孫海珊

（天津港石油化工碼頭有限公司，天津 300456）

管道輸送是原油集疏的主要方式。對(duì)于凝固點(diǎn)、粘度較高的原油來(lái)說(shuō)，輸送工藝可分為兩種類型，一是加熱輸送，另一是常溫輸送。加熱輸送是指將原油加熱后進(jìn)入管道加壓輸送，通過(guò)提高原油輸送溫度降低其粘度，來(lái)減少管路摩阻損失。我國(guó)原油大多具有粘度大、凝固點(diǎn)高的性質(zhì)，加熱輸送工藝是國(guó)內(nèi)原油管道常用的一種輸送工藝。還有兩種不常用的加熱方式，一是提高原油流速，利用原油在高速下摩擦所產(chǎn)生的熱能彌補(bǔ)沿程熱損失；另一種是利用電集膚效應(yīng)加熱。而常溫輸送工藝是指利用熱處理、添加化學(xué)藥劑、添加減阻劑、稀釋、熱裂解、磁處理等方式，改善原油的低溫流動(dòng)性，達(dá)到常溫輸送的目的。

圖1 蒸汽伴熱安裝形式示意圖

原油管道加熱輸送存在兩方面的能量損失，散熱損失和摩阻損失。由于油流溫度高于管路周圍的環(huán)境溫度，存在徑向溫差，熱油攜帶的熱能將不斷地往管外散失，因而使其溫度在向前輸送過(guò)程中逐漸降低，引起軸向散熱損失，油流溫度下降，粘度上升，單位長(zhǎng)度管路的壓降逐漸增大，容易出現(xiàn)管道事故。為此，需對(duì)輸油管線進(jìn)行保溫伴熱，通過(guò)伴熱媒體散發(fā)一定的熱量，以直接或間接的熱交換補(bǔ)充被伴熱管道的熱損失，達(dá)到升溫、保溫或防凍的工作要求。

目前，天津港南疆石化小區(qū)各企業(yè)在原油管輸中普遍運(yùn)用的是加熱輸送技術(shù)，而熱油向下站輸送過(guò)程中主要采用蒸汽伴熱和電伴熱這兩種維溫方法。

1 蒸汽伴熱

為了防止由于溫度低，高沸點(diǎn)、高凝固點(diǎn)油品在設(shè)備和管道中凝固，最常用的加熱方法是用蒸汽加熱。其工作原理是通過(guò)蒸汽伴熱管道散熱以補(bǔ)充被保溫管道的熱損失。常見(jiàn)蒸汽伴熱系統(tǒng)包括：蒸汽鍋爐、伴熱管、凝結(jié)水管、減壓閥、疏水閥、溫度傳感器、凝結(jié)水回收泵、蒸汽分配器、防凍自動(dòng)排液閥、導(dǎo)熱膠泥等組件，其安裝形式見(jiàn)圖1。

1.1 加熱過(guò)程

伴熱管與輸油管平行敷設(shè)、保溫在一起，鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽經(jīng)伴熱管傳熱給輸油管，從而加熱管內(nèi)油品，維持溫度。在輸油管適當(dāng)位置加裝溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)控，依此調(diào)節(jié)鍋爐產(chǎn)汽量，控制伴熱溫度。蒸汽冷卻產(chǎn)生的凝結(jié)水經(jīng)疏水閥進(jìn)入凝結(jié)水管，通過(guò)凝結(jié)水回收泵輸送回鍋爐房再次利用。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

單位時(shí)間傳輸熱量大、設(shè)施投資少、運(yùn)行成本低。

1.3 缺點(diǎn)

a.散熱量不易控制，保溫效率低。

b.蒸汽流量難以靈活調(diào)節(jié)，不易實(shí)現(xiàn)油溫的準(zhǔn)確控制。

c.供汽點(diǎn)和疏水點(diǎn)多，相應(yīng)的減壓閥、調(diào)節(jié)閥和疏水閥多，檢查維護(hù)量大。

d.伴熱管道經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象。

2 電伴熱

電伴熱是用電熱的能量來(lái)補(bǔ)充被伴熱體在工藝流程中所散失的熱量，從而維持流動(dòng)介質(zhì)最合理的工藝溫度。輸油管道采用電伴熱保溫，防止管道中原油凝固是近幾年來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)高新節(jié)能技術(shù)。

2.1 自控溫電伴熱

電伴熱系統(tǒng)由電源開(kāi)關(guān)柜、電源接線盒、防爆溫度控制器、尾端盒及安裝附件等組成，通過(guò)電源電纜和電伴熱線的連接形成電源回路系統(tǒng)。貼附在輸油管表面的電伴熱線，經(jīng)通電后產(chǎn)生熱量，達(dá)到保溫伴熱的目的，其安裝形式見(jiàn)圖2。

2.1.1 加熱過(guò)程

自控溫電伴熱方案主要通過(guò)自控溫電伴熱線完成。自控溫電伴熱線由導(dǎo)電塑料和2根平行母線加絕緣層、金屬屏蔽網(wǎng)、防腐外套構(gòu)成。其中由塑料加導(dǎo)電碳粒經(jīng)特殊加工而成的導(dǎo)電塑料是發(fā)熱核心。當(dāng)伴熱線周圍溫度較低時(shí)，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子收縮，碳粒連接形成電路使電流通過(guò)，伴熱線便開(kāi)始發(fā)熱；而溫度較高時(shí)，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子膨脹，碳粒逐漸分開(kāi)，導(dǎo)致電路中斷，電阻上升，伴熱線自動(dòng)減少功率輸出，發(fā)熱量便降低。當(dāng)周圍溫度變冷時(shí)，塑料又恢復(fù)到微分子收縮狀態(tài)，碳粒相應(yīng)連接起來(lái)形成電路，伴熱線發(fā)熱功率又自動(dòng)上升。由于整個(gè)溫度控制過(guò)程是由材料本身自動(dòng)調(diào)節(jié)完成的，其控制溫度不會(huì)過(guò)高也不會(huì)過(guò)低。

圖2 自控溫電伴熱安裝形式示意圖

圖3 集膚效應(yīng)伴熱安裝形式示意圖

圖4 集膚效應(yīng)伴熱過(guò)程示意圖

2.1.2 優(yōu)點(diǎn)

a.沿管線長(zhǎng)度方向均勻放熱，溫度梯度小、熱穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，供熱量變化可隨時(shí)起停；

b.設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，施工安裝方便，能實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制，維護(hù)工作量小；

c.熱效率高、能耗低，節(jié)約能源；

d.體積小，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，適用范圍廣；

e.無(wú)"噪聲"和"滴"、"冒"、"漏"等現(xiàn)象，無(wú)任何污染；

f.伴熱溫度不受季節(jié)、晝夜和首尾端溫差影響，能自動(dòng)跟蹤。

2.1.3 缺點(diǎn)

單位時(shí)間傳輸熱量小、一次性投資較高、長(zhǎng)期使用電力運(yùn)行成本較大。

2.2 集膚效應(yīng)伴熱

集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)是將交流電的集膚效應(yīng)原理靈活應(yīng)用于輸油管道的生產(chǎn)伴熱及解堵的電伴熱方法。相比常規(guī)用于長(zhǎng)輸管線的電阻式伴熱而言，集膚效應(yīng)加熱系統(tǒng)不需要大量采用配電設(shè)施，是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)的方案，從一個(gè)電源點(diǎn)可對(duì)達(dá)10 余公里的管線進(jìn)行伴熱。集膚效應(yīng)伴熱系統(tǒng)主要由磁性鋼管和集膚效應(yīng)導(dǎo)線構(gòu)成，其安裝形式見(jiàn)圖3。

2.2.1 集膚效應(yīng)原理

在加熱理論中，有一個(gè)集膚效應(yīng)原理，即：

S=K（1/FC）1/2

式中：S--集膚效應(yīng)深度

K--修正系數(shù)

FC--頻率

由此可以看出，當(dāng)FC 增大時(shí)，S 變小，則集膚深度越深，同時(shí)其交流阻抗 Z=KZC（FC）1/2 也變大，因此在相同數(shù)值的電流作用下，負(fù)載所獲得的能量也越高，而電流及線路損耗相應(yīng)地也會(huì)變小，從而提高了加熱效率，同時(shí)還可起到節(jié)約電能的目的。

2.2.2 加熱過(guò)程

集膚效應(yīng)加熱系統(tǒng)的工作原理是基于兩種現(xiàn)象：場(chǎng)效應(yīng)和集膚效應(yīng)。加熱裝置是一個(gè)被稱為“熱管”的有鐵磁性的鋼管，在其中穿有專門(mén)設(shè)計(jì)的集膚效應(yīng)導(dǎo)線。熱管和絕緣的集膚效應(yīng)導(dǎo)線在一端連接在一起，在另一端則分別與交流電源的零線和相線相連。交流電壓將在熱管內(nèi)產(chǎn)生電流，電流從熱管的內(nèi)壁表面流回，通過(guò)導(dǎo)線和管壁形成回路產(chǎn)生焦耳熱。由于在絕緣的導(dǎo)線和鐵磁性的管道間的電流產(chǎn)生磁通量關(guān)聯(lián)，使返回電流集中在熱管的內(nèi)壁表面。而交流電并非均勻地流經(jīng)熱管截面，而是集中流過(guò)自其內(nèi)表面起的某一深度內(nèi)，電流密度按指數(shù)規(guī)律減少，這一深度叫做“集膚深度”。集膚效應(yīng)加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量是由熱管的集膚深度內(nèi)的電阻所致。當(dāng)電流集中在熱管的內(nèi)壁表面時(shí)，產(chǎn)生的熱量從熱管傳遞到輸送管線表面和物料，使其溫度升高到設(shè)計(jì)的水平。由于前述的現(xiàn)象，在熱管的外壁表面實(shí)際上沒(méi)有可測(cè)出的電壓電流，這樣管路系統(tǒng)可以接地，很安全。因此可以將熱管直接焊接在輸油管上，使之成為高效熱源。熱管產(chǎn)生的熱量通過(guò)焊縫迅速傳給輸油管，起到伴熱作用。（詳見(jiàn)圖4）

2.2.3 優(yōu)點(diǎn)

a.加熱距離長(zhǎng)，從一個(gè)電源點(diǎn)供電可達(dá)十余公里，適合長(zhǎng)輸管道伴熱；

b.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本身具有防爆性，表面不帶電，安全可靠；

c.單位長(zhǎng)度發(fā)熱功率較大，熱效率高，節(jié)能顯著；

d.自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；

e.使用壽命長(zhǎng)達(dá)二十年；

f.無(wú)污染，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)量少。

2.2.4 缺點(diǎn)

一次性投資高、長(zhǎng)期使用電力運(yùn)行成本較大。

小結(jié)

我國(guó)工藝管線和罐體容器的伴熱目前大多采用傳統(tǒng)的蒸汽或熱水伴熱。由于電伴熱較蒸汽、熱水伴熱有許多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外六十年代就研究開(kāi)發(fā)，并逐漸取代傳統(tǒng)伴熱方法，應(yīng)用推廣面達(dá)80%以上。電伴熱不但適用于蒸汽伴熱的各種場(chǎng)所，而且能解決蒸汽伴熱難以解決的問(wèn)題，如：長(zhǎng)輸管道的伴熱，窄小空間的伴熱；無(wú)規(guī)則外型的設(shè)備（如泵）伴熱；無(wú)蒸汽熱源或邊遠(yuǎn)地區(qū)管道和設(shè)備的伴熱；塑料與非金屬管道的伴熱，等等。雖然電伴熱無(wú)論從技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)效益，還是節(jié)能、環(huán)保方面，都明顯優(yōu)于蒸汽伴熱，但原油管輸企業(yè)在選擇伴熱方式時(shí)仍需充分考慮自身生產(chǎn)特點(diǎn)，以生產(chǎn)效率最高、經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)為依據(jù)合理選型，做到優(yōu)化配置。

［1］高承淮.油氣集輸工藝技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)石化，2001.

［2］電伴熱產(chǎn)品.無(wú)錫恒業(yè)電熱電器有限公司[Z].2008.

［3］伴熱專家.上海新冠伴熱工程有限公司[Z].2008.