中頻伴熱技術(shù)在冀東油田的應(yīng)用

陳紅兵+張宏興+范思冬

摘 要：中頻伴熱技術(shù)在是冀東油田今年來(lái)廣泛應(yīng)用的管道伴熱技術(shù)，具有安裝容易、維護(hù)管理方便、操作靈活可靠的優(yōu)點(diǎn)，正在逐步替代摻水伴熱方式，是一種與半導(dǎo)體伴熱互補(bǔ)的伴熱方式。

關(guān)鍵詞：中頻伴熱；單井；應(yīng)用

中頻伴熱技術(shù)是利用電磁感應(yīng)和感應(yīng)加熱原理，將伴熱線按照一定方向纏繞在鋼管上，并通以交流電將電磁能轉(zhuǎn)換成熱能，并將熱能傳到給管內(nèi)介質(zhì)，并通過(guò)保溫層限制熱量散失，從而達(dá)到保溫效果的一種技術(shù)手段。

一、背景

傳統(tǒng)上為解決油井產(chǎn)業(yè)溫度低造成管輸困難的問(wèn)題，在做好防腐保溫的基礎(chǔ)上，常常采用摻水伴熱、半導(dǎo)體伴熱帶伴熱、提高啟輸溫度等方式予以解決。傳統(tǒng)的雙管摻水流程需要大規(guī)模的基建投入來(lái)建立完善的熱能供應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)。如鋪設(shè)伴熱管線，購(gòu)置鍋爐及熱水循環(huán)泵，建立泵站，并配套相應(yīng)的輔助設(shè)施及人員。由此帶來(lái)前期投資，后期運(yùn)行及維護(hù)保養(yǎng)工作量大，費(fèi)用較高等突出問(wèn)題。實(shí)際運(yùn)行中，還有油氣計(jì)量不準(zhǔn)確，摻水管線易腐蝕穿孔使用周期有限，輸送過(guò)程中熱損失較大，后期產(chǎn)液脫水量大，污水排放處理等諸多因素帶來(lái)的安全環(huán)保等問(wèn)題。半導(dǎo)體伴熱系統(tǒng)則費(fèi)用高，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品損壞率高，且無(wú)法查找問(wèn)題點(diǎn)，造成生產(chǎn)管理上的困難。提高啟輸溫度除需要增加加熱爐等設(shè)備外，并不利于管線的維護(hù)。為解決此類問(wèn)題，冀東油田引進(jìn)了管道中頻伴熱技術(shù)。

二、原理

現(xiàn)代感應(yīng)加熱的主要依據(jù)是電磁感應(yīng)、集膚效應(yīng)和熱傳導(dǎo)三項(xiàng)基本理論。感應(yīng)加熱是靠感應(yīng)線圈把電能傳遞給要加熱的金屬，然后電能在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。感?yīng)線圈與被加熱金屬并不直接接觸，能量是通過(guò)電磁感應(yīng)傳遞的。另外需要指出的是，感應(yīng)加熱的原理與一般電氣設(shè)備中產(chǎn)生渦流以及渦流引起發(fā)熱的原理是相同的，不同的是在一般電氣設(shè)備中渦流是有害的，而感應(yīng)加熱卻是利用渦流進(jìn)行加熱的。這樣，感應(yīng)電勢(shì)在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），使工件加熱。感應(yīng)電勢(shì)和發(fā)熱功率與頻率高低和磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。感應(yīng)線圈中流過(guò)的電流越大，其產(chǎn)生的磁通也就越大，因此提高感應(yīng)線圈中的電流可以使工件中產(chǎn)生的渦流加大；同樣提高工作頻率也會(huì)使工件中的感應(yīng)電流加大，從而增加發(fā)熱效果，使工件升溫更快。另外，渦流的大小與金屬的截面大小、截面形狀、導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率以及透入深度有關(guān)。

中頻加熱技術(shù)就是利用上述原理，通過(guò)電源控制設(shè)備將交流電調(diào)頻適應(yīng)管徑和壁厚的中頻交流電，感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)一般有5部分組成：整流器（AC-DC ）、濾波器（FILTER）、逆變器（DC-AC ）、負(fù)載諧振回路（RESONANT TANK）、保護(hù)控制環(huán)節(jié)（CONTROL AND PROTECT ），電源采用二極管整流，保證電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)最高（0.95），諧波最小。逆變側(cè)采用大功率IGBT（1200V/300A）模塊，工作安全可靠，穩(wěn)定性高。電源的功率給定采用電位器連續(xù)調(diào)節(jié)方式，控制電路通過(guò)改變逆變IGBT的脈沖來(lái)改變電源的輸出功率。在控制電路中，采用功率給定和輸出電流反饋的比例積分調(diào)節(jié)。

三、應(yīng)用實(shí)例及效果

冀東油田在NP2-3平臺(tái)、NP3-2平臺(tái)、NP403X1平臺(tái)、PG2區(qū)塊單井項(xiàng)目和老爺廟-曹妃甸輸油管道及配套工程-曹妃甸油庫(kù)輸油管線裝船管線項(xiàng)目使用了中頻加熱技術(shù)，以PG2單井項(xiàng)目為例分析如表1和表2。

不難看出中頻加熱技術(shù)有一定的節(jié)省投資的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)降低了維護(hù)難度，增加了操作的靈活程度，降低了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，大幅度降低了“三廢”的排放量，在環(huán)保要求日益提高的今天又更大社會(huì)價(jià)值和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]田鳴邦，趙治理，苗新松，等.地面集輸管線中頻感應(yīng)加熱技術(shù)[J].油氣田地面工程，2012，31（8）：50-51.