管道保溫及防凍裝置

集輸管道電加熱裝置

廊坊市藍德采油技術開發有限公司

一、技術簡介

集輸管道電加熱技術是近年來出現的一種新的管道加熱方法，是大型石油、化工企業熱輸管道加熱、保溫的新技術、新工藝，國外簡稱“SECT”法。此種加熱技術具有管道全程連續均衡加熱、熱效率高、安全可靠、節能減排、使用壽命長等諸多優點，適應于所有中、長距離集輸管道的加熱。

目前我國各大油田針對輸油管道一般采用三管伴熱、摻水伴熱、井口加熱器加熱、管線外加熱或引用其他油井伴輸、伴熱的方法。這些方法耗能高、成本大、局部過熱、末端集輸困難。因此造成井口回壓高、泵效低、管道使用壽命短等諸多問題。有些管道需定期熱洗，加注化學藥劑，增加了企業的生產成本。

集輸管道電加熱技術將解決這些難題，為生產企業提供了一種*先進、*科學的熱輸方法。

該技術將集膚效應與變頻技術相結合，適用于各種金屬或非金屬管道，讓“產出液流動就不加熱”的節能概念構想得以實現。自動溫度控制系統，保證管道全段在*低能耗下運行。加熱線纜以“非開挖”的方式直接穿入輸油管道內部，通過調整發熱功率，對輸油管道的原油液體進行加熱，保證管道內原油不凝結，實現略高于原油凝固溫度運行，達到了真正意義上的“低溫冷輸”，降低能耗，延長輸油管線的使用壽命。

外接無線遠程監控技術：RS485 通訊接口，支持標準的modbus RTU 協議，GPRS，固定基站等多種方式，采用新一代PLC集成觸摸屏控制系統，通過現場無線傳輸，將實時溫度、壓力及耗電量等數據傳到中控室，并可遠程控制設備的啟停，設置溫度，**監控、管理每一條輸油管線的生產情況。

二、工作原理

集輸管道電加熱裝置的工作原理是基于電流在鄰近導體中反向流動時產生的集膚效應與鄰近效應，使外鎧金屬管發熱的物理現象。

其表現為當中頻電流由變壓器一端流經加熱線纜內芯，然后與外鎧金屬管尾端的短接， 再由外鎧金屬管內壁流出，回流至變壓器另一端。在此過程中，電流受到集膚效應、鄰近  效應作用的影響，電流不是沿著外鎧表面走，而是集中在外鎧內層通過，外鎧金屬管表面  沒有可測電流和電壓。此時，在電阻的作用下而使外鎧金屬管發熱，經熱傳遞，提升管道  內的原油液體介質溫度，從而達到管道內原油液體加熱的目的。

集輸管道電加熱裝置產生的熱量主要來自于三部分：

1、電流在加熱裝置外管內壁返回過程中，由外管阻抗產生的熱量。

2、由于絕緣導線與外管之間產生的交互磁場而導致磁滯現象和渦電流產生的熱量。

3、由于絕緣導線阻抗而產生的熱量 。

配電系統： 將輸入的三相交流電源整流、逆變后變成可調頻、調壓的單相中頻電，經中頻變壓器隔離后為發熱電纜提供中頻工作電流。

三、結構組成

集輸管道電加熱裝置的基本構成：中頻測控柜、PLC集成控制系統、特種不銹鋼管加熱線纜、無線傳輸模塊、溫度傳感器、壓力傳感器、接線盒、密封組件等。

四、安裝示意

五、核心特性

1、快速升溫，發熱線纜在幾（具體是幾分鐘）分鐘內就可以從0℃升溫至60℃。 熱效率達到95%以上。（什么理由“電纜結構或是什么技術”使其在幾分鐘內溫度提高60℃ ）熱功率可根據生產需要，在5W—100W/m之間任意調節， 溫度自控，底起高停，相對其他電加熱裝置，節電達到35％左右。（什么措施或控制技術使其產品比其他產品節電≥35%）

2、發熱金屬管一般為304、316不銹鋼，它們具有較強的耐腐蝕能力,不銹鋼表面有富鉻氧化膜保護，污垢不易附著。另外受電磁影響，鈣鎂離子在交變磁場作用下，做不規則運動，不易析出結晶。所以，原油液體在60℃左右的溫度時，不銹鋼管外壁不會結垢 。

3、中頻測控柜采用微電腦數字化自動控制技術，具有頻率跟蹤和調整功能，對于設備的過載、過流、過壓、欠壓、短路、超溫、缺相、通訊故障等具有自動識別和保護等功能。

4、該加熱電纜自身內部構成回路，不銹鋼外層是發熱體，除了給介質的加溫外，同油管沒有任何物理性質的聯系，所以不會再次對管道產生腐蝕。

5、自動（變頻）軟控制：即：裝置根據現場的實際需求編制控制程序，按實際需求設置溫度、壓力控制區間，裝置在此控制區間進行柔性電流調節，電流達到*低設定延續10分鐘且控制參數保持，裝置停機。當介質溫度降止*低設定時，系統柔性啟動，從而有效的達到節能≥35%的目的。

6、安裝簡便，故障率低、維護量小，節能**、效率高。

安裝方式：內置管道、穿管鋪設

電源電壓：AC380V或1.14KV、三相四線

電源頻率：50Hz

系統功率：10~150kw

伴熱距離：0.01~5公里（單點）

發熱功率：5~100W/m（單根）

伴熱溫度：≤80℃

溫度精度：≤0.5℃

線纜規格：直徑10~35mm

介電強度：5kv、5min不擊穿

通訊方式：RS485通訊接口，支持標準的modbusRTU協議，GPRS，固定基站

溫控精度：0.5℃

測溫元件：PT100

測壓元件：壓力變送器

防護等級：IP54

保護功能：過載、過流、過壓、欠壓、短路、超溫、缺相、通訊故障等

金屬管材料：奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼

金屬管強度：抗拉強度＞3T

六、方案對比

以單井日產10噸（含水40%）、管線長度700米、野外平均氣溫5℃、出口溫度20℃、末端溫度45 ℃、全天運行、工業用電1.3元/kw計算：

七、現場應用（一）

華北油田采油一廠南馬工區馬95-1平臺四口新井，距馬二聯站1200米，途中的馬95-17井，馬951井原先是三管伴熱，能效低，回壓高。2018年5月在此平臺上加裝了一套55KW的管道保溫及 防凍裝置，將馬95-1平臺四口新井與馬95-17、馬951兩口井串聯在一條集油管線上，去除原先的伴熱管線。2018年5月18日，馬95-1平臺各井陸續投產。2018年6月23日，馬95-1平臺附近又打了馬354、馬95-3、95-4三口新井，分別在兩條支線上加裝了11KW、22KW的兩套管道保溫及防凍裝置， 同馬95-1平臺的集油管線串聯在一起。該集油管線到聯合站的總長度為1551米，運行耗能為單位噸液升高1℃的耗電量0.707kwh，進聯合站的末端溫度為50℃，至今該三套裝置運行了將近五年之久，無任何故障發生。

現場應用（二）

勝利油田孤島采油廠GDN22X7井，2017年5月投產，高含蠟井，析蠟點34 ℃ ，開井初期液量低只有4.5方，溫降大管線末端結蠟嚴重，井口回壓*高達1.6MPa。

安裝內置電加熱系統前治理措施：將GDN23X504液量（液量36方， 溫度60度）引至該井井口伴輸至南1-9閥組，閥組出口溫度為38.1℃，所含油井中有3口高含蠟，氣溫降低后隨著產出液中的蠟析出，管線壓力損失*大高達0.5MPa。采取定期熱洗集油支線，平均熱洗周期為22天。

2020年8月份，GDN22X7單井集油管線安裝了470m內置電加熱系統，末端設置溫度45℃，同時優化了高溫、高液井GDN23X504單井流程，解決了南1-9閥組后段的集輸困難。實施后，進入冬季以來，南1-9閥組的壓力在未熱洗閥組的情況下穩定0.94MPa以下，溫度45.5℃，平均日耗電量128KW·h，截至目前生產正常。

現場應用（三）

孤島采油廠孤南152斷塊、孤南2斷塊原油含蠟較高，受溫度影響比較明顯，部分井產液量低、溫度低，管線結蠟嚴重，生產困難。

GNGN152X38井2021.01.21改層開井，2021.1.23日回壓高關井，回壓1.2MPa，后熱洗3次，開井不成功。

2021.02.03日該井加裝550m管線內置電加熱系統，前端200米帶保溫的D76鋼管，后端350米為不帶保溫的復合管。

2021.02.06日開井實施后，GNGN152X38井的壓力始終穩定在0.6MPa以下，末端的溫度38℃，日產液量6.5m3，日產油量3.8t， 含水42.1%，日耗電約335KW.h，截至目前生產情況正常。

現場應用（四）

華北油田采油一廠管道保溫及防凍裝置部分統計表

序號	單 位	井 號	長度（m）	功率（KW）	完工日期	生產狀況	備注
1	南馬工區	馬95-1至馬二聯	1195	55	2018.05.13	已投
2	南馬工區	馬354至馬95-1	116	11	2018.05.22	已投
3	南馬工區	馬95-3至馬95-1	240	22	2018.06.23	已投
4	鄚州工區	鄚18至鄚19	579	22	2018.12.11	已投
5	鄚州工區	鄚40至鄚40-2	426	22	2018.12.08	已投
6	雁翎工區	雁59至雁59-7	847	55	2019.01.20	已投
7	雁翎工區	雁59-3至雁59三通	284	15	2019.01.20	已投
8	西柳工區	西10-64至系統主管線	1393	55	2019.01.25	已投
9	鄚州工區	鄚2至鄚12	1061	55	2019.03.06	已投
10	鄚州工區	鄚12至鄚15	570	25	2019.03.06	已投
11	西柳工區	淀32-13井	252	11	2019.03.07	已投
12	雁翎工區	雁59-1至雁59三通	545	25	2019.03.19	已投
13	鄚州工區	淀25至淀23-8	1132	55	2019.03.25	已投
14	鄚州工區	淀23-1至淀23-8	671	25	2019.03.25	已投
15	鄚州工區	淀23-2至淀23-4	765	30	2019.03.25	已投
16	鄚州工區	淀23-13至淀23-4	610	30	2019.03.25	已投
17	鄚州工區	淀23至淀23-11	372	15	2019.04.07	已投
18	鄚州工區	淀23-3至淀23-11	1473	55	2019.04.07	已投
19	鄚州工區	淀20-4至淀20至淀20-5	530	30	2019.05	已投
20	高陽工區	高11井	550	30	2019.05.05	已投