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    電伴熱是指用電能補充被伴熱物體在輸送工藝過程中的熱損失，使流動介質溫維持在一定的工藝溫度范圍內。本文介紹了在原油管輸過程中各種電伴熱技術結構、機理及應用現(xiàn)狀，并指出自限式電伴熱和集膚效應伴熱有著較為廣闊的發(fā)展前景。
 1、電伴熱是指用電能補充被伴熱物體在輸送工藝過程中的熱損失，使流動介質溫度維持在一定的工藝溫度范圍內。管道電伴熱有以下4種類型：
（1）阻抗伴熱。阻抗伴熱分直流電伴熱和交流電伴熱。它要求管道等徑，并且在加熱的管段上沒有副管和閥門。
（2）電磁感應伴熱。電磁感應伴熱是一種利用電磁感應原理及感應電流通過導體時產生的熱效應，使工件快速加熱的方法。電磁感應伴熱一般分為3類：工頻電磁感應伴熱、中頻電磁感應伴熱和高頻電磁感應伴熱。電磁感應伴熱效率可達到80%以上，并且加熱速度極高。
（3）柔性材料伴熱。柔性材料伴熱是靠導體通電時產生的焦耳熱來加熱管道，包括電纜伴熱和電伴熱。電伴熱是用銅或銅合金制成芯線，芯線外面用具有良好的熱穩(wěn)定性和導熱性的材料做成絕緣層，最外層用銅或不銹鋼制成的封閉的鎧裝。電纜伴熱有兩種敷設方式：①管道內部敷設；②管道外部敷設。電伴熱傳熱效果優(yōu)于電纜伴熱。電伴熱外形扁平便于與管道接觸，分為恒功率和變功率兩大類。恒功率電伴熱單位長度的發(fā)熱功率基本恒定，不受溫度的影響，可分為并聯(lián)式電熱帶和串聯(lián)式電熱帶。
    變功率電伴熱又稱自限式電伴熱，是指電伴熱的輸出功率隨被伴熱介質溫度的升高而下降，反之則增加。系統(tǒng)核心部分由兩根平行母線和發(fā)熱元件構成，發(fā)熱元件的電阻率具有正溫度系數(shù)（簡稱PTC）。將PTC材料均勻地擠塑在兩根平行的金屬線芯之間即可得到芯帶。PTC材料一般由塑料加導電碳粒組成。在通電的電熱帶內，母線間的電路數(shù)量隨溫度的變化而變化：當電伴熱周圍的溫度下降時，電路數(shù)量增加：當母線的溫度升高時，電路數(shù)量減少。
（4）集膚效應伴熱。當交流電通過鐵磁性材料時，導體橫截面上的電流分布是不相同的。在接近導體曲表皮部分電流比較集中，這種現(xiàn)象被稱為集膚效應。管道集膚效應伴熱(SECT)是利用集膚效應，使電能集中在一小口徑碳鋼管的內表面處轉換為熱能，并把熱量傳給管道。因電流集中在鋼管的內表面，外表面幾乎沒有電流，所以自身能形成很好的絕緣結構。
2、國內外電伴熱技術在原油管道輸送中的應用
電伴熱因具有效率高、溫控準等優(yōu)點，得到了快速的發(fā)展，但在原油管道輸送中，各種電伴熱技術發(fā)展并不均衡。
（1）阻抗伴熱的應用。阻抗伴熱耗資小，施工操作方便,但具有以下弊端：
①為保證工作人員的安全,需要安裝變壓器；
②接地極的總電阻要小于管體電阻值；
③伴熱管道應與相鄰的設備進行絕緣；
④地下使用該伴熱系統(tǒng)時，會引起電流的大量流失。所以阻抗伴熱技術常被用來對凝油管道進行電加熱解凝。
（2）電磁感應伴熱的應用。電磁感應伴熱熱流密度大，可自動控溫，另外僅鐵芯發(fā)熱可消除設備發(fā)生火災的危險。由于電磁感應伴熱的熱慣性小，所以斷電后會馬上斷磁、停止加熱，控溫性能比較準確。但電磁感應伴熱設備復雜，成本很高，一般用于對凝油管道進行電加熱解凝。
（3）柔性材料伴熱的應用。電纜伴熱存在采用外部敷設時同管道的接觸面積小，而內部敷設時又不便于清管等原因，所以電纜伴熱較少應用于工程中。恒功率電熱帶熱量穩(wěn)定并且與長度成正比，使用的電伴熱帶越長，輸出的總功率越大。當電熱帶交叉安裝時局部管線溫度有可能超過其最高承受溫度，影響油質，而且電熱帶若有局部損壞，將影響其它部位的使用。
此外，恒功率電伴熱還受節(jié)長的限制，利用率低。但其設計選型較為方便、一次投資較少，目前使用仍較為廣泛。變功率電熱帶是整體發(fā)熱，允許任意交叉重疊，并且在現(xiàn)場安裝時可任意截其長度從而減少不必要的浪費。另外，電熱帶由無數(shù)并聯(lián)結構組成，即使有局部損壞，也不影響其它部分的使用。自限式電熱帶伴熱的性能是由制造它的PTC材料決定的，伴熱溫度受到限制，同時生產加工能力也制約了其長度（一般不到千米）。幾年來，國內外短距離、伴熱溫度不高的原油輸送多采用自限式電伴熱帶。
（4）集膚效應伴熱的應用。集膚效應伴熱技術與設備具有顯著的優(yōu)點：
①防爆功能，自身形成的絕緣結構成功地解決了電器裝置和設備的絕緣問題；
②裝置一體化，伴熱管可實現(xiàn)工廠預制化，減少了工程量，縮短了工程周期；
③伴熱溫度高，有效維持溫度可達0～230℃；
④熱量利用率高，在輸送管與加熱管間的焊縫間隙內加入傳熱水泥后的熱效率可與電纜伴熱的內部敷設方式相比擬；
⑤伴熱距離長，一個電源點的伴熱距離最長可達24km；
⑥使用壽命長，耐熱電纜具有十年的使用壽命。因此，在輸送高凝原油、高含蠟原油時，國內外大公司多用該方法。
3、原油管道電伴熱技術的發(fā)展前景展望
    理想的伴熱技術要求伴熱量能隨溫度的變化而變化，以保持原油溫度的穩(wěn)定。PTC材料完全符合這個要求，其功率隨溫度可調保證了它在技術上的先進性；最高的表面溫度保證了它的安全性；整體發(fā)熱和并聯(lián)結構保證了它的可靠性。可以說，自限式電伴熱是一種具有科研價值及市場推廣價值的高技術產品，該項技術已取得令人矚目的成就。
   自限式電熱帶今后的研發(fā)重點應在提高耐溫等級和帶體加長兩方面尋求突破，以便占有更大的市場份額。原油管道輸送工藝在伴熱溫度較高時常采用集膚效應伴熱技術，其輸出功率與電流頻率有關，電流頻率越高，集膚效應越明顯，電流越趨于鋼管表面，產生的焦耳熱越多。
   目前集膚效應伴熱的電源多為工頻交流電源，集膚效應伴熱的變頻技術（工作頻率可調）尚未完全成熟，是以后研發(fā)的重中之重。隨著科技的進步，自限式電熱帶伴熱技術與集膚效應伴熱技術將有更為廣闊發(fā)展空間。

摘自：王衛(wèi)強 《油氣田地面工程》