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      集膚效應電加熱 集膚效應伴熱系統

      信息來源:皖纜集團 瀏覽次數:14792 發布時間:2014-03-14

      管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)技術是近年來出現的一種新的金屬管道加熱方法,是大型石油化工等企業熱輸管道加熱保溫的新技術、新工藝,國外簡稱為“SECT法”。此種加熱技術具有效率高,適應所有長、中、短距離金屬輸液管道的伴熱和加熱,而且具有安全可靠,安裝維修方便等優點,因此廣泛用于各種不同性質的液態物質的管道運輸中。

       

      管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)系統


      集膚效應電伴熱(集膚電加熱)在我國也已廣泛應用。大慶油田在1974年采用該技術進行油井清蠟和集油管線的加熱保溫,并取得一定成果。遼河油田設計院將集膚電流法列入1979~1985年科研規劃中,并在油井防噴管和排污管上采用集膚電流加熱法,取得顯著的經濟效果。玉門石油管理局老君廟綜合采油三隊在加熱量油分離器殼體和裝球筒上采用了集膚效應加熱法。
      現在各大油田油井降粘、清蠟,石油化工管道長距離管線上集膚電流法已廣泛應用。本公司依靠長期的電伴熱技術儲備和實踐,現以成熟的產品設計,完善的系統安裝,為用戶提供安全可靠的集膚電伴熱裝置。每個集膚效應電伴熱裝置由公司設計,制造,安裝。


      一、管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)裝置構成
      管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)技術裝置,基本上由變壓器、加熱電源、輸液管、伴熱管和集膚電纜、保溫層、保護外殼等部分組成。加熱電源分工頻和中頻加熱電源兩種;輸液管和伴熱管為普通鋼管,伴熱管直徑為15-40mm,間斷的焊接在輸液管上;伴熱電纜穿在伴熱管中,外面是保溫層和保護外殼。

       

      管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)構成及原理圖


      二、管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)工作基本原理
      當交變電流經電纜通過伴熱管壁時,在集膚效應和鄰近效應的作用下,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,在管壁電阻的作用下,通過電流發熱,經傳導使輸液管溫度升高,而伴熱管外表面電壓、電流為零,自身形成絕緣結構,使液體在管道內得到安全可靠地輸送。
      伴熱管道末端及中間有可靠接地,以防止產生靜電或感應電,以確保管內液體的安全輸送集膚效應電伴熱與管道陰極保護可同時進行。集膚效應電伴熱(集膚電加熱)系統產生焦耳熱主要來自于三部分:
      1、加熱管上通電流時,加熱管上發出的熱。此熱量是集膚效應電伴熱(集膚電加熱)系統的主要熱量來源。  
      2、加熱管內部電纜產生的熱。
      3、加熱管內磁滯損耗產生部分熱。
      在一個集膚效應電伴熱(集膚電加熱)裝置中,絕緣導線穿過具有強磁性的鋼管并與鋼管尾端相連接,鋼管的首端與絕緣導線分別接電源的零線和相線,施以工頻或中頻交流電壓,電流通過導線和鋼管形成回路產生焦耳熱。由于鋼管的尺寸、材質、交流電頻率之間存在一定的關系,交流電并非均勻地流經鋼管截面,而是集中流過自其內表面起的某一深度內,電流密度按指數規律減少,在鋼管外表面電壓電流幾乎為零,很安全。因此可以將鋼管直接焊接在輸送管上,使之成為高效熱源。鋼管產生的熱量通過焊縫及導熱膠泥迅速傳給輸送管,起到伴熱作用。
      由于鋼管管與輸送管相焊接,導熱很好,使鋼管管與輸送管之間溫差在5-10℃以內,為了防止管道帶靜電及感應干擾,每隔一定距離在鋼管設有接地,當一根鋼管發熱量不夠時,可按二根或多根設計。


      三、集膚效應電伴熱(集膚電加熱)的特點
      1、抗拉強度、抗機械損傷能力高; 
      2、耐熱溫度高:最高耐熱溫度為360度;
      3、發熱功率大:≥100W/m;越泵加熱部分功率≥350W/m;
      4、節能效果好,與普通加熱電纜相比節能達35% 。 

        
      四、管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)技術特點
      1、適應性強
      適應所有長、中、短距離金屬輸液管道的伴熱和加熱,適用于管道的不同敷設方式和任何場所,如:地下直埋、水下、地面架空;適用野外或礦場、工廠、易燃易爆場所。伴熱管的發熱量,根據計算,單根最大發熱量為150W/m,并可根據輸液管的溫度要求,設計伴熱管的根數和運行電壓,最多可以安裝6根伴熱管。
      2、功率密度大、伴熱溫度高
      集膚效應電伴熱(集膚電加熱)系統有效維持溫度可達230℃,單根最大發熱量為150W/m。
      3、實現分段預制、維修方便
      可根據流程或輸液管段結構,將伴熱管廠內預制或現場分段預制加工,接頭采用焊接套管方式連接,與輸油管焊接、安裝在一起。外面加上保溫層和保護殼,既方便施工,又容易保證工程質量。如因流程管段故障或需更換閥門,只要把需要更換部分兩端的接頭拆開,將伴熱電纜抽出,即可更換部件。無需整體拆損保溫和管件。
      4、安全可靠、安裝維修方便
      集膚效應電伴熱(集膚電加熱)外管采用鋼管,強度大、密封嚴,有較好的保護作用。芯線采用電阻合金材料,絕緣層采用耐高溫的氟聚四氟塑料,由于集膚效應自身形成絕緣結構,,使伴熱管外表面和輸液管不帶電.輸液管每千米左右做一安全接地,接地電阻不大于4Ω,保證輸液管始終是零電位,做到安全可靠。與其它電伴熱方式比較,集膚效應熱方式維護檢查方便,其正常運行時幾乎沒有維護保養工作量。
      5、節約能源,加熱效率高
      集膚效應電伴熱屬于等溫加熱法,不會出現局部過熱現象,隨著管輸距離的加長提高加熱電壓即可,加熱效率高。與蒸汽伴熱相比較;集膚效應的伴熱耗能為23lkg/km標煤。采用熱循環或蒸汽伴熱耗能為1813kg/km標煤。
      6、自動化控制
      (1)實現溫度完善的控制功能:數字溫度閉環、短路保護功能、過流保護功能、斷路保護功能。
      (2)軟關斷軟啟動:最大限度地減少對器件的沖擊,延長器件使用壽命;
      (3)靈活的操作方式:數碼顯示,方便實現人機對話;
      (4)網絡化設計:實現遠程無線報警、遠程無線控制。

       

      集膚電伴熱(集膚電加熱)與其它伴熱方式的對比表


      從表中可以看出,電伴熱帶和MI加熱電纜這兩種方法較適應局部伴熱和短距離伴熱,如對閥們、閥件、旁通、短節和站內短管線等的加熱和伴熱。對于中、長距離的管線伴熱,由于單根伴熱電纜功率較小、電源供電點較多,一旦發生問題,維修較困難,要將所有的保溫層去掉才能更換其電纜。而集膚效應伴熱適用于中長距離各種口徑管線的伴熱,它的優點是:伴熱功率大、電源供電點少,傳熱效果好,維修方便。因此在各種管線集輸中得到了非常廣泛的應用。
      對于長輸管線的溫度監控,報警,可通過GSM網絡SMS短信的方式進行數據傳輸,具有數據傳輸可靠,組網容易,費用低廉,系統可擴展性強等特點。集膚效應電伴熱(集膚電加熱)是當前離散遠程數據傳輸的理想解決方案。


      五、管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)應用范圍 
      根據管道中液體的物性不同,要求管道內維持的溫度也不同,工頻集膚效應管道伴熱技術主要應用于管道的伴熱和管道內液體或已凝固介質的加熱、熔化或間歇輸油的管線。該技術的適應范圍主要用于下列輸液管道:
      1、用于防凍型管道的伴熱,輸氣管線含有飽合蒸汽,要求維持溫度不低于6℃。
      2、用于常溫時為凝固狀態,輸送時管道維持溫度不低于50℃的流質中。這類流質只有加熱到一定溫度時才能變成液態可以輸送。如運輸巧克力、牛奶等。
      3、要求管道維持溫度為50~l00℃,在常溫下為固態或粘度很高,難以流動,但加熱到一定溫度后又易于流動物質的管輸,可采用集膚效應電伴熱(集膚電加熱),防止管線降溫和管道停輸再啟動。如:稠油、高凝油、燃料重油、煤焦油、蠟等的集輸。
      4、要求維持高溫,溫度高于100℃而低于150℃的輸液管道,如硫磺必須加熱l30~140℃時,才能變成液態,易于輸送。
      5、要求等溫伴熱的管線,如管線距離較長,起輸溫度不易太高的介質輸送。
      6、間歇輸送的高凝點介質或粘稠介質,如:碼頭燃料油間歇裝車、船,管線不用掃線,可直接再啟動等。

       

      管道集膚效應電伴熱(集膚電加熱)安裝實景


      六、集膚效應電伴熱(集膚電加熱)對輸油工藝的影響
      用電加熱取代蒸汽伴熱乃至取代加熱爐加熱,可以使很長的管線實現均勻的外伴隨加熱,并能準確地控制油溫。這種加熱保溫方式將對輸油工藝帶來如下影響。
      1、取消反輸工藝及設施
      當管線停止正輸時,可以使油品靜止在管道中,用電熱保溫,以便再輸時可直接起動。如果停輸時間很長,可先不必通入電熱保溫而任其冷卻乃至凝固,待起輸前通電加熱至輸油溫度再重新起動。對于反復停輸的管道,這可以節省反輸的大量動力消耗、設備損耗,取消了反復的所有設施,從而降低建設費用和運行費用。
      2、泵站不必考慮雙電源,可以降低負荷等級
      由于即使油品在管道中凝固也不要緊,所有泵站輸配電的設計可不必考慮雙電源,降低負荷等級,從而簡化了設計,降低了建設和運行費用。
      3、理想的清蠟措施
      伴隨電加熱首先加熱的是輸油管本身,又由輸油管自外向內將熱傳導給油品,它本身就可以成為一種理想的清蠟措施。由于即使油品凝固了也能重新加熱起來,因此不必擔心因事故引起管道的停輸、堵塞。從而可以較從容地處理事故。
      4、延長管道的允許停輸時間
      對于需要反輸的管道,允許的停輸時間越長,反輸的時間也就越少,從而大大減少反輸的動力消耗和設備損耗。一條管線的敷設環境各異,在穿越河流和山區、沼澤地敷設及其它的某些局部管段,管道散熱量大,允許停輸時間相對短,從而限制了整個管線的允許停輸時間。如果在這些局部地段配上電熱,在管道停輸時通電保溫,延長這些地段的允許停輸時間,從而就延長了整條管線的允許停輸時間。同節省下的反輸動力消耗相比,上述局部地段電加熱保溫所消耗的動力是很少的,顯然有經濟意義。
      5、泵站站內管線電熱化
      目前泵站站內管線的蒸汽伴熱或熱水伴熱的設計,在一定程度上存在著盲目性。在實際運行中,有許多時間是未必需要伴熱的,因加熱效率很低,用于伴熱的熱水爐也不是利用余熱。目前的水處理措施仍然不能有效地解決伴熱水管的腐蝕問題,因此壽命是低的。若果采用電伴熱,便可以按照實際運行最經濟的方式靈活地控制,大大提高加熱效率。目前的情況,泵站生活區取暖用熱水爐,取消熱水爐,尚需設法解決另外的取暖方式。而對于人煙稀少低于的泵站,電加熱取代熱水爐伴熱就更為方便,更有利于自動化。

       

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