電伴熱集膚效應(yīng)/哈密管道集膚伴熱系統(tǒng)
一、概述 管道集膚效應(yīng)電伴熱(加熱)技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新的金屬管道加熱方法，是大型石油化工等企業(yè)熱輸管道加熱保溫的新技術(shù)、新工藝，國(guó)外簡(jiǎn)稱為SECT法。此種加熱技術(shù)具有效率高，適應(yīng)所有長(zhǎng)、中、短距離金屬輸液管道的伴熱和加熱，而且具有安全可靠，
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一、概述
管道集膚效應(yīng)電伴熱(加熱)技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新的金屬管道加熱方法，是大型石油化工等企業(yè)熱輸管道加熱保溫的新技術(shù)、新工藝，國(guó)外簡(jiǎn)稱為“SECT法”。此種加熱技術(shù)具有效率高，適應(yīng)所有長(zhǎng)、中、短距離金屬輸液管道的伴熱和加熱，而且具有安全可靠，安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于各種不同性質(zhì)的液態(tài)物質(zhì)的管道運(yùn)輸中。
集膚效應(yīng)電伴熱在我國(guó)也已廣泛應(yīng)用。大慶油田在1974年采用該技術(shù)進(jìn)行油井清蠟和集油管線的加熱保溫，并取得一定成果。遼河油田設(shè)計(jì)院將集膚電流法列入1979~1985年科研規(guī)劃中，并在油井防噴管和排污管上采用集膚電流加熱法，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效果。玉門石油管理局老君廟綜合采油三隊(duì)在加熱量油分離器殼體和裝球筒上采用了集膚效應(yīng)加熱法。
現(xiàn)在各大油田油井降粘、清蠟，石油化工管道長(zhǎng)距離管線上集膚電流法已廣泛應(yīng)用。本公司依靠長(zhǎng)期的電伴熱技術(shù)儲(chǔ)備和實(shí)踐，現(xiàn)以成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，完善的系統(tǒng)安裝，為用戶提供安全可靠的伴熱裝置。每個(gè)集膚效應(yīng)伴熱裝置由公司設(shè)計(jì)，制造，安裝。
二、裝置構(gòu)成
管道集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)裝置，基本上由變壓器、加熱電源、輸液管、伴熱管和集膚電纜、保溫層、保護(hù)外殼等部分組成。加熱電源分工頻和中頻加熱電源兩種；輸液管和伴熱管為普通鋼管，伴熱管直徑為15-40mm，間斷的焊接在輸液管上；伴熱電纜穿在伴熱管中，外面是保溫層和保護(hù)外殼。
結(jié)構(gòu)圖：
三、工作基本原理
當(dāng)交變電流經(jīng)電纜通過(guò)伴熱管壁時(shí)，在集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的作用下，電流不是均勻沿著管壁流動(dòng)，而是集中在伴熱管內(nèi)表層通過(guò)，在管壁電阻的作用下，通過(guò)電流發(fā)熱，經(jīng)傳導(dǎo)使輸液管溫度升高，而伴熱管外表面電壓、電流為零，自身形成絕緣結(jié)構(gòu)，使液體在管道內(nèi)得到安全可靠地輸送。
伴熱管道末端及中間有可靠接地，以防止產(chǎn)生靜電或感應(yīng)電，以確保管內(nèi)液體的安全輸送集膚效應(yīng)伴熱與管道陰極保護(hù)可同時(shí)進(jìn)行。集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)產(chǎn)生焦耳熱主要來(lái)自于三部分：
1、加熱管上通電流時(shí)，加熱管上發(fā)出的熱。此熱量是集膚電伴熱系統(tǒng)的主要熱量來(lái)源。
2、加熱管內(nèi)部電纜產(chǎn)生的熱。
3、加熱管內(nèi)磁滯損耗產(chǎn)生部分熱。
在一個(gè)集膚效應(yīng)裝置中，絕緣導(dǎo)線穿過(guò)具有強(qiáng)磁性的鋼管并與鋼管尾端相連接，鋼管的首端與絕緣導(dǎo)線分別接電源的零線和相線，施以工頻或中頻交流電壓，電流通過(guò)導(dǎo)線和鋼管形成回路產(chǎn)生焦耳熱。由于鋼管的尺寸、材質(zhì)、交流電頻率之間存在一定的關(guān)系，交流電并非均勻地流經(jīng)鋼管截面，而是集中流過(guò)自其內(nèi)表面起的某一深度內(nèi)，電流密度按指數(shù)規(guī)律減少，在鋼管外表面電壓電流幾乎為零，很安全。因此可以將鋼管直接焊接在輸送管上，使之成為高效熱源。鋼管產(chǎn)生的熱量通過(guò)焊縫及導(dǎo)熱膠泥迅速傳給輸送管，起到伴熱作用。
由于鋼管管與輸送管相焊接，導(dǎo)熱很好，使鋼管管與輸送管之間溫差在5-10℃以內(nèi)，為了防止管道帶靜電及感應(yīng)干擾，每隔一定距離在鋼管設(shè)有接地，當(dāng)一根鋼管發(fā)熱量不夠時(shí)，可按二根或多根設(shè)計(jì).
四、集膚效應(yīng)伴熱電纜的特點(diǎn)
1、抗拉強(qiáng)度、抗機(jī)械損傷能力高；
2、耐熱溫度高:最高耐熱溫度為360度；
3、發(fā)熱功率大:≥100W/m;越泵加熱部分功率≥350W/m；
4、節(jié)能效果好，與普通加熱電纜相比節(jié)能達(dá)35% 。
五、技術(shù)特點(diǎn)
1、適應(yīng)性強(qiáng)
適應(yīng)所有長(zhǎng)、中、短距離金屬輸液管道的伴熱和加熱，適用于管道的不同敷設(shè)方式和任何場(chǎng)所，如：地下直埋、水下、地面架空；適用野外或礦場(chǎng)、工廠、易燃易爆場(chǎng)所。伴熱管的發(fā)熱量，根據(jù)計(jì)算，單根最大發(fā)熱量為150W/m，并可根據(jù)輸液管的溫度要求，設(shè)計(jì)伴熱管的根數(shù)和運(yùn)行電壓，最多可以安裝6根伴熱管。
2、功率密度大、伴熱溫度高
集膚效應(yīng)伴熱系統(tǒng)有效維持溫度可達(dá)230℃，單根最大發(fā)熱量為150W/m。
3、實(shí)現(xiàn)分段預(yù)制、維修方便
可根據(jù)流程或輸液管段結(jié)構(gòu)，將伴熱管廠內(nèi)預(yù)制或現(xiàn)場(chǎng)分段預(yù)制加工，接頭采用焊接套管方式連接，與輸油管焊接、安裝在一起。外面加上保溫層和保護(hù)殼，既方便施工，又容易保證工程質(zhì)量。如因流程管段故障或需更換閥門，只要把需要更換部分兩端的接頭拆開，將伴熱電纜抽出,即可更換部件。無(wú)需整體拆損保溫和管件。
4、安全可靠、安裝維修方便
集膚效應(yīng)伴熱電纜外管采用鋼管，強(qiáng)度大、密封嚴(yán)，有較好的保護(hù)作用。芯線采用電阻合金材料，絕緣層采用耐高溫的氟聚四氟塑料，由于集膚效應(yīng)自身形成絕緣結(jié)構(gòu)，，使伴熱管外表面和輸液管不帶電.輸液管每千米左右做一安全接地，接地電阻不大于4Ω，保證輸液管始終是零電位，做到安全可靠。與其它電伴熱方式比較，集膚效應(yīng)熱方式維護(hù)檢查方便，其正常運(yùn)行時(shí)幾乎沒有維護(hù)保養(yǎng)工作量。
5、節(jié)約能源，加熱效率高
集膚效應(yīng)電伴熱屬于等溫加熱法，不會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象，隨著管輸距離的加長(zhǎng)提高加熱電壓即可，加熱效率高。與蒸汽伴熱相比較；集膚效應(yīng)的伴熱耗能為23lkg/km標(biāo)煤。采用熱循環(huán)或蒸汽伴熱耗能為1813kg/km標(biāo)煤。
6、自動(dòng)化控制
（1）實(shí)現(xiàn)溫度完善的控制功能：數(shù)字溫度閉環(huán)、短路保護(hù)功能、過(guò)流保護(hù)功能、斷路保護(hù)功能。
（2）軟關(guān)斷軟啟動(dòng)：最大限度地減少對(duì)器件的沖擊，延長(zhǎng)器件使用壽命；
（3）靈活的操作方式：數(shù)碼顯示，方便實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話；
（4）網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線報(bào)警、遠(yuǎn)程無(wú)線控制。
集膚伴熱與其它伴熱方式的比較：
從表中可以看出，電熱帶和MI電纜這兩種方法較適應(yīng)局部伴熱和短距離伴熱，如對(duì)閥們、閥件、旁通、短節(jié)和站內(nèi)短管線等的加熱和伴熱。對(duì)于中、長(zhǎng)距離的管線伴熱，由于單根伴熱電纜功率較小、電源供電點(diǎn)較多，一旦發(fā)生問(wèn)題，維修較困難，要將所有的保溫層去掉才能更換其電纜。而集膚效應(yīng)伴熱適用于中長(zhǎng)距離各種口徑管線的伴熱，它的優(yōu)點(diǎn)是：伴熱功率大、電源供電點(diǎn)少，傳熱效果好，維修方便。因此在各種管線集輸中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
對(duì)于長(zhǎng)輸管線的溫度監(jiān)控，報(bào)警，可通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)SMS短信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有數(shù)據(jù)傳輸可靠，組網(wǎng)容易，費(fèi)用低廉，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。集膚效應(yīng)伴熱是當(dāng)前離散遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐虢鉀Q方案。
六、應(yīng)用范圍
根據(jù)管道中液體的物性不同，要求管道內(nèi)維持的溫度也不同，工頻集膚效應(yīng)管道伴熱技術(shù)主要應(yīng)用于管道的伴熱和管道內(nèi)液體或已凝固介質(zhì)的加熱、熔化或間歇輸油的管線。該技術(shù)的適應(yīng)范圍主要用于下列輸液管道：
1、用于防凍型管道的伴熱,輸氣管線含有飽合蒸汽，要求維持溫度不低于6℃。
2、用于常溫時(shí)為凝固狀態(tài)，輸送時(shí)管道維持溫度不低于50℃的流質(zhì)中。這類流質(zhì)只有加熱到一定溫度時(shí)才能變成液態(tài)可以輸送。如運(yùn)輸巧克力、牛奶等。
3、要求管道維持溫度為50～l00℃，在常溫下為固態(tài)或粘度很高，難以流動(dòng)，但加熱到一定溫度后又易于流動(dòng)物質(zhì)的管輸，可采用集膚效應(yīng)伴熱，防止管線降溫和管道停輸再啟動(dòng)。如：稠油、高凝油、燃料重油、煤焦油、蠟等的集輸。
4、要求維持高溫，溫度高于100℃而低于150℃的輸液管道，如硫磺必須加熱l30～140℃時(shí)，才能變成液態(tài)，易于輸送。
5、要求等溫伴熱的管線，如管線距離較長(zhǎng)，起輸溫度不易太高的介質(zhì)輸送。
6、間歇輸送的高凝點(diǎn)介質(zhì)或粘稠介質(zhì)，如：碼頭燃料油間歇裝車、船,管線不用掃線，可直接再啟動(dòng)等。
七、管道集膚效應(yīng)加熱法對(duì)輸油工藝的影響
用電加熱取代蒸汽伴熱乃至取代加熱爐加熱，可以使很長(zhǎng)的管線實(shí)現(xiàn)均勻的外伴隨加熱，并能準(zhǔn)確地控制油溫。這種加熱保溫方式將對(duì)輸油工藝帶來(lái)如下影響。
1、取消反輸工藝及設(shè)施
當(dāng)管線停止正輸時(shí)，可以使油品靜止在管道中，用電熱保溫，以便再輸時(shí)可直接起動(dòng)。如果停輸時(shí)間很長(zhǎng)，可先不必通入電熱保溫而任其冷卻乃至凝固，待起輸前通電加熱至輸油溫度再重新起動(dòng)。對(duì)于反復(fù)停輸?shù)墓艿�，這可以節(jié)省反輸?shù)拇罅縿?dòng)力消耗、設(shè)備損耗，取消了反復(fù)的所有設(shè)施，從而降低建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。
2、泵站不必考慮雙電源，可以降低負(fù)荷等級(jí)
由于即使油品在管道中凝固也不要緊，所有泵站輸配電的設(shè)計(jì)可不必考慮雙電源，降低負(fù)荷等級(jí)，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，降低了建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用。
3、理想的清蠟措施
伴隨電加熱首先加熱的是輸油管本身，又由輸油管自外向內(nèi)將熱傳導(dǎo)給油品，它本身就可以成為一種理想的清蠟措施。由于即使油品凝固了也能重新加熱起來(lái)，因此不必?fù)?dān)心因事故引起管道的停輸、堵塞。從而可以較從容地處理事故。
4、延長(zhǎng)管道的允許停輸時(shí)間
對(duì)于需要反輸?shù)墓艿�，允許的停輸時(shí)間越長(zhǎng)，反輸?shù)臅r(shí)間也就越少，從而大大減少反輸?shù)膭?dòng)力消耗和設(shè)備損耗。一條管線的敷設(shè)環(huán)境各異，在穿越河流和山區(qū)、沼澤地敷設(shè)及其它的某些局部管段，管道散熱量大，允許停輸時(shí)間相對(duì)短，從而限制了整個(gè)管線的允許停輸時(shí)間。如果在這些局部地段配上電熱，在管道停輸時(shí)通電保溫，延長(zhǎng)這些地段的允許停輸時(shí)間，從而就延長(zhǎng)了整條管線的允許停輸時(shí)間。同節(jié)省下的反輸動(dòng)力消耗相比，上述局部地段電加熱保溫所消耗的動(dòng)力是很少的，顯然有經(jīng)濟(jì)意義。
5、泵站站內(nèi)管線電熱化
目前泵站站內(nèi)管線的蒸汽伴熱或熱水伴熱的設(shè)計(jì)，在一定程度上存在著盲目性。在實(shí)際運(yùn)行中，有許多時(shí)間是未必需要伴熱的，因加熱效率很低，用于伴熱的熱水爐也不是利用余熱。目前的水處理措施仍然不能有效地解決伴熱水管的腐蝕問(wèn)題，因此壽命是低的。若果采用電伴熱，便可以按照實(shí)際運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)的方式靈活地控制，大大提高加熱效率。目前的情況，泵站生活區(qū)取暖用熱水爐，取消熱水爐，尚需設(shè)法解決另外的取暖方式。而對(duì)于人煙稀少低于的泵站，電加熱取代熱水爐伴熱就更為方便，更有利于自動(dòng)化。
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