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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(zhì)溫維持在一定的工藝溫度范圍內(nèi),。本文介紹了在原油管輸過程中各種電伴熱技術(shù)結(jié)構(gòu)、機理及應(yīng)用現(xiàn)狀,，并指出自限式電伴熱和集膚效應(yīng)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(zhì)溫度維持在一定的工藝溫度范圍內(nèi),。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(yīng)伴熱,。電磁感應(yīng)伴熱是一種利用電磁感應(yīng)原理及感應(yīng)電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱效應(yīng),，使工件快速加熱的方法,。電磁感應(yīng)伴熱一般分為3類：工頻電磁感應(yīng)伴熱、中頻電磁感應(yīng)伴熱和高頻電磁感應(yīng)伴熱,。電磁感應(yīng)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(dǎo)體通電時產(chǎn)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(dǎo)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(shè)方式：①管道內(nèi)部敷設(shè),；②管道外部敷設(shè)。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(zhì)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(gòu)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(dǎo)電碳粒組成,。在通電的電熱帶內(nèi),，母線間的電路數(shù)量隨溫度的變化而變化：當(dāng)電伴熱周圍的溫度下降時，電路數(shù)量增加：當(dāng)母線的溫度升高時,，電路數(shù)量減少,。
（4）集膚效應(yīng)伴熱。當(dāng)交流電通過鐵磁性材料時,，導(dǎo)體橫截面上的電流分布是不相同的,。在接近導(dǎo)體曲表皮部分電流比較集中，這種現(xiàn)象被稱為集膚效應(yīng),。管道集膚效應(yīng)伴熱(SECT)是利用集膚效應(yīng),，使電能集中在一小口徑碳鋼管的內(nèi)表面處轉(zhuǎn)換為熱能，并把熱量傳給管道,。因電流集中在鋼管的內(nèi)表面,，外表面幾乎沒有電流,，所以自身能形成很好的絕緣結(jié)構(gòu)。
2,、國內(nèi)外電伴熱技術(shù)在原油管道輸送中的應(yīng)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(shù)發(fā)展并不均衡。
（1）阻抗伴熱的應(yīng)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(yīng)與相鄰的設(shè)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(shù)常被用來對凝油管道進行電加熱解凝,。
（2）電磁感應(yīng)伴熱的應(yīng)用。電磁感應(yīng)伴熱熱流密度大,，可自動控溫,，另外僅鐵芯發(fā)熱可消除設(shè)備發(fā)生火災(zāi)的危險。由于電磁感應(yīng)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(yīng)伴熱設(shè)備復(fù)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(yīng)用,。電纜伴熱存在采用外部敷設(shè)時同管道的接觸面積小，而內(nèi)部敷設(shè)時又不便于清管等原因,，所以電纜伴熱較少應(yīng)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(dāng)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(zhì),，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(shè)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(jié)構(gòu)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(chǎn)加工能力也制約了其長度（一般不到千米）,。幾年來,，國內(nèi)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(yīng)伴熱的應(yīng)用,。集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)與設(shè)備具有顯著的優(yōu)點：
①防爆功能，自身形成的絕緣結(jié)構(gòu)成功地解決了電器裝置和設(shè)備的絕緣問題,；
②裝置一體化,，伴熱管可實現(xiàn)工廠預(yù)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(nèi)加入傳熱水泥后的熱效率可與電纜伴熱的內(nèi)部敷設(shè)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(nèi)外大公司多用該方法,。
3、原油管道電伴熱技術(shù)的發(fā)展前景展望
    理想的伴熱技術(shù)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(diào)保證了它在技術(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)產(chǎn)品,，該項技術(shù)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(yīng)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(yīng)伴熱技術(shù)，其輸出功率與電流頻率有關(guān),，電流頻率越高,，集膚效應(yīng)越明顯，電流越趨于鋼管表面,，產(chǎn)生的焦耳熱越多,。
   目前集膚效應(yīng)伴熱的電源多為工頻交流電源，集膚效應(yīng)伴熱的變頻技術(shù)（工作頻率可調(diào)）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(shù)與集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)將有更為廣闊發(fā)展空間,。

摘自：王衛(wèi)強 《油氣田地面工程》