一、概述
    管道集膚效應(yīng)電伴熱(加熱)技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種新的金屬管道加熱方法，是大型石油化工等企業(yè)熱輸管道加熱保溫的新技術(shù)、新工藝，國外簡稱為“SECT法”。此種加熱技術(shù)具有效率高，適應(yīng)所有長、中、短距離金屬輸液管道的伴熱和加熱，而且具有安全可靠，安裝維修方便等優(yōu)點，因此廣泛用于各種不同性質(zhì)的液態(tài)物質(zhì)的管道運輸中。
    集膚效應(yīng)電伴熱在我國也已廣泛應(yīng)用。大慶油田在1974年采用該技術(shù)進(jìn)行油井清蠟和集油管線的加熱保溫，并取得一定成果。遼河油田設(shè)計院將集膚電流法列入1979~1985年科研規(guī)劃中，并在油井防噴管和排污管上采用集膚電流加熱法，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效果。玉門石油管理局老君廟綜合采油三隊在加熱量油分離器殼體和裝球筒上采用了集膚效應(yīng)加熱法。
    現(xiàn)在各大油田油井降粘、清蠟，石油化工管道長距離管線上集膚電流法已廣泛應(yīng)用。本公司依靠長期的電伴熱技術(shù)儲備和實踐，現(xiàn)以成熟的產(chǎn)品設(shè)計，完善的系統(tǒng)安裝，為用戶提供安全可靠的伴熱裝置。每個集膚效應(yīng)伴熱裝置由公司設(shè)計，制造，安裝。

二、裝置構(gòu)成
    管道集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)裝置，基本上由變壓器、加熱電源、輸液管、伴熱管和集膚電纜、保溫層、保護(hù)外殼等部分組成。加熱電源分工頻和中頻加熱電源兩種；輸液管和伴熱管為普通鋼管，伴熱管直徑為15-40mm，間斷的焊接在輸液管上；伴熱電纜穿在伴熱管中，外面是保溫層和保護(hù)外殼。
結(jié)構(gòu)圖：

三、工作基本原理
    當(dāng)交變電流經(jīng)電纜通過伴熱管壁時，在集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的作用下，電流不是均勻沿著管壁流動，而是集中在伴熱管內(nèi)表層通過，在管壁電阻的作用下，通過電流發(fā)熱，經(jīng)傳導(dǎo)使輸液管溫度升高，而伴熱管外表面電壓、電流為零，自身形成絕緣結(jié)構(gòu)，使液體在管道內(nèi)得到安全可靠地輸送。
    伴熱管道末端及中間有可靠接地，以防止產(chǎn)生靜電或感應(yīng)電，以確保管內(nèi)液體的安全輸送集膚效應(yīng)伴熱與管道陰極保護(hù)可同時進(jìn)行。集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)產(chǎn)生焦耳熱主要來自于三部分：
    1、加熱管上通電流時，加熱管上發(fā)出的熱。此熱量是集膚電伴熱系統(tǒng)的主要熱量來源。  
    2、加熱管內(nèi)部電纜產(chǎn)生的熱。
    3、加熱管內(nèi)磁滯損耗產(chǎn)生部分熱。
    在一個集膚效應(yīng)裝置中，絕緣導(dǎo)線穿過具有強磁性的鋼管并與鋼管尾端相連接，鋼管的首端與絕緣導(dǎo)線分別接電源的零線和相線，施以工頻或中頻交流電壓，電流通過導(dǎo)線和鋼管形成回路產(chǎn)生焦耳熱。由于鋼管的尺寸、材質(zhì)、交流電頻率之間存在一定的關(guān)系，交流電并非均勻地流經(jīng)鋼管截面，而是集中流過自其內(nèi)表面起的某一深度內(nèi)，電流密度按指數(shù)規(guī)律減少，在鋼管外表面電壓電流幾乎為零，很安全。因此可以將鋼管直接焊接在輸送管上，使之成為高效熱源。鋼管產(chǎn)生的熱量通過焊縫及導(dǎo)熱膠泥迅速傳給輸送管，起到伴熱作用。
    由于鋼管管與輸送管相焊接，導(dǎo)熱很好，使鋼管管與輸送管之間溫差在5-10℃以內(nèi)，為了防止管道帶靜電及感應(yīng)干擾，每隔一定距離在鋼管設(shè)有接地，當(dāng)一根鋼管發(fā)熱量不夠時，可按二根或多根設(shè)計。

四、集膚效應(yīng)伴熱電纜的特點
    1、抗拉強度、抗機械損傷能力高； 
    2、耐熱溫度高:較高耐熱溫度為360度；
    3、發(fā)熱功率大:≥100W/m;越泵加熱部分功率≥350W/m；
    4、節(jié)能效果好，與普通加熱電纜相比節(jié)能達(dá)35% 。    

             
五、技術(shù)特點
1、適應(yīng)性強
    適應(yīng)所有長、中、短距離金屬輸液管道的伴熱和加熱，適用于管道的不同敷設(shè)方式和任何場所，如：地下直埋、水下、地面架空；適用野外或礦場、工廠、易燃易爆場所。伴熱管的發(fā)熱量，根據(jù)計算，單根較大發(fā)熱量為150W/m，并可根據(jù)輸液管的溫度要求，設(shè)計伴熱管的根數(shù)和運行電壓，較多可以安裝6根伴熱管。
2、功率密度大、伴熱溫度高
    集膚效應(yīng)伴熱系統(tǒng)有效維持溫度可達(dá)230℃，單根較大發(fā)熱量為150W/m。
3、實現(xiàn)分段預(yù)制、維修方便
    可根據(jù)流程或輸液管段結(jié)構(gòu)，將伴熱管廠內(nèi)預(yù)制或現(xiàn)場分段預(yù)制加工，接頭采用焊接套管方式連接，與輸油管焊接、安裝在一起。外面加上保溫層和保護(hù)殼，既方便施工，又容易保證工程質(zhì)量。如因流程管段故障或需更換閥門，只要把需要更換部分兩端的接頭拆開，將伴熱電纜抽出,即可更換部件。無需整體拆損保溫和管件。
4、安全可靠、安裝維修方便
    集膚效應(yīng)伴熱電纜外管采用鋼管，強度大、密封嚴(yán)，有較好的保護(hù)作用。芯線采用電阻合金材料，絕緣層采用耐高溫的氟聚四氟塑料，由于集膚效應(yīng)自身形成絕緣結(jié)構(gòu)，，使伴熱管外表面和輸液管不帶電.輸液管每千米左右做一安全接地，接地電阻不大于4Ω，保證輸液管始終是零電位，做到安全可靠。與其它電伴熱方式比較，集膚效應(yīng)熱方式維護(hù)檢查方便，其正常運行時幾乎沒有維護(hù)保養(yǎng)工作量。

5、節(jié)約能源，加熱效率高
    集膚效應(yīng)電伴熱屬于等溫加熱法，不會出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，隨著管輸距離的加長提高加熱電壓即可，加熱效率高。與蒸汽伴熱相比較；集膚效應(yīng)的伴熱耗能為23lkg/km標(biāo)煤。采用熱循環(huán)或蒸汽伴熱耗能為1813kg/km標(biāo)煤。
6、自動化控制
    （1）實現(xiàn)溫度完善的控制功能：數(shù)字溫度閉環(huán)、短路保護(hù)功能、過流保護(hù)功能、斷路保護(hù)功能。
    （2）軟關(guān)斷軟啟動：較大限度地減少對器件的沖擊，延長器件使用壽命；
    （3）靈活的操作方式：數(shù)碼顯示，方便實現(xiàn)人機對話；
    （4）網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計：實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線報警、遠(yuǎn)程無線控制。
集膚伴熱與其它伴熱方式的比較： 

  從表中可以看出，電熱帶和MI電纜這兩種方法較適應(yīng)局部伴熱和短距離伴熱，如對閥們、閥件、旁通、短節(jié)和站內(nèi)短管線等的加熱和伴熱。對于中、長距離的管線伴熱，由于單根伴熱電纜功率較小、電源供電點較多，一旦發(fā)生問題，維修較困難，要將所有的保溫層去掉才能更換其電纜。而集膚效應(yīng)伴熱適用于中長距離各種口徑管線的伴熱，它的優(yōu)點是：伴熱功率大、電源供電點少，傳熱效果好，維修方便。因此在各種管線集輸中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
    對于長輸管線的溫度監(jiān)控，報警，可通過GSM網(wǎng)絡(luò)SMS短信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有數(shù)據(jù)傳輸可靠，組網(wǎng)容易，費用低廉，系統(tǒng)可擴展性強等特點。集膚效應(yīng)伴熱是當(dāng)前離散遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐虢鉀Q方案。

六、應(yīng)用范圍  
    根據(jù)管道中液體的物性不同，要求管道內(nèi)維持的溫度也不同，工頻集膚效應(yīng)管道伴熱技術(shù)主要應(yīng)用于管道的伴熱和管道內(nèi)液體或已凝固介質(zhì)的加熱、熔化或間歇輸油的管線。該技術(shù)的適應(yīng)范圍主要用于下列輸液管道： 
    1、用于防凍型管道的伴熱,輸氣管線含有飽合蒸汽，要求維持溫度不低于6℃。
    2、用于常溫時為凝固狀態(tài)，輸送時管道維持溫度不低于50℃的流質(zhì)中。這類流質(zhì)只有加熱到一定溫度時才能變成液態(tài)可以輸送。如運輸巧克力、牛奶等。
    3、要求管道維持溫度為50～l00℃，在常溫下為固態(tài)或粘度很高，難以流動，但加熱到一定溫度后又易于流動物質(zhì)的管輸，可采用集膚效應(yīng)伴熱，防止管線降溫和管道停輸再啟動。如：稠油、高凝油、燃料重油、煤焦油、蠟等的集輸。
    4、要求維持高溫，溫度高于100℃而低于150℃的輸液管道，如硫磺必須加熱l30～140℃時，才能變成液態(tài)，易于輸送。
    5、要求等溫伴熱的管線，如管線距離較長，起輸溫度不易太高的介質(zhì)輸送。
    6、間歇輸送的高凝點介質(zhì)或粘稠介質(zhì)，如：碼頭燃料油間歇裝車、船,管線不用掃線，可直接再啟動等。

七、管道集膚效應(yīng)加熱法對輸油工藝的影響
    用電加熱取代蒸汽伴熱乃至取代加熱爐加熱，可以使很長的管線實現(xiàn)均勻的外伴隨加熱，并能準(zhǔn)確地控制油溫。這種加熱保溫方式將對輸油工藝帶來如下影響。
1、取消反輸工藝及設(shè)施
    當(dāng)管線停止正輸時，可以使油品靜止在管道中，用電熱保溫，以便再輸時可直接起動。如果停輸時間很長，可先不必通入電熱保溫而任其冷卻乃至凝固，待起輸前通電加熱至輸油溫度再重新起動。對于反復(fù)停輸?shù)墓艿?，這可以節(jié)省反輸?shù)拇罅縿恿ο?、設(shè)備損耗，取消了反復(fù)的所有設(shè)施，從而降低建設(shè)費用和運行費用。
2、泵站不必考慮雙電源，可以降低負(fù)荷等級
    由于即使油品在管道中凝固也不要緊，所有泵站輸配電的設(shè)計可不必考慮雙電源，降低負(fù)荷等級，從而簡化了設(shè)計，降低了建設(shè)和運行費用。
3、理想的清蠟措施
    伴隨電加熱首先加熱的是輸油管本身，又由輸油管自外向內(nèi)將熱傳導(dǎo)給油品，它本身就可以成為一種理想的清蠟措施。由于即使油品凝固了也能重新加熱起來，因此不必?fù)?dān)心因事故引起管道的停輸、堵塞。從而可以較從容地處理事故。
4、延長管道的允許停輸時間
    對于需要反輸?shù)墓艿?，允許的停輸時間越長，反輸?shù)臅r間也就越少，從而大大減少反輸?shù)膭恿ο暮驮O(shè)備損耗。一條管線的敷設(shè)環(huán)境各異，在穿越河流和山區(qū)、沼澤地敷設(shè)及其它的某些局部管段，管道散熱量大，允許停輸時間相對短，從而限制了整個管線的允許停輸時間。如果在這些局部地段配上電熱，在管道停輸時通電保溫，延長這些地段的允許停輸時間，從而就延長了整條管線的允許停輸時間。同節(jié)省下的反輸動力消耗相比，上述局部地段電加熱保溫所消耗的動力是很少的，顯然有經(jīng)濟(jì)意義。
5、泵站站內(nèi)管線電熱化
    目前泵站站內(nèi)管線的蒸汽伴熱或熱水伴熱的設(shè)計，在一定程度上存在著盲目性。在實際運行中，有許多時間是未必需要伴熱的，因加熱效率很低，用于伴熱的熱水爐也不是利用余熱。目前的水處理措施仍然不能有效地解決伴熱水管的腐蝕問題，因此壽命是低的。若果采用電伴熱，便可以按照實際運行較經(jīng)濟(jì)的方式靈活地控制，大大提高加熱效率。目前的情況，泵站生活區(qū)取暖用熱水爐，取消熱水爐，尚需設(shè)法解決另外的取暖方式。而對于人煙稀少低于的泵站，電加熱取代熱水爐伴熱就更為方便，更有利于自動化。