集膚效應(yīng)電伴熱在油氣長輸管線中的應(yīng)用

薛利娜　張彩婷（西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018）

集膚效應(yīng)電伴熱在油氣長輸管線中的應(yīng)用

薛利娜張彩婷
（西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018）

集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)可以通過維持油氣輸送管道中的介質(zhì)溫度來防止混輸?shù)挠蜌庠谳斔凸芫€中凝固結(jié)蠟，從而保證油氣等物料的正常輸送，是油氣長距離輸送領(lǐng)域的發(fā)展方向。實(shí)踐證明，原有的蒸汽伴熱系統(tǒng)因其具有運(yùn)營成本高、運(yùn)行不穩(wěn)定、維護(hù)繁瑣、耗能大等缺點(diǎn)逐漸被集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)替代。本文重點(diǎn)則介紹與輸油管線相配套的集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)的工作原理、集膚效應(yīng)電伴熱用于長距離油氣輸送管線的優(yōu)越性以及施工過程中應(yīng)當(dāng)注意的問題進(jìn)行了探討。

油氣長輸管線；電伴熱；集膚效應(yīng)；維持溫度

大部分的運(yùn)輸油氣的管線﹑設(shè)備的正常運(yùn)行都需要在能達(dá)到平衡狀態(tài)的特定溫度下才能正常運(yùn)輸或工作，而這一特定的溫度常常在外界的環(huán)境溫度之上，由于熱量損失的存在，一般的保溫措施并不能達(dá)到應(yīng)有的效果，最終溫度也會(huì)隨時(shí)間的延長而降到和環(huán)境溫度一樣低。因此對(duì)于油氣長輸管線和設(shè)備的伴熱，必須要有一個(gè)外界能夠產(chǎn)生與其損失相當(dāng)?shù)臒崃康难b置為管線或設(shè)備不斷的供熱，才能使其在特定溫度下正常運(yùn)行。20世紀(jì)80～90年代我國大多數(shù)輸油管線都采用蒸汽伴熱，而現(xiàn)階段我國的油氣長輸管線大多采用集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)為其供熱。

1 集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)

集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)交變電流經(jīng)電纜通過伴熱管壁時(shí)，在鄰近效應(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)表層通過的現(xiàn)象，因管壁電阻的存在，就可在電流通過時(shí)產(chǎn)生一定熱能，從而可為石油運(yùn)輸管線和設(shè)備提供熱能，以維持其恒定的溫度。而熱管的外表面則不會(huì)有電流通過，還可將熱管安全接地，另外集膚效應(yīng)伴熱系統(tǒng)因其阻抗較小，可以承受較高的電壓，因此十分適合為一些中﹑長輸油管線伴熱。

集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)的主要組成部分有運(yùn)輸油氣的管線﹑伴熱的熱管﹑集膚電纜﹑保溫層以及保護(hù)外殼等，通常在選擇伴熱熱管的材質(zhì)時(shí)會(huì)應(yīng)用具有鐵磁性的鋼管。而電伴熱系統(tǒng)的具體安裝操作是將集膚電纜從伴熱熱管中穿過，然后在外部罩上保溫層和保護(hù)外殼。

2 集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)在長距離油氣輸送管線的應(yīng)用優(yōu)勢

（1）適應(yīng)范圍方面

相比于不適合為復(fù)雜或遠(yuǎn)離裝置的管線伴熱的蒸汽伴熱系統(tǒng)，集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)擴(kuò)大的供應(yīng)伴熱的范圍，它不僅能為距離較近的鋼質(zhì)輸送管道提供伴熱，也能給遠(yuǎn)離裝置的被直埋或架空敷設(shè)的管線提供伴熱。

（2）可靠性強(qiáng)安全

由于集膚效應(yīng)電伴熱的熱管機(jī)械強(qiáng)度大﹑密封性良好，就可以較好地避免蒸汽伴熱過程中易出現(xiàn)的泄露燙傷事故，另外，伴熱管外表面電壓﹑電流為零，自身形成絕緣結(jié)構(gòu)，就對(duì)介質(zhì)液體的運(yùn)輸提供了安全保障，而且伴熱管道可以通過接地防止產(chǎn)生靜電或感應(yīng)電，為液體的安全輸送又提供了一層保障，當(dāng)介質(zhì)輸送管道需埋地時(shí)考慮到管道的防腐功能，集膚效應(yīng)伴熱工程可與管道陰極保護(hù)工程同時(shí)進(jìn)行。

（3）自動(dòng)化程度較高

集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)可以為油氣的長輸管線全程加熱，并可在輸油管線的關(guān)鍵位置安裝溫度傳感器以便于定時(shí)對(duì)管線內(nèi)部溫度進(jìn)行檢測，并通過一些溫控系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)節(jié)和控制，以此便實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制溫度的效果，達(dá)到現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展的要求。

（4）整體應(yīng)用效率高

集膚效應(yīng)電伴熱管的鋪設(shè)路徑是比較固定的，而且工藝管線的溫度變化相對(duì)較小，野外鋪設(shè)的熱管是很難被損壞，需要維修的次數(shù)很少。雖然集膚效應(yīng)電伴熱初期的一次性投入較高，但在運(yùn)行期間管道的維護(hù)管理成本比較低﹑后期運(yùn)行成本較低﹑應(yīng)用壽命更長。因此集膚效應(yīng)電伴熱管的整體經(jīng)濟(jì)效益比蒸汽伴熱更好。

（5）節(jié)能效果顯著

集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)的耐熱集膚電纜是安裝在伴熱的熱管內(nèi)，而這種伴熱熱管是與油氣運(yùn)輸管線通過電焊相連接，并在伴熱熱管外面再加上保溫層和一層保護(hù)外殼，這樣的組合使整體裝置的加熱效率明顯提高，大大減少了能耗，節(jié)能效果明顯。

3 集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題

大功率的變壓器是集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)最關(guān)鍵的設(shè)備，因?yàn)樵撛O(shè)備的調(diào)節(jié)范圍有相關(guān)要求，要伴熱管中有大電流流過時(shí)不會(huì)損壞設(shè)備。因此，在耐熱電纜選擇上有一些具體的要求：

第一，耐熱電纜要能承受較高的溫度以滿足耐熱要求；

第二，耐熱電纜的線芯橫截面積也有相關(guān)的要求，要使銅芯電纜的電流密度要控制在4～5A/mm2的為宜。

伴熱管材料選擇上一般都選擇磁性材料，有時(shí)也可選用普通碳鋼材料。此外應(yīng)當(dāng)注意伴熱管與耐熱電纜的連接部分的接觸電阻，防止局部電阻過高引起電路過熱。而在電壓降選擇上，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)伴熱管在升溫環(huán)境時(shí)使用，設(shè)計(jì)電壓降最好為0.6V/m；而當(dāng)伴熱管在恒溫穩(wěn)定環(huán)境時(shí)使用設(shè)計(jì)電壓降最好為0.4V/m。

因?yàn)榧w效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)經(jīng)常用于長距離油氣管道的伴熱，而油氣管道鋪設(shè)的外部環(huán)境存在著較大的溫度差異。因此溫度探測設(shè)備的安裝位置有較高的要求。在實(shí)際工作當(dāng)中溫度探測設(shè)備應(yīng)具有靈敏的檢測功能，當(dāng)管道溫度低于預(yù)定值而啟動(dòng)，使伴熱管處于發(fā)熱狀態(tài)，而實(shí)際上，大部分管道并未低至需要加熱的溫度值，也會(huì)使伴熱管處于發(fā)熱狀態(tài)，這就造成了較大的能源浪費(fèi)；反過來，則可能會(huì)造成流質(zhì)的凝結(jié)，而給生產(chǎn)帶來極大的損失。所以實(shí)際施工的時(shí)候應(yīng)該折中考慮環(huán)境溫度以及仔細(xì)地分析被伴熱流質(zhì)的特性，以便于溫度探測設(shè)備布置合理。

結(jié)語

綜上所述，由于集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，尤其是在經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果方面十分顯著，符合我國節(jié)能減排的技術(shù)政策，代表著油氣長輸管道伴熱技術(shù)發(fā)展的趨勢，應(yīng)用前景十分廣闊值得推廣，另外，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中也要注意可能出現(xiàn)的相關(guān)問題，并對(duì)該技術(shù)不斷地進(jìn)行改進(jìn)。

[1]孫廣領(lǐng)集膚效應(yīng)電伴熱在勝利埕島海底輸油管道上的應(yīng)用研究 [J]．石油工程建設(shè)2006（03）．

[2]潘長滿．王為民集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)在遼河油田的應(yīng)用[J]．管道技術(shù)與設(shè)備，2008（05）．

[3]戚學(xué)貴，譚曉勇，徐宏．許林云伴熱系統(tǒng)及外伴熱管體系性能優(yōu)化技術(shù)評(píng)述[J]．天然氣工業(yè)，2007（04）．

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