管道保溫及防凍裝置

集輸管道電加熱裝置

廊坊市藍(lán)德采油技術(shù)開發(fā)有限公司

一、技術(shù)簡介

集輸管道電加熱技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種新的管道加熱方法，是大型石油、化工企業(yè)熱輸管道加熱、保溫的新技術(shù)、新工藝，國外簡稱“SECT”法。此種加熱技術(shù)具有管道全程連續(xù)均衡加熱、熱效率高、安全可靠、節(jié)能減排、使用壽命長等諸多優(yōu)點，適應(yīng)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(xué)藥劑，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

集輸管道電加熱技術(shù)將解決這些難題，為生產(chǎn)企業(yè)提供了一種*先進、*科學(xué)的熱輸方法。

該技術(shù)將集膚效應(yīng)與變頻技術(shù)相結(jié)合，適用于各種金屬或非金屬管道，讓“產(chǎn)出液流動就不加熱”的節(jié)能概念構(gòu)想得以實現(xiàn)。自動溫度控制系統(tǒng)，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(nèi)部，通過調(diào)整發(fā)熱功率，對輸油管道的原油液體進行加熱，保證管道內(nèi)原油不凝結(jié)，實現(xiàn)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(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)：RS485 通訊接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的modbus RTU 協(xié)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(tǒng)，通過現(xiàn)場無線傳輸，將實時溫度、壓力及耗電量等數(shù)據(jù)傳到中控室，并可遠(yuǎn)程控制設(shè)備的啟停，設(shè)置溫度，**監(jiān)控、管理每一條輸油管線的生產(chǎn)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(dǎo)體中反向流動時產(chǎn)生的集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)，使外鎧金屬管發(fā)熱的物理現(xiàn)象。

其表現(xiàn)為當(dāng)中頻電流由變壓器一端流經(jīng)加熱線纜內(nèi)芯，然后與外鎧金屬管尾端的短接， 再由外鎧金屬管內(nèi)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(yīng)、鄰近  效應(yīng)作用的影響，電流不是沿著外鎧表面走，而是集中在外鎧內(nèi)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(fā)熱，經(jīng)熱傳遞，提升管道  內(nèi)的原油液體介質(zhì)溫度，從而達到管道內(nèi)原油液體加熱的目的。

集輸管道電加熱裝置產(chǎn)生的熱量主要來自于三部分：

1、電流在加熱裝置外管內(nèi)壁返回過程中，由外管阻抗產(chǎn)生的熱量。

2、由于絕緣導(dǎo)線與外管之間產(chǎn)生的交互磁場而導(dǎo)致磁滯現(xiàn)象和渦電流產(chǎn)生的熱量。

3、由于絕緣導(dǎo)線阻抗而產(chǎn)生的熱量 。

配電系統(tǒng)： 將輸入的三相交流電源整流、逆變后變成可調(diào)頻、調(diào)壓的單相中頻電，經(jīng)中頻變壓器隔離后為發(fā)熱電纜提供中頻工作電流。

三、結(jié)構(gòu)組成

集輸管道電加熱裝置的基本構(gòu)成：中頻測控柜、PLC集成控制系統(tǒng)、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(fā)熱線纜在幾（具體是幾分鐘）分鐘內(nèi)就可以從0℃升溫至60℃。 熱效率達到95%以上。（什么理由“電纜結(jié)構(gòu)或是什么技術(shù)”使其在幾分鐘內(nèi)溫度提高60℃ ）熱功率可根據(jù)生產(chǎn)需要，在5W—100W/m之間任意調(diào)節(jié)， 溫度自控，底起高停，相對其他電加熱裝置，節(jié)電達到35％左右。（什么措施或控制技術(shù)使其產(chǎn)品比其他產(chǎn)品節(jié)電≥35%）

2、發(fā)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(guī)則運動，不易析出結(jié)晶。所以，原油液體在60℃左右的溫度時，不銹鋼管外壁不會結(jié)垢 。

3、中頻測控柜采用微電腦數(shù)字化自動控制技術(shù)，具有頻率跟蹤和調(diào)整功能，對于設(shè)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(nèi)部構(gòu)成回路，不銹鋼外層是發(fā)熱體，除了給介質(zhì)的加溫外，同油管沒有任何物理性質(zhì)的聯(lián)系，所以不會再次對管道產(chǎn)生腐蝕。

5、自動（變頻）軟控制：即：裝置根據(jù)現(xiàn)場的實際需求編制控制程序，按實際需求設(shè)置溫度、壓力控制區(qū)間，裝置在此控制區(qū)間進行柔性電流調(diào)節(jié)，電流達到*低設(shè)定延續(xù)10分鐘且控制參數(shù)保持，裝置停機。當(dāng)介質(zhì)溫度降止*低設(shè)定時，系統(tǒng)柔性啟動，從而有效的達到節(jié)能≥35%的目的。

6、安裝簡便，故障率低、維護量小，節(jié)能**、效率高。

安裝方式：內(nèi)置管道、穿管鋪設(shè)

電源電壓：AC380V或1.14KV、三相四線

電源頻率：50Hz

系統(tǒng)功率：10~150kw

伴熱距離：0.01~5公里（單點）

發(fā)熱功率：5~100W/m（單根）

伴熱溫度：≤80℃

溫度精度：≤0.5℃

線纜規(guī)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(biāo)準(zhǔn)的modbusRTU協(xié)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(chǎn)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(yè)用電1.3元/kw計算：

七、現(xiàn)場應(yīng)用（一）

華北油田采油一廠南馬工區(qū)馬95-1平臺四口新井，距馬二聯(lián)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(lián)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(xù)投產(chǎn)。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(lián)在一起。該集油管線到聯(lián)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(lián)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(fā)生。

現(xiàn)場應(yīng)用（二）

勝利油田孤島采油廠GDN22X7井，2017年5月投產(chǎn)，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(jié)蠟嚴(yán)重，井口回壓*高達1.6MPa。

安裝內(nèi)置電加熱系統(tǒng)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(chǎn)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(nèi)置電加熱系統(tǒng)，末端設(shè)置溫度45℃，同時優(yōu)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(wěn)定0.94MPa以下，溫度45.5℃，平均日耗電量128KW·h，截至目前生產(chǎn)正常。

現(xiàn)場應(yīng)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(chǎn)液量低、溫度低，管線結(jié)蠟嚴(yán)重，生產(chǎn)困難。

GNGN152X38井2021.01.21改層開井，2021.1.23日回壓高關(guān)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(nèi)置電加熱系統(tǒng)，前端200米帶保溫的D76鋼管，后端350米為不帶保溫的復(fù)合管。

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

現(xiàn)場應(yīng)用（四）

華北油田采油一廠管道保溫及防凍裝置部分統(tǒng)計表

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