電加熱系統(tǒng)的使用與研究

摘要：在油井生產(chǎn)管道輸送過程中采用電加熱伴熱技術(shù)來防止油管中原油凝固是近年來發(fā)展的一種新型技術(shù)。其以均勻放熱，節(jié)約能源，操控方便，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無污染等優(yōu)點(diǎn)著稱。電加熱技術(shù)在頭臺(tái)油田采油四區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，繼而投產(chǎn)使用已多年，文章對(duì)碳纖維電加熱系統(tǒng)及其工作原理的闡述，對(duì)三相恒功率電加熱系統(tǒng)的合理使用給出的建議與方法，為以后電加熱的使用與維護(hù)起到了一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)健詞：電加熱系統(tǒng)；碳纖維加熱管；故障率

1 碳纖維電加熱系統(tǒng)的介紹

在原油管輸方面，電加熱保溫技術(shù)是一種新興起的管線保溫技術(shù)。它是指用電能補(bǔ)充被伴熱物體在輸送工藝過程中的熱損失，使流動(dòng)介質(zhì)溫度維持在一定的工藝溫度范圍內(nèi)的技術(shù)。

1.1 電加熱產(chǎn)品分類

（1）MI礦物電纜。（2）恒功率電熱帶。（3）自限溫電熱帶。采油四區(qū)使用的碳纖維電加熱系統(tǒng)屬于以電磁加熱和碳纖維電阻元件為加熱保溫介質(zhì)的恒功率電熱帶。

1.2 電加熱系統(tǒng)主要由三大部分六小部分構(gòu)成：

第一部分：井口高溫加熱器。井口高溫加熱器又分為三小部分：（1）井口溫控箱；（2）熱電偶溫度傳感器；（3）電磁加熱裝置。

第二部分：管線保溫電熱管。管線保溫電熱管分又為三小部分:（1）管線溫控箱；（2）熱電偶溫度傳感器；（3）碳纖維加熱管。

第三部分：防腐及保溫層。

1.3 碳纖維電加熱保溫系統(tǒng)接線示意圖

圖1 碳纖維電加熱保溫管接線示意圖

圖2 碳纖維電加熱保溫管溫控箱接線原理圖

碳纖維電加熱保溫管溫控箱包括：

（1）接線板（TC6004）1只；（2）空氣開關(guān)（NM1-63S 40A）1只；（3）接觸器（CJX2-5011 220V）1只；（4）溫控儀表（XMTD-8000 220V）1只；（5）選擇開關(guān)（NP2-BD21）1只；（6）信號(hào)燈（ND16-22BS 220V）2只；（7）集中器（STZ-2 220V）1只；（8）傳感器（Pt100）1只

2 碳纖維電加熱系統(tǒng)的工作原理

碳纖維電加熱系統(tǒng)屬于全名叫三相恒功率電加熱系統(tǒng)，屬于恒功率電熱帶產(chǎn)品。其工作原理與MI電纜基本相同，同樣具有功率不可調(diào)的特點(diǎn)。但它在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上做了改進(jìn)，可以根據(jù)實(shí)際情況延長(zhǎng)或縮短，使用相對(duì)方便一些。恒功率電加熱系統(tǒng)由溫度控制器設(shè)定預(yù)定溫度，并通過熱電偶溫度傳感器探測(cè)管線實(shí)際溫度，溫控箱智能溫度控制器合、斷溫度為設(shè)定溫度上下5℃，當(dāng)熱電偶溫度傳感器探測(cè)的管線溫度低于預(yù)定溫度5℃時(shí)，溫度控制器控制線路接觸器吸合，通電，高溫加熱器及碳纖維保溫帶開始加熱，工作。當(dāng)熱電偶溫度傳感器探測(cè)的管線溫度高于預(yù)定溫度5℃時(shí)，溫度控制器控制線路接觸器分離，高溫加熱器及碳纖維電加熱帶停止加熱。高溫加熱器與碳纖維電熱帶互相獨(dú)立，有各自的溫度控制系統(tǒng)和熱電偶溫度傳感器。

3 三相恒功率電加熱系統(tǒng)的合理使用給出的建議與方法

三相恒功率電加熱系統(tǒng)在油田管輸保溫領(lǐng)域?qū)儆诟呖萍籍a(chǎn)品，為了讓其故障率降至最低，以避免消耗不必要的人力，物力和影響的產(chǎn)量，在使用過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

3.1 安裝過程中需注意的事項(xiàng):

各區(qū)在安裝電伴熱系統(tǒng)時(shí)應(yīng)有專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督。具體監(jiān)督部分如下：

（1）由于電伴熱帶生產(chǎn)廠家眾多，其型號(hào)規(guī)格含義不同，產(chǎn)品參數(shù)不同，施工前必須了解所用電加熱帶的結(jié)構(gòu)性能和安裝要求。（2）除廠家要求外，電加熱帶的安裝調(diào)試和運(yùn)行必須遵循國家頒布的GB50254-96《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電氣裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》和GB50257-96《低壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范》等有關(guān)條文。（3）電加熱帶的安裝必須由專業(yè)電工參加或指導(dǎo)。（4）在管件等特殊部位安裝有特殊的纏繞要求的，需詳見安裝說明書或查閱有關(guān)資料。（5）恒功率并聯(lián)電加熱帶由多段發(fā)熱節(jié)組合而成.其首尾兩端各有十幾厘米的不發(fā)熱部分（冷端）。安裝電器附件時(shí)應(yīng)確認(rèn)冷端的起始點(diǎn)（在黃夾克外套上有凹坑的即為發(fā)熱節(jié)口），將開始發(fā)熱部分控制在需要伴熱的部位，冷端長(zhǎng)度一般為100mm。（6）恒功率電伴熱帶安裝時(shí)嚴(yán)禁交叉，重疊纏繞，以免交叉，重疊纏繞處過熱，影響產(chǎn)品正常使用壽命。（7）安裝附件時(shí)，要求膠圈，墊圈，緊固件等齊全。安裝正確，緊固。以防松動(dòng)或盒內(nèi)進(jìn)水，造成碳纖維加熱絲燒毀。（8）對(duì)于恒功率電加熱系統(tǒng)，其溫控器的設(shè)定溫度不能超過被控電伴熱帶的介質(zhì)最高維持溫度，以確保正常使用。（9）電加熱帶外面的保溫材料必須干燥，且要保證材料的質(zhì)量和厚度，潮濕的保溫材料不但影響保溫效果，還有可能腐蝕電加熱帶，縮短使用壽命。

3.2 電加熱帶的使用

3.2.1 正常情況下，相對(duì)于低產(chǎn)井（小于1t/d的生產(chǎn)井），高產(chǎn)井電加熱系統(tǒng)更容易損壞，主要原因是，高產(chǎn)井供電時(shí)間長(zhǎng)，碳纖維加熱管容易老化，損毀。

3.2.2 如果溫控系統(tǒng)的設(shè)定溫度過高，低產(chǎn)井電加熱系統(tǒng)反而成為更容易燒壞的對(duì)象，原因是低產(chǎn)井產(chǎn)液量低，管道內(nèi)氣體占很大部分，又因?yàn)闅庀嗟谋葻崛菀h(yuǎn)低于油水兩相的比熱容，所以低產(chǎn)井支線管道碳纖維加熱帶作了比高產(chǎn)井支線管道多得多的剩余功，于是出現(xiàn)了碳纖維電熱帶能量聚集，電熱帶過熱現(xiàn)象，也就是常說的“空燒”現(xiàn)象，導(dǎo)致碳纖維電熱帶老化，甚至損毀。

3.2.3 恒功率電熱帶在安裝過程中是按照“N型”纏繞法布線，是嚴(yán)禁出現(xiàn)交叉，重疊纏繞的，一旦碳纖維電熱帶出現(xiàn)某一節(jié)點(diǎn)處的碳纖維電熱帶重疊，交叉，那么會(huì)導(dǎo)致在交叉，重疊的點(diǎn)或面上電熱帶過熱而影響壽命甚至損毀。

3.2.4 做好防水，防腐工作是保證電加熱系統(tǒng)長(zhǎng)久運(yùn)行的前提和重點(diǎn)。

3.3 電加熱帶的維護(hù)

電加熱帶的選型設(shè)計(jì)，安裝施工固然是一項(xiàng)非常重要的工作，但維護(hù)也是不容忽視的，它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，伴熱效果以及使用壽命等問題。現(xiàn)就電加熱帶的維護(hù)提出如下建議：

（1）電加熱系統(tǒng)投入運(yùn)行后，要根據(jù)電加熱系統(tǒng)的備案資料，含安裝位置，電氣原理圖，電加熱系統(tǒng)示意圖。根據(jù)電加熱管道走向，在保護(hù)層外沿線上貼出警示標(biāo)牌，特別是地上管道，以防止行人對(duì)其造成損壞。（2）制訂電加熱管道的操作，維護(hù)規(guī)程。（3）在每次定期檢查或排除故障后應(yīng)注意檢查以下幾個(gè)方面：a.檢查所有電加熱帶保溫材料外部的防護(hù)層有無損傷。b.檢查所有的接線盒及接線點(diǎn)和溫控器是否受到腐蝕和潮氣的侵蝕。c.檢查對(duì)恒功率電加熱溫控器溫度控制點(diǎn)是否準(zhǔn)確。d.檢查控制電纜是否腐蝕，破損。配電箱內(nèi)熔斷器，指示燈等是否正常。（4）對(duì)于低產(chǎn)井（產(chǎn)液不足1t/d），電加熱溫控器預(yù)設(shè)溫度應(yīng)該偏低。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王巖（1983，1-），男，籍貫：黑龍江省大慶市，畢業(yè)于東北石油學(xué)院石油工程專業(yè)，工作單位：大慶頭臺(tái)油田開發(fā)有限責(zé)任公司采油四區(qū)生產(chǎn)辦，助理工程師。