集膚效應電伴熱在油氣長輸管線中的應用

薛利娜　張彩婷（西安長慶科技工程有限責任公司，陜西 西安 710018）

集膚效應電伴熱在油氣長輸管線中的應用

薛利娜張彩婷
（西安長慶科技工程有限責任公司，陜西 西安 710018）

集膚效應電伴熱技術可以通過維持油氣輸送管道中的介質溫度來防止混輸的油氣在輸送管線中凝固結蠟，從而保證油氣等物料的正常輸送，是油氣長距離輸送領域的發展方向。實踐證明，原有的蒸汽伴熱系統因其具有運營成本高、運行不穩定、維護繁瑣、耗能大等缺點逐漸被集膚效應電伴熱系統替代。本文重點則介紹與輸油管線相配套的集膚效應電伴熱系統的工作原理、集膚效應電伴熱用于長距離油氣輸送管線的優越性以及施工過程中應當注意的問題進行了探討。

油氣長輸管線；電伴熱；集膚效應；維持溫度

大部分的運輸油氣的管線﹑設備的正常運行都需要在能達到平衡狀態的特定溫度下才能正常運輸或工作，而這一特定的溫度常常在外界的環境溫度之上，由于熱量損失的存在，一般的保溫措施并不能達到應有的效果，最終溫度也會隨時間的延長而降到和環境溫度一樣低。因此對于油氣長輸管線和設備的伴熱，必須要有一個外界能夠產生與其損失相當的熱量的裝置為管線或設備不斷的供熱，才能使其在特定溫度下正常運行。20世紀80～90年代我國大多數輸油管線都采用蒸汽伴熱，而現階段我國的油氣長輸管線大多采用集膚效應電伴熱技術為其供熱。

1 集膚效應電伴熱系統

集膚效應電伴熱系統的工作原理是當交變電流經電纜通過伴熱管壁時，在鄰近效應的作用下，電流不是均勻沿著管壁流動，而是集中在伴熱管內表層通過的現象，因管壁電阻的存在，就可在電流通過時產生一定熱能，從而可為石油運輸管線和設備提供熱能，以維持其恒定的溫度。而熱管的外表面則不會有電流通過，還可將熱管安全接地，另外集膚效應伴熱系統因其阻抗較小，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。

集膚效應電伴熱系統的主要組成部分有運輸油氣的管線﹑伴熱的熱管﹑集膚電纜﹑保溫層以及保護外殼等，通常在選擇伴熱熱管的材質時會應用具有鐵磁性的鋼管。而電伴熱系統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外殼。

2 集膚效應電伴熱系統在長距離油氣輸送管線的應用優勢

（1）適應范圍方面

相比于不適合為復雜或遠離裝置的管線伴熱的蒸汽伴熱系統，集膚效應電伴熱系統擴大的供應伴熱的范圍，它不僅能為距離較近的鋼質輸送管道提供伴熱，也能給遠離裝置的被直埋或架空敷設的管線提供伴熱。

（2）可靠性強安全

由于集膚效應電伴熱的熱管機械強度大﹑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，自身形成絕緣結構，就對介質液體的運輸提供了安全保障，而且伴熱管道可以通過接地防止產生靜電或感應電，為液體的安全輸送又提供了一層保障，當介質輸送管道需埋地時考慮到管道的防腐功能，集膚效應伴熱工程可與管道陰極保護工程同時進行。

（3）自動化程度較高

集膚效應電伴熱系統可以為油氣的長輸管線全程加熱，并可在輸油管線的關鍵位置安裝溫度傳感器以便于定時對管線內部溫度進行檢測，并通過一些溫控系統對溫度進行準確調節和控制，以此便實現了自動化遠程控制溫度的效果，達到現代化企業發展的要求。

（4）整體應用效率高

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

（5）節能效果顯著

集膚效應電伴熱系統的耐熱集膚電纜是安裝在伴熱的熱管內，而這種伴熱熱管是與油氣運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，節能效果明顯。

3 集膚效應電伴熱技術在實際應用中應該注意的問題

大功率的變壓器是集膚效應電伴熱技術最關鍵的設備，因為該設備的調節范圍有相關要求，要伴熱管中有大電流流過時不會損壞設備。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，有時也可選用普通碳鋼材料。此外應當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，依據經驗，當伴熱管在升溫環境時使用，設計電壓降最好為0.6V/m；而當伴熱管在恒溫穩定環境時使用設計電壓降最好為0.4V/m。

因為集膚效應電伴熱系統經常用于長距離油氣管道的伴熱，而油氣管道鋪設的外部環境存在著較大的溫度差異。因此溫度探測設備的安裝位置有較高的要求。在實際工作當中溫度探測設備應具有靈敏的檢測功能，當管道溫度低于預定值而啟動，使伴熱管處于發熱狀態，而實際上，大部分管道并未低至需要加熱的溫度值，也會使伴熱管處于發熱狀態，這就造成了較大的能源浪費；反過來，則可能會造成流質的凝結，而給生產帶來極大的損失。所以實際施工的時候應該折中考慮環境溫度以及仔細地分析被伴熱流質的特性，以便于溫度探測設備布置合理。

結語

綜上所述，由于集膚效應電伴熱系統具有很多優點，尤其是在經濟效益和節能效果方面十分顯著，符合我國節能減排的技術政策，代表著油氣長輸管道伴熱技術發展的趨勢，應用前景十分廣闊值得推廣，另外，在實際應用當中也要注意可能出現的相關問題，并對該技術不斷地進行改進。

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[3]戚學貴，譚曉勇，徐宏．許林云伴熱系統及外伴熱管體系性能優化技術評述[J]．天然氣工業，2007（04）．

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