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基于温差发电原理的温室地埋供热管道阴极保护改进

李欣然  
【摘要】:随着全球经济进步和人们生活水平不断提高,传统能源的需求量不断增加从而导致了严重的能源短缺以及环境问题。新能源发电技术已经成为了国际上的重点研究项目,其中的温差发电技术在国内的研究热点通常是将工业生产以及车辆行驶中的余热、废热进行利用。温室是典型的余热资源丰富场所,该技术在温室中的应用很有研究价值。北方温室为了种植淡季植物和南方植物,通常使用热水管道对温室进行供暖。阴极保护是保障温室地埋金属管道运行的重要技术,为了减轻供热管道的腐蚀速度,在金属管道地埋布置中,通常使用阴极保护技术结合管道外防腐层,这也是最经济合理的防腐措施。然而,传统的外接电流阴极保护方法成本高,面积大;牺牲阳极方法的阴极保护寿命太短,并且需要经常对阳极进行更换。为了解决这种问题,本文在查阅文献、了解国内外研究情况的基础上,分析了热电效应以及温差发电原理,尤其是温差电池的P-V特性进行了重点分析。本文将温室地埋供热管道表面温度作为温差电池热端,将散热片埋于土壤中为温差电池的冷端进行散热,将温室供暖过程中的余热通过塞贝克效应进行能量转换,因此对本文选择的温室供热管道热源进行了现场试验研究,结合传热理论,在热源的利用中添加了减少热阻的措施。再根据温差电池的P-V特性以及热源试验中测量出的结果进行了温差阴极保护系统的整体设计,通过TINA对电路进行设计仿真,在温差电池的输出端连接了BQ25504芯片以最大功率点跟踪方式采集温差能量,再通过降压稳压芯片LM317供电。最后在温室中使用该装置对温室地埋供热管道进行了外接电流方式的阴极保护,并对不同保护电压下的管道保护效果进行了研究。本文通过试验发现,温室地埋供热管道与周围土壤间的温差较大,足够作为温差电池发电的热源。仿真分析结果显示,本文设计的温差阴极保护装置输出电压能够满足实际中的管道阴极保护需求。在现场试验中使用热水作为温差电池的热源,在万用表以及饱和硫酸铜参比电极的配合下,测量出了管道在连接了本装置后的保护电位,证明了本文设计的装置确实能够发挥作用,对温室地埋供热金属管道提供外接电流方式的阴极保护。本装置在运行时以温室地埋金属管道温度作为热源,具有几乎不占地,可以长时间使用,保护方式灵活,节约能源等等优点。该研究为温室供热管道的保护提供了一种较为可行的方案,同时也对外接电流方式的短距离管道保护技术进行了初步探索。


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