接地形成所述多个电阻的并联回路，即将外护套作为钢管电流回路，因此该加热电缆不具备防爆性能，无法用于油罐加热；2、由于该加热电缆的导体绝缘层和碳纤维绝缘层内均含有陶瓷橡胶层，利用该陶瓷橡胶作为绝缘层制成的加热电缆使用温度可达到600℃，但作为油罐加热电缆，需要长期使用温度达到800℃，因此该加热电缆无法用于油罐加热；3、由于所述碳纤维绝缘层由内至外依次由云母带绕包层、所述陶瓷橡胶层和绝缘外护层构成，而其工作时是通过碳纤维发热层通电发热后传导给碳纤维发热层进行发热的，但其碳纤维绝缘层严重影响了其热传导效率，因此该加热电缆发热效率低，升温速度慢。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种散热面积大，发热效率高，加热时间短，使用寿命长的双金属护套碳纤维加热电缆。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种双金属护套碳纤维加热电缆，包括由内至外依次布置的铜导体、第一绝缘层、碳纤维加热层、第二绝缘层、铜管导电层、第三绝缘层和外护套层；所述碳纤维加热层是由多股碳纤维丝圆周均布绞合而成；

所述第一绝缘层上沿该电缆纵向均布设有若干第一环形开口，第一环形开口的深度等于所述第一绝缘层的厚度；在每个第一环形开口处分别设有内卡箍，该内卡箍将所述铜导体与所述碳纤维加热层电联接；

所述第二绝缘层上沿该电缆纵向均布设有若干第二环形开口，第二环形开口的深度等于所述第二绝缘层的厚度；在每个第二环形开口处分别设有外卡箍，该外卡箍将所述碳纤维加热层与所述铜管导电层电联接；

所述铜导体和铜管导电层分别用于连接单相电的火线和零线，所述外护套层用于连接接地线；通过均布交错布置的内卡箍和外卡箍连接碳纤维加热层与铜导体和铜管导电层，使碳纤维加热层形成若干个相互并联且阻值相等的发热电阻。

作为进一步优选，所述铜管导电层采用无氧铜带纵缝氩弧焊接拉制而成，铜管导电层的截面积不小于铜导体的截面积，使铜管导电层电阻不大于铜导体电阻值，确保电缆运行无电势差，避免电缆使用时产生放电现象，提高工作稳定性。

作为进一步优选，所述外护套层为采用不锈钢带纵缝氩弧焊接拉制并挤压而成的不锈钢波纹管，以提高抗拉强度、增大散热面积。

作为进一步优选，所述第一、第二、第三绝缘层均为多层云母带搭接绕包而成且搭接率为15％～20％，第一、第二、第三绝缘层的厚度均为0.9～1.2mm。

作为进一步优选，所述碳纤维加热层是由六股碳纤维丝圆周均布绞合而成，绞合时节距比为25～28倍。

本实用新型的有益效果是：

1、由于该加热电缆包括由内至外依次布置的铜导体、第一绝缘层、碳纤维加热层、第二绝缘层、铜管导电层、第三绝缘层和外护套层；通过铜管导电层作为碳纤维加热层形成的发热电阻回路，通过第三绝缘层能够实现外护套层与内部的发热电阻回路之间的绝缘，因此防爆性能好，特别适合用于油罐等需要防爆的场合加热；而且由于采用了铜管导电层，提高了热传导性能，升温速度快。

2、由于碳纤维加热层是由多股碳纤维丝圆周均布绞合而成，而碳纤维丝为全黑体材料，其加热过程中没有可见光，电热转换效率高达98％，高温状态下使用不氧化，其单位面积的电流的负荷不发生改变；另外热传导速度与发热体表面积成正比，而每股碳纤维丝是由单根直径只有0.02mm的上万根碳纤维丝组成，其表面积之大是传统合金电热体无法可比的。因此，该碳纤维加热电缆与传统的合金电热体相比可实现节能达到30％以上，节能显著，散热面积大，发热效率高，加热时间短。

3、由于碳纤维加热层是由多股碳纤维丝圆周均布绞合而成，而碳纤维丝不仅自身发热效率高，而且抗拉强度高、耐高温，再加上铜管导电层和外护套层分别由铜带和不锈钢带沿纵缝焊接拉制而成，因此该碳纤维加热电缆成品长度长，抗拉强度高，使用寿命长；而且通过外护套层焊接成型后压制成波纹状，进一步增加了散热面积，提高了加热效率。

4、由于该加热电缆由内至外设有三层绝缘层，所述铜导体和铜管导电层分别用于连接单相电的火线和零线，所述外护套层用于连接接地线；而绝缘层长期使用温度可达800℃，因此该加热电缆耐高温效果好，使用安全性能高；

5、由于通过均布交错布置的内卡箍和外卡箍连接碳纤维加热层与铜导体和铜管导电层，使碳纤维加热层形成若干个相互并联且阻值相等的发热电阻，因此该该加热电缆工作时发热均匀，能够高效地进行热量传导，升温速度快。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的纵截面示意图；

图中：铜导体1；第一绝缘层2；碳纤维加热层3；第二绝缘层4；铜管导电层5；第三绝缘层6，外护套层7；内卡箍8；外卡箍9。

具体实施方式

如图1～2所示，本实用新型涉及的一种双金属护套碳纤维加热电缆，包括由内至外依次布置的铜导体1、第一绝缘层2、碳纤维加热层3、第二绝缘层4、铜管导电层5、第三绝缘层6和外护套层7；所述铜导体1为一根圆形金属铜杆，所述碳纤维加热层3是由多股碳纤维丝圆周均布绞合而成；作为优选，所述碳纤维加热层是由六股碳纤维丝圆周均布绞合而成，绞合时节距比为25～28倍。

所述第一、第二、第三绝缘层均为多层云母带搭接绕包而成且搭接率为15％～20％，第一、第二、第三绝缘层的厚度均为0.9～1.2mm。

在所述第一绝缘层2上沿该电缆纵向均布设有若干第一环形开口，第一环形开口的间距为15～30m，且深度等于所述第一绝缘层2的厚度；在每个第一环形开口处分别卡入内卡箍8，该内卡箍8将所述铜导体1与所述碳纤维加热层3电联接。

在所述第二绝缘层4上沿该电缆纵向均布设有若干第二环形开口，第二环形开口的间距为15～30m，且深度等于所述第二绝缘层4的厚度；在每个第二环形开口处分别卡入外卡箍9，该外卡箍9将所述碳纤维加热层3与所述铜管导电层5电联接。所述外卡箍9与内卡箍8均布交错布置。

所述铜管导电层5采用厚度为0.8±0.1mm的无氧铜带纵缝氩弧焊接拉制而成，铜管导电层5的截面积不小于铜导体1的截面积，使铜管导电层5电阻不大于铜导体1电阻值，确保电缆运行无电势差，避免电缆使用时产生放电现象，提高工作稳定性。

所述外护套层7为采用厚度为0.2～0.25mm的不锈钢带沿纵缝氩弧焊接拉制而成并挤压成不锈钢波纹管，以提高抗拉强度，同时增大散热面积。所述铜导体1和铜管导电层5分别用于连接单相电的火线和零线，所述外护套层7用于连接接地线；通过均布交错布置的内卡箍8和外卡箍9连接碳纤维加热层3与铜导体1和铜管导电层5，使碳纤维加热层3形成若干个相互并联且阻值相等的发热电阻。

所述双金属护套碳纤维防爆加热电缆与传统加热电缆的具体性能参数对比如下：

该加热电缆工作时通过碳纤维加热层形成的发热电阻，与铜导体和铜管导电层折射式并联连接，通电后碳纤维加热层将电能转换为热能，通过铜管导电层和不锈钢外护套层将热量传导给油罐内原油，达到对原油加热的目的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。