浅析原油管输伴热技术

摘 要：简要介绍不同原油管输伴热技术的工作原理和特点，对其各自的适用性进行分析比较，根据企业不同需求合理选型，做到资源优化配置。

关键词：原油；管道输送；蒸汽伴热；自控温电伴热；集肤效应伴热

中图分类号：TE83文献标识码：A管道输送是原油集疏的主要方式。对于凝固点、粘度较高的原油来说，输送工艺可分为两种类型，一是加热输送，另一是常温输送。加热输送是指将原油加热后进入管道加压输送，通过提高原油输送温度降低其粘度，来减少管路摩阻损失。我国原油大多具有粘度大、凝固点高的性质，加热输送工艺是国内原油管道常用的一种输送工艺。还有两种不常用的加热方式，一是提高原油流速，利用原油在高速下摩擦所产生的热能弥补沿程热损失；另一种是利用电集肤效应加热。而常温输送工艺是指利用热处理、添加化学药剂、添加减阻剂、稀释、热裂解、磁处理等方式，改善原油的低温流动性，达到常温输送的目的。

原油管道加热输送存在两方面的能量损失，散热损失和摩阻损失。由于油流温度高于管路周围的环境温度，存在径向温差，热油携带的热能将不断地往管外散失，因而使其温度在向前输送过程中逐渐降低，引起轴向散热损失，油流温度下降，粘度上升，单位长度管路的压降逐渐增大，容易出现管道事故。为此，需对输油管线进行保温伴热，通过伴热媒体散发一定的热量，以直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，达到升温、保温或防冻的工作要求。

目前，天津港南疆石化小区各企业在原油管输中普遍运用的是加热输送技术，而热油向下站输送过程中主要采用蒸汽伴热和电伴热这两种维温方法。

1 蒸汽伴热

为了防止由于温度低，高沸点、高凝固点油品在设备和管道中凝固，最常用的加热方法是用蒸汽加热。其工作原理是通过蒸汽伴热管道散热以补充被保温管道的热损失。常见蒸汽伴热系统包括：蒸汽锅炉、伴热管、凝结水管、减压阀、疏水阀、温度传感器、凝结水回收泵、蒸汽分配器、防冻自动排液阀、导热胶泥等组件，其安装形式见图1。

1.1 加热过程

伴热管与输油管平行敷设、保温在一起，锅炉产生的过热蒸汽经伴热管传热给输油管，从而加热管内油品，维持温度。在输油管适当位置加装温度传感器进行监控，依此调节锅炉产汽量，控制伴热温度。蒸汽冷却产生的凝结水经疏水阀进入凝结水管，通过凝结水回收泵输送回锅炉房再次利用。

1.2 优点

单位时间传输热量大、设施投资少、运行成本低。

1.3 缺点

a.散热量不易控制，保温效率低。

b.蒸汽流量难以灵活调节，不易实现油温的准确控制。

c.供汽点和疏水点多，相应的减压阀、调节阀和疏水阀多，检查维护量大。

d.伴热管道经常会出现“跑、冒、滴、漏”现象。

2 电伴热

电伴热是用电热的能量来补充被伴热体在工艺流程中所散失的热量，从而维持流动介质最合理的工艺温度。输油管道采用电伴热保温，防止管道中原油凝固是近几年来发展的一项高新节能技术。

2.1 自控温电伴热

电伴热系统由电源开关柜、电源接线盒、防爆温度控制器、尾端盒及安装附件等组成，通过电源电缆和电伴热线的连接形成电源回路系统。贴附在输油管表面的电伴热线，经通电后产生热量，达到保温伴热的目的，其安装形式见图2。

2.1.1 加热过程

自控温电伴热方案主要通过自控温电伴热线完成。自控温电伴热线由导电塑料和2根平行母线加绝缘层、金属屏蔽网、防腐外套构成。其中由塑料加导电碳粒经特殊加工而成的导电塑料是发热核心。当伴热线周围温度较低时，导电塑料产生微分子收缩，碳粒连接形成电路使电流通过，伴热线便开始发热；而温度较高时，导电塑料产生微分子膨胀，碳粒逐渐分开，导致电路中断，电阻上升，伴热线自动减少功率输出，发热量便降低。当周围温度变冷时，塑料又恢复到微分子收缩状态，碳粒相应连接起来形成电路，伴热线发热功率又自动上升。由于整个温度控制过程是由材料本身自动调节完成的，其控制温度不会过高也不会过低。

2.1.2 优点

a.沿管线长度方向均匀放热，温度梯度小、热稳定时间长，供热量变化可随时起停；

b.设计简单，施工安装方便，能实现遥控和自动控制，维护工作量小；

c.热效率高、能耗低，节约能源；

d.体积小，可靠性高，使用寿命长，适用范围广；

e.无"噪声"和"滴"、"冒"、"漏"等现象，无任何污染；

f.伴热温度不受季节、昼夜和首尾端温差影响，能自动跟踪。

2.1.3 缺点

单位时间传输热量小、一次性投资较高、长期使用电力运行成本较大。

2.2 集肤效应伴热

集肤效应伴热技术是将交流电的集肤效应原理灵活应用于输油管道的生产伴热及解堵的电伴热方法。相比常规用于长输管线的电阻式伴热而言，集肤效应加热系统不需要大量采用配电设施，是一个非常经济的方案，从一个电源点可对达10余公里的管线进行伴热。集肤效应伴热系统主要由磁性钢管和集肤效应导线构成，其安装形式见图3。

2.2.1集肤效应原理

在加热理论中，有一个集肤效应原理，即：

S = K（1/FC）1/2

式中：S -- 集肤效应深度

K -- 修正系数

FC -- 频率

由此可以看出，当FC增大时，S变小，则集肤深度越深，同时其交流阻抗Z = KZC（FC）1/2也变大，因此在相同数值的电流作用下，负载所获得的能量也越高，而电流及线路损耗相应地也会变小，从而提高了加热效率，同时还可起到节约电能的目的。

2.2.2 加热过程

集肤效应加热系统的工作原理是基于两种现象：场效应和集肤效应。加热装置是一个被称为“热管”的有铁磁性的钢管，在其中穿有专门设计的集肤效应导线。热管和绝缘的集肤效应导线在一端连接在一起，在另一端则分别与交流电源的零线和相线相连。交流电压将在热管内产生电流，电流从热管的内壁表面流回，通过导线和管壁形成回路产生焦耳热。由于在绝缘的导线和铁磁性的管道间的电流产生磁通量关联，使返回电流集中在热管的内壁表面。而交流电并非均匀地流经热管截面，而是集中流过自其内表面起的某一深度内，电流密度按指数规律减少，这一深度叫做“集肤深度”。集肤效应加热系统产生的热量是由热管的集肤深度内的电阻所致。当电流集中在热管的内壁表面时，产生的热量从热管传递到输送管线表面和物料，使其温度升高到设计的水平。由于前述的现象，在热管的外壁表面实际上没有可测出的电压电流，这样管路系统可以接地，很安全。因此可以将热管直接焊接在输油管上，使之成为高效热源。热管产生的热量通过焊缝迅速传给输油管，起到伴热作用。（详见图4）

2.2.3 优点

a. 加热距离长，从一个电源点供电可达十余公里，适合长输管道伴热；

b. 结构简单，本身具有防爆性，表面不带电，安全可靠；

c. 单位长度发热功率较大，热效率高，节能显著；

d. 自动化程度高，可实现自动控制；

e. 使用寿命长达二十年；

f. 无污染，操作简单，维护量少。

2.2.4 缺点

一次性投资高、长期使用电力运行成本较大。

小结

我国工艺管线和罐体容器的伴热目前大多采用传统的蒸汽或热水伴热。由于电伴热较蒸汽、热水伴热有许多优点，国外六十年代就研究开发，并逐渐取代传统伴热方法，应用推广面达80%以上。电伴热不但适用于蒸汽伴热的各种场所，而且能解决蒸汽伴热难以解决的问题，如：长输管道的伴热，窄小空间的伴热；无规则外型的设备（如泵）伴热；无蒸汽热源或边远地区管道和设备的伴热；塑料与非金属管道的伴热，等等。虽然电伴热无论从技术性能、经济效益，还是节能、环保方面，都明显优于蒸汽伴热，但原油管输企业在选择伴热方式时仍需充分考虑自身生产特点，以生产效率最高、经济效益最优为依据合理选型，做到优化配置。

参考文献

［1］高承淮.油气集输工艺技术现状与展望[J].中国石化，2001.

［2］电伴热产品.无锡恒业电热电器有限公司[Z].2008.

［3］伴热专家.上海新冠伴热工程有限公司[Z].2008.

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