介電分離節能電加熱器的研制與應用

張喆 遼河油田特種油開發公司，遼寧盤錦 124010

介電分離節能電加熱器的研制與應用

張喆 遼河油田特種油開發公司，遼寧盤錦 124010

研制與應用一種新型介電分離節能電加熱器，將加熱元件換成單根獨立接線的電加熱管，通過外加隔離護管加大換熱面積，使加熱元件與被加熱介質分離，維修方便，只需更換單根加熱管。在隔離護管外表面焊接過熱保護傳感器，防止干燒損壞加熱管，提高安全性能。

電加熱器；介電分離

一、前言

遼河油田油區大部分為稠油區，通過熱注對地底油層加熱進行開采。在熱注開采中，使用的燃料油因油質不同需要加熱到一定的溫度才能投產使用，而對燃料油的加熱主要采用電加熱器加熱的方式。現用電加熱器普遍采用傳統的電加熱絲，根據熱電效應，通電后進行加熱升溫，通過強制對流的方式對介質進行加熱，即介質從入口進入加熱腔，經過加熱后由出口流出。目前注汽鍋爐管道式電加熱器在燃油工藝中安裝有油泵房1臺（24 KW），爐前噴油嘴前一臺（24KW），共兩處。普遍采用的電加熱器為金屬管狀，直接對加熱介質進行加熱。注汽鍋爐現用燃料油普遍為混配油，鍋爐要求燃料油的正常燃燒溫度為90～105℃之間。油車拉運來的燃油溫度為60℃左右，經卸油箱、卸油泵導入貯油罐，通過油罐內靜態電加熱器使油溫保持在65℃左右。燃料油經油泵房供油泵、油泵出口電加熱器加溫后送至爐前電加熱器再次加溫，達到鍋爐正常燃燒溫度95～105℃，送至鍋爐噴油嘴進行燃燒。如果油溫達不到燃燒溫度要求，會導致油單耗上升及鍋爐霧化燃燒不好，使鍋爐冒黑煙，造成周圍環境污染。

二、現場使用情況分析

通過多年實際應用情況總結，目前管狀電加熱器存在以下明顯不足：

1、原有電加熱器的加熱管由于受材料及制造工藝限制，結構不合理、熱阻大、發熱效率低，表面熱負荷高，易使被加熱介質結焦、積炭，造成加熱管容易爆裂，縮短使用壽命。

2、加熱管直接和加熱介質接觸，在易燃易爆介質和場所使用，不符合安全環保要求。當介質不流動時，會造成被加熱介質溫度急劇升高，出現燙傷及火災事故。

3、加熱管在使用過程中，當其中一根局部損壞時，整個一組加熱芯就不能使用，必須全部更換，維修成本較高。

4、傳統電加熱器發生原件氧化、老化嚴重及發熱管表面逐漸積炭、結焦導致傳熱效率降低，使能耗越來越大。

5、單位時間加熱溫差小，對介質的溫度提升較慢。常因油溫不能及時提升而延后啟爐，影響注汽服務質量。

6、由于常規電加熱器為普通溫度控制儀，其控溫精度低，溫度波動大，直接影響注汽運行參數，同時由于接觸器的頻繁啟停導致加熱管的使用壽命縮短。

三、方案制定

研制一種新型的電加熱器，達到以下目標：一是單位時間內溫升由原電加熱器（全新）26℃左右提升到40℃以上,加熱效率提高到80%以上。二是符合HSE要求，防爆、不怕干燒。綜合論證分析及對不同類型電加熱器的優缺點對照，確定介電分離迷宮式符合生產實際情況，節能、安全性更高，且性價比高。

1、選用新型合金材料的加熱元件，實現介電分離。選定用鎳鉻合金電阻絲替換原有電加熱器的鋼化電阻絲，將原有電加熱器的普通碳鋼加熱管替換為不銹鋼加熱管。將電加熱管的每米功率由原來的2KW調至1.8KW，使發熱管的表面熱負荷降低。另外，在隔離護管外表面焊接過熱保護傳感器，對加熱管外表面溫度起到過熱保護作用，防止干燒損壞加熱管。

2、采用PID可控硅控制。控制方式將原來的普通溫度控制儀改為PID智能溫度控制儀，配合大功率無觸點調整模塊，使控溫更精確，故障率低，使電加熱器運行更可靠、更安全，大大延長加熱器的使用壽命。

3、管體內部結構改為迷宮式。將加熱器內部結構改造為迷宮式。傳統電加熱器為管狀直通式，被加熱介質從一端的入口進來，經加熱管加熱后從另一端出口流出，為單回程加熱，加熱長度等同于加熱腔長度1.2m。

最后，對新型電加熱器進行外層保溫，通過對常用的保溫材料不同性能參數對比選定最適用的保溫材料。

四、節能效果分析

將組裝完畢的新型電加熱器進行打壓試驗，試驗合格后，投入運行試用。對新型電加熱器不設出口溫度控制，測試其溫升效果和工作電流情況。經測試，新型電加熱器溫升效果較好，平均溫升能達到50℃。將電加熱器投入生產運行中，設定加熱器出口控溫為105℃，測試其功能穩定性。

新研制的電加熱器工作電流僅28A；單位時間內溫升可達50℃，熱效率可達96%。因介電分離的內部構造，使這一款新型電加熱器防爆、防結焦，不怕干燒，符合HSE要求，具有更長的使用壽命。

五、效益分析

通過對原有電加熱器和新型電加熱器，在啟爐初始對油箱油溫的加熱情況統計，得出以下數據：

(公式見圖1)

效益分析：以活動注汽爐為例，油箱貯油18噸，按每年注30井次，每年注汽300天，每天注汽18小時計算。

圖1

1、 每年節約回油加熱耗電量為146 KWh×30井次=4380 KWh

2、新型電加熱器功率改為21.6 KW。每天節電量為2.4(24-21.6)KW×18小時= 43.2 KWh，年節電43.2 KWh×300天=12960KWh。

年節約電量共計達17340 KWh；年節約電費達18936 KWh×0.8元=13872元

3、由于新型電加熱器溫升高、效果好，一臺新型電加熱器完全可以替代注汽鍋爐上原有的兩臺電加熱器，節約一臺電加熱器的費用。

間接效益及社會效益：

1、降低維修費用。原有電加熱器加熱管損壞要整組更換，需4000余元，新型電加熱器可單根更換，更換單根加熱管費用僅為180元。

2、符合HSE現場要求。更換加熱管時鍋爐供油流程不用掃線，避免了掃線時造成的現場污染。

3、檢修時間大大縮短，保證生產連續穩定性。

4、長期使用保持溫升50℃的工作效率，發熱效率高，環保又節能。

5、溫升快，使注汽鍋爐及時投產，加熱功能穩定，提高注汽服務質量。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.114

張喆，女，畢業于大慶石油學院信息與計算科學專業，助理工程師，現在遼河油田特種油開發公司工作。