宋成铭 王紫阳 费继涛

摘 要：我国是工业大国，也是能源消耗大国。广大的国土上分布着纵横数千里的管道，每天为工业生产和能源使用提供石油和天然气输送服务。由于其物质特性，油气在运输过程中必须维持一定温度以上，否则就会降低输送效率，严重时甚至会造成管道事故。为了保证油气输送安全，人们开发出集肤效应电伴热技术，较为妥善地解决了油气远距离管道输送中温度下降的问题。文章围绕集肤效应电伴热技术在油气远距离管道输送中的应用进行了探讨，介绍了集肤效应电伴热系统的基本原理和主要组成，分析了集肤效应电伴热系统的设计要点，最后强调了在集肤效应电伴热技术的实际使用过程中需要重视的问题。

关键词：集肤效应电伴热；介质；油气输送；基本原理；设计

引言

石油、天然气是重要的能源物质和基础化工原料。在实际使用过程中，石油、天然气与许多化工产品、半产品一样，都是采用管道运输方式进行输送的。由于许多输送对象在常温状态下流动性较差，出于便于输送的目的，使用管道运输物料的过程中往往采用了保温措施，将被输送的物料温度维持到一定限度以上。但在长距离输送过程中，必然会伴随着热量损失，从而导致物料温度下降，如果被输送的物料温度输送要求温度，物料物理形态发生改变，就会给输送带来负面影响，严重时造成管道堵塞。比如原油、天然气输送过程中温度下降，就会导致管道中出现凝固结蜡现象。为了保障无论输送顺利正常，人们在实际输送物料过程中主要使用热量补偿的方法，维持物料在输送过程中的温度，具体通过对输送管道进行伴热处理来实现。根据管道的实际特点和需求不同，伴热的具体方式也会发生变化。对于要求不高的普通输送管道，常用的伴热方式有蒸汽伴热、热水伴热和电伴热等几种方式。而石油、天然气等输送管道具有输送距离长，途径环境复杂多变，条件严苛等特点，有的输油管道还会有海底管道和陆地管道的变化，如果采用常用的蒸汽伴热或热水伴热等伴热方式，不仅设备复杂、给建设、使用、维护管理带来很大困难，还会有资金需求量大，使用周期短等问题，所以通常会考虑施工更加经济的电伴热方式。而电伴热方式中的自限式电伴热和恒功率电伴热两种方式，其伴热距离较短，一般最多200m，远远不能适应石油、天然气动则几百公里的输送需求。针对这一问题，技术人员经过长期研究和实践总结，开发出集肤效应电伴热管道加热技术。该技术一经问世，就受到石化企业的高度欢迎，在石化行业远距离管道输送领域获得了广泛应用，自身也实现了飞快发展。集肤效应电伴热技术英文简称为SECT法，能够在短时间内迅速提高物料温度，对于远距离管道运输加热、伴热具有很强的适应性，同时兼具安全可靠、寿命长、安装和维护方便等优点。

1 集肤效应电伴热系统概述

1.1 集肤效应电伴热的基本原理

在电磁场的作用下，通电导体的集肤效应会产生相应热量，根据这个原理，人们将其应用于管道输送领域，这就是集肤效应电伴热技术的基本原理。在实际应用中，集肤效应电伴热系统的发热装置由承担着热管作用的普通碳钢管与穿过导管的集肤效应导线组成。在需伴热的管线上焊接热管，再将热管与导线一端短接，另一端则与电源两端分别相连。在通电状态下，集肤效应产生，热管中的电荷集中于热管内壁，导线中的电荷集中于导线外表面，二者彼此吸引，从而使得热管内壁与导线外表面构成高阴区，发出大量的热。这些热量经由热管传递至伴热管线，从而达到伴热保温的效果。从安全角度上看，热管外壁电位为零，伴热管道电位也为零，二者间没有电位差，不会形成电流通路，因此使用集肤效应电伴热是安全可靠的。

1.2 集肤效应电伴热系统组成分析

一般情况下，集肤效应电伴热系统由主控制柜、变压器、导线及接头连接件、热管及连接件、温度控制系统等单元组成。

1.2.1 主控制柜

该装置是集肤效应伴热系统的控制单元，负责系统的电力支持和对集肤效应电伴热电路进行控制。

1.2.2 变压器

干式变压器、油浸式变压器、SCOTT变压器或者带平衡装置的变压器等都是集肤效应电伴热常用的变压器种类。对于在一根输送管道上使用两路集肤效应电伴热系统的情况，一般都使用特殊形式的SCOTT型变压器或者加负载平衡器的变压器，而不是用常用的三项变压器，这是因为在这种条件下使用三项变压器会导致三项无法平衡，电源质量严重下降。

1.2.3 集肤效应导线及接头连接件

集肤效应导线通常采用单芯铜导线，使用具有耐高温性、抗磨损性能佳的绝缘材料外敷表面。整个系统的总发热量的十分之一由其提供，导线线径的选择取决于电流的大小和载流量系数。而电源电压等级、负载大小和伴热长度等则是电流大小的主要影响因素。

1.2.4 热管及连接件

热管是集肤效应电伴热系统的发热单元，一般使用普通的碳钢管制成。总发热量的十分之九由其提供。热管的接长需要使用连接件，其材质与热管一致，主要使用碳钢制成。具体包括首端接线盒、中间接线盒和终端接线盒等部分，分别用于电路中各个部分的连接。

1.2.5 温度探测及变送装置

要实现维持管道中物料温度的目的，首先要对物料当前温度进行测定，管道中物料温度通常采用温度探头测定。由于许多物料在管道中的不同位置的状态、理化性能并不完全相同，使得温度在管道内部的分布也不一样，这就要求管道中设置的探头测定数据必须要能够体现物料的整體温度情况，通常在物流的首端和终端设置温度探头。探头测定的温度以电信号的方式传递给控制盘，根据设定参数决定是否接通、切断集肤效应电伴热电路。

2 集肤效应电伴热系统的设计要点

在设计集肤效应电伴热系统时，最重要的是要选择适宜、正确的热管材料，热管是整个系统的发热核心，其材质性能直接关系到集肤效应伴热系统的工作状况。常用的热管材质有碳钢管、不锈钢管及铜管等，由于碳钢较为经济，所以使用频率较多。热管厚度受集肤深度和腐蚀裕量两个因素影响，电流频率50赫兹的情况下，碳钢的集肤深度一般控制在0.6毫米至0.8毫米之间。然后再结合所使用的碳钢的腐蚀系数和设计使用年限计算出腐蚀裕量，腐蚀裕量和集肤深度之和就是热管管壁的最小厚度。

3 在使用集肤效应电伴热过程中需要注意的问题

（1）对于使用海底管道进行油气输送的情况，考虑到海底管道热管的连接方式，为保证管件结构稳定，需要对内外管连接铆固件进行强度校核。

（2）对于使用陆上管道进行油气输送的情况，由于法兰、阀门及支撑等配套结构为刚性结构，不能使用同为硬质材料的热管进行缠绕伴热，所以要使用自限式伴热带对其热量损失进行弥补。

4 结束语

在现有的多种伴热技术中，集肤效应电伴热效率高、适应性好，已经成为当前海、陆石油、天然气的远距离管道输送的主要技术。我国要大力发展石油、天然气产业，集肤效应电伴热技术是不可或缺的一环，相关企业要加大研究投入，不断提高、完善集肤效应电伴热系统的性能和质量，为我国石油、天然气产业顺畅发展提供必要的保障。

参考文献

[1]焦辉.电伴热技术在给排水管道保温中的重要性[J].经营管理者，2011，15.

[2]王照亮，梁金国，王弥康.电伴热采油和输油工程设计[J].石油大学学报（自然科学版），1998，2.