集膚電流加熱技術(shù)在輸油管線中的應(yīng)用探討

1、集膚電流加熱技術(shù)在輸油管線中的應(yīng)用探討摘要：由于成品油在進(jìn)入管道之前有可能脫不凈水，或者一部分以乳化狀態(tài)存在的水分，會(huì)在油品輸送過(guò)程中分離出來(lái)，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，這部分水就在管道內(nèi)部結(jié)冰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管線的局部冰堵，導(dǎo)致全線運(yùn)行停止。集膚電流加熱技術(shù)（sect）出現(xiàn)在 60 年代中期是一種先進(jìn)的電加熱技術(shù)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，熱能利用率高及易于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，是解決輸油管線冰堵的一種好方法。本文對(duì)集膚電流加熱技術(shù)的原理的理論分析，設(shè)計(jì)所需參數(shù)的定量計(jì)算及集膚電流伴熱裝置進(jìn)行了介紹，其中包括電流透入深度，功率因數(shù)等等。關(guān)鍵詞：管線冰堵電加熱1 集膚電流加熱技術(shù)的簡(jiǎn)介1.1 集膚電流加熱技術(shù)的

2、理論分析1.1.1 集膚電流加熱裝置的基本形式導(dǎo)線接在交流電源的一端，穿入加熱管中，穿出后與管接頭相接，管子本身作為電路的歸路。另一端接在電源上，組成一個(gè)導(dǎo)線與鋼管串聯(lián)的回路。1.1.2 集膚電流加熱基本原理當(dāng)工頻交流電流通過(guò)鐵磁性材料鋼管時(shí)，在集膚效應(yīng)， 臨近效應(yīng)，屏蔽效應(yīng)的共同作用下，產(chǎn)生兩個(gè)重要的現(xiàn)象：一是電流不是均勻的流過(guò)鋼管的橫截面，而只是留經(jīng)其中的一部分，相應(yīng)地減少了鋼管的有效截面積，交流阻抗顯著增大；二是電流集中在鋼管的內(nèi)表面，外表面幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，鋼管自身形成很好的電絕緣結(jié)構(gòu)。1.2 集膚電流加熱法的電路參數(shù)電流透入深度式中電流透入深度，cm; 媒質(zhì)電阻率，cm;電源頻率，1

3、/s; 媒質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率。交流阻抗式中加熱管的內(nèi)徑，m。集膚加熱管的功率式中單位長(zhǎng)度穿管導(dǎo)線的電阻，m。功率因數(shù)式中單位長(zhǎng)度加熱管的阻抗，m；內(nèi)集膚加熱管的漏電壓vl= 1.3 集膚電流加熱技術(shù)用于工業(yè)生產(chǎn)的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的處理1.3.1 漏電壓的技術(shù)處理漏電壓是指集膚管外壁存在的小電流在集膚管外壁電阻上產(chǎn)生的電位降，它于管長(zhǎng)、 電壓、電流、電阻率成正比，與管徑，壁厚，透入深度成反比。將集膚管緊貼焊接或用管卡捆接在介質(zhì)管道上；并聯(lián)降壓線。1.3.2 使用設(shè)備和材料設(shè)備sect 法的主要設(shè)備是大功率調(diào)壓變壓器，即次級(jí)要求有調(diào)節(jié)范圍，電流必須保持在200a以上。耐熱電纜該電纜一要滿足耐熱溫度要求（即要

4、滿足介質(zhì)管升溫和恒溫要求），二要滿足線芯截面面積要求。推薦使用銅芯線，且電流密度在45a/mm2為宜，使得整個(gè)系統(tǒng)中集膚管與導(dǎo)線的發(fā)熱比基本達(dá)到4/1 的最佳條件。管材選擇要求使用管材必須是磁性材料，可以用碳鋼。1.3.3 連接件的選擇連接件的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是要減小接線柱兩接線端子界面間及接線端子與耐熱導(dǎo)線線芯連接時(shí)的接觸電阻，以防局部過(guò)熱。1.3.4 電壓降的選擇當(dāng)集膚管使用在升溫環(huán)境時(shí)，設(shè)計(jì)電壓降最好為0.50.7v/m ；當(dāng)集膚管使用在恒溫穩(wěn)定環(huán)境時(shí)設(shè)計(jì)電壓最好為0.30.5v/m 。2 集膚電流伴熱裝置介紹2.1 集膚電流伴熱裝置的基本結(jié)構(gòu)集膚電流加熱法電伴熱裝置，按其結(jié)構(gòu)功能可分為：產(chǎn)生熱

5、量部分，電源供給部分，溫度控制部分，保護(hù)裝置部分。產(chǎn)生熱量部分它是由集膚電流加熱管及管內(nèi)的集膚電流加熱導(dǎo)線組成。為了將集膚電流加熱管產(chǎn)生的熱量及時(shí)傳輸給被伴熱的管道，提高傳熱效率， 采用兩根管間隔一定距離相互焊接一段的辦法。在集膚電流加熱管內(nèi)設(shè)置一根集膚電流加熱導(dǎo)線，在被伴熱主管的末端，集膚電流加熱管與導(dǎo)線相連接。當(dāng)接通電源， 也就是加入一般常用頻率的交流電后，電流通過(guò)集膚電流加熱管內(nèi)導(dǎo)線流到集膚電流加熱管末端，再通過(guò)集膚電流加熱管回到電源。些時(shí)管內(nèi)由于“ 集膚效應(yīng) ” ，在集膚電流加熱管的內(nèi)表皮產(chǎn)生集中的電流，并隨此而產(chǎn)生熱量，當(dāng)然集膚電流加熱導(dǎo)線自身也會(huì)產(chǎn)生一定熱量，但 80%90%的熱量

6、是集膚電流加熱管所產(chǎn)生。整個(gè)回路的功率因數(shù)達(dá)90%。產(chǎn)生熱量部分的設(shè)計(jì)及安裝組數(shù)，應(yīng)根據(jù)伴熱管道的大小，所需保持溫度，保溫材料的材質(zhì)，厚度等條件來(lái)決定。在輸送重油時(shí)，當(dāng)伴熱管道在14 英寸（ 355mm）以下時(shí)，通常只選一組，而在 14 英寸以上時(shí)，可選23 組。另外，在被伴熱管道上，為了連接集膚電流加熱管內(nèi)導(dǎo)線，需安裝鋼板制造的接線箱（接線箱或電纜接線箱），一般接線盒的間距為60150m ，電纜接線箱的間距為 5001000m。電源供給部分它是供給產(chǎn)生熱量部分的源頭，包括電源變壓器，加熱控制盤(pán)等主要設(shè)備。一般情況下，一個(gè)變電所的電源供給部分覆蓋伴熱管道最長(zhǎng)達(dá)20km。溫度控制部分它是由溫度指

7、示調(diào)節(jié)器，溫度報(bào)警器， 溫度測(cè)定器等構(gòu)成。再加熱控制盤(pán)上安裝了溫度指示調(diào)節(jié)器，用它自動(dòng)控制加熱電源，使被伴熱管道溫度保持一定。溫度報(bào)警器起溫度調(diào)節(jié)器的后備儀表作用。保護(hù)裝置電器系統(tǒng)的保護(hù)裝置有防止短路用的保險(xiǎn)絲，切斷器， 有防止過(guò)電流保護(hù)用的過(guò)電流繼電器及差動(dòng)電流繼電器。伴熱方面的熱保護(hù)裝置有溫度報(bào)警器。2.2 集膚電流伴熱裝置的特點(diǎn)由于集膚電流加熱管采用鋼管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固，因此，機(jī)械性能好，可靠性高。由于集膚電流加熱管內(nèi)的集膚電流加熱導(dǎo)線，使用了特殊的耐熱性能高的絕緣材料，比普通電線壽命長(zhǎng)，再設(shè)計(jì)，施工方面又有精心安排，故可靠性高。集膚電流伴熱可采用普通工業(yè)高壓電源供電，一個(gè)變電所可供長(zhǎng)達(dá)

8、20km 遠(yuǎn)的管道伴熱， 是相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)有危險(xiǎn)的瓦斯存在時(shí)，該裝置可很容易地做成防爆結(jié)構(gòu)。集膚電流加熱管內(nèi)導(dǎo)線萬(wàn)一出現(xiàn)損壞，只需打開(kāi)局部保溫層更換導(dǎo)線便可修復(fù)，作業(yè)簡(jiǎn)單。由于集膚電流加熱管與被伴熱管道焊接在一起傳熱好，也不會(huì)產(chǎn)生局部過(guò)熱點(diǎn)。集膚電流加熱管可以做成612m 長(zhǎng)的組合件，在專門(mén)的工廠里進(jìn)行預(yù)制，包括被伴熱管道的焊接和保護(hù)等均可實(shí)行一體化施工，固有利于加強(qiáng)質(zhì)量管理。適于要求可靠性高，維護(hù)困難的地下管道及海底管道的伴熱。3 電伴熱與蒸汽伴熱能耗對(duì)比盡管使用電比使用蒸汽每單位熱量所需費(fèi)用要高，但是在不同的管道規(guī)模和輸送條件下，因其熱的利用率有高有低，使得用電伴熱在很多情況下要比使用蒸汽

9、伴熱費(fèi)用節(jié)約很多。3.1 電伴熱采用電伴熱在下述情況下能提高能量的利用率：當(dāng)輸送液體時(shí)除了流量小，輸液管線長(zhǎng)情況，因液溫沿管線方向溫降小，所以在管道正常輸送過(guò)程中沒(méi)有必要進(jìn)行加熱保溫時(shí)，此時(shí)熱源耗電為零。當(dāng)管道停止輸送，即液體不流動(dòng)時(shí)，利用自動(dòng)控溫， 給管道自動(dòng)供給由管道保溫層散失的熱量，使被伴熱液體保持所定溫度。如果在同一管道內(nèi)，輸送不同燃料油時(shí)，通過(guò)改變溫度調(diào)節(jié)器設(shè)定值的方法，保持各種油的最適宜保持溫度。當(dāng)管內(nèi)輸送液體溫度高于溫度調(diào)節(jié)器設(shè)定值時(shí)，再送液停止后， 液體溫度下降到所許保持溫度設(shè)定值之前，伴熱電源均能處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)能源消耗為零。如果長(zhǎng)時(shí)間停止輸送，液體處于不流動(dòng)的情況下，為了

10、節(jié)約能源， 伴熱可停下來(lái)，即關(guān)閉電源。待再次需要輸送開(kāi)始之前，再打開(kāi)電源進(jìn)行伴熱，把冷卻的管內(nèi)液體重新加熱升溫到可以輸送的狀態(tài)。3.2 蒸汽伴熱該伴熱法熱能利用率不高，其原因如下：蒸汽伴熱一般都是按照最低的氣溫條件下，能保持被伴熱液體所需流動(dòng)溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而當(dāng)夏季氣溫升高時(shí)，管道內(nèi)液體溫度高于所許保持溫度，伴熱用的能源能耗相對(duì)增大。也就是說(shuō)蒸汽伴熱，因沒(méi)有溫度自動(dòng)控制，所以加熱往往偏高，熱能利用率必然不好。在正常伴熱過(guò)程中有熱能損耗。為了向伴熱管道的伴熱管內(nèi)供汽，需附設(shè)主蒸汽管線，而該管線也有一定的熱能損耗。電伴熱與蒸汽伴熱能耗對(duì)比項(xiàng)目例 a例 b例 c保持溫度406080油輸出溫度405060708090電伴熱 電消費(fèi)量 (1000kwh/a)5802648955521055703 金額 (千日元 /a)870039601342582801582510545蒸汽伴熱 伴熱管蒸汽消費(fèi)量(t/a)256025603190319032503250 附屬管道蒸汽消費(fèi)量(t/a)215021502150215021502150 合計(jì)蒸汽消費(fèi)量(t/a)4710471053405