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电加热系统的使用与研究
作者：王岩
来源：《科技创新与应用》2013年第26期
摘要：在油井生产管道输送过程中采用电加热伴热技术来防止中原油凝固是近年来发展的一种新型技术。其以均匀放热，节约能源，操控方便，设计简单，无污染等优点著称。电加热技术在头台油田采油四区进行试验，继而投产使用已多年，文章对碳纤维电加热系统及其工作原理的阐述，对三相恒功率电加热系统的合理使用给出的建议与方法，为以后电加热的使用与维护起到了一定的指导作用。
关健词：电加热系统；碳纤维加热管；故障率 1 碳纤维电加热系统的介绍
在原输方面，电加热保温技术是一种新兴起的管线保温技术。它是指用电能补充被伴热物体在输送工艺过程中的热损失，使流动介质温度维持在一定的工艺温度范围内的技术。 1.1 电加热产品分类
（1）MI矿物电缆。（2）恒功率电热带。（3）自限温电热带。采油四区使用的碳纤维电加热系统属于以电磁加热和碳纤维电阻元件为加热保温介质的恒功率电热带。 1.2 电加热系统主要由三大部分六小部分构成：
第一部分：井口高温加热器。井口高温加热器又分为三小部分：（1）井口温控箱；（2）热电偶温度传感器；（3）电磁加热装置。
第二部分：管线保温电热管。管线保温电热管分又为三小部分:（1）管线温控箱；（2）热电偶温度传感器；（3）碳纤维加热管。 第三部分：防腐及保温层。
1.3 碳纤维电加热保温系统接线示意图
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图1 碳纤维电加热保温管接线示意图
图2 碳纤维电加热保温管温控箱接线原理图 碳纤维电加热保温管温控箱包括：
（1）接线板（TC6004）1只；（2）空气开关（NM1-63S 40A）1只；（3）接触器（CJX2-5011 220V）1只；（4）温控仪表（XMTD-8000 220V）1只；（5）选择开关（NP2-BD21）1只；（6）信号灯（ND16-22BS 220V）2只；（7）集中器（STZ-2 220V）1只；（8）传感器（Pt100）1只
2 碳纤维电加热系统的工作原理
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碳纤维电加热系统属于全名叫三相恒功率电加热系统，属于恒功率电热带产品。其工作原理与MI电缆基本相同，同样具有功率不可调的特点。但它在产品结构上做了改进，可以根据实际情况延长或缩短，使用相对方便一些。恒功率电加热系统由温度控制器设定预定温度，并通过热电偶温度传感器探测管线实际温度，温控箱智能温度控制器合、断温度为设定温度上下5℃，当热电偶温度传感器探测的管线温度低于预定温度5℃时，温度控制器控制线路接触器吸合，通电，高温加热器及碳纤维保温带开始加热，工作。当热电偶温度传感器探测的管线温度高于预定温度5℃时，温度控制器控制线路接触器分离，高温加热器及碳纤维电加热带停止加热。高温加热器与碳纤维电热带互相，有各自的温度控制系统和热电偶温度传感器。 3 三相恒功率电加热系统的合理使用给出的建议与方法
三相恒功率电加热系统在油田管输保温领域属于高科技产品，为了让其故障率降至最低，以避免消耗不必要的人力，物力和影响的产量，在使用过程中应注意以下几点: 3.1 安装过程中需注意的事项:
各区在安装电伴热系统时应有专人负责现场监督。具体监督部分如下：
（1）由于电伴热带生产厂家众多,其型号规格含义不同,产品参数不同,施工前必须了解所用电加热带的结构性能和安装要求。（2）除厂家要求外,电加热带的安装调试和运行必须遵循国家颁布的GB50254-96《爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范》和GB50257-96《低压电器施工及验收规范》等有关条文。（3）电加热带的安装必须由专业电工参加或指导。（4）在管件等特殊部位安装有特殊的缠绕要求的，需详见安装说明书或查阅有关资料。（5）恒功率并联电加热带由多段发热节组合而成.其首尾两端各有十几厘米的不发热部分（冷端）。安装电器附件时应确认冷端的起始点（在黄夹克外套上有凹坑的即为发热节口），将开始发热部分控制在需要伴热的部位，冷端长度一般为100mm。（6）恒功率电伴热带安装时严禁交叉，重叠缠绕,以免交叉，重叠缠绕处过热，影响产品正常使用寿命。（7）安装附件时，要求胶圈，垫圈，紧固件等齐全。安装正确，紧固。以防松动或盒内进水，造成碳纤维加热丝烧毁。（8）对于恒功率电加热系统，其温控器的设定温度不能超过被控电伴热带的介质最高维持温度，以确保正常使用。（9）电加热带外面的保温材料必须干燥，且要保证材料的质量和厚度，潮湿的保温材料不但影响保温效果，还有可能腐蚀电加热带，缩短使用寿命。 3.2 电加热带的使用
3.2.1 正常情况下，相对于低产井（小于1t/d的生产井），高产井电加热系统更容易损坏，主要原因是，高产井供电时间长，碳纤维加热管容易老化，损毁。
3.2.2 如果温控系统的设定温度过高，低产井电加热系统反而成为更容易烧坏的对象，原因是低产井产液量低，管道内气体占很大部分，又因为气相的比热容要远低于油水两相的比热
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容，所以低产井支线管道碳纤维加热带作了比高产井支线管道多得多的剩余功，于是出现了碳纤维电热带能量聚集，电热带过热现象，也就是常说的“空烧”现象，导致碳纤维电热带老化，甚至损毁。
3.2.3 恒功率电热带在安装过程中是按照“N型”缠绕法布线，是严禁出现交叉，重叠缠绕的，一旦碳纤维电热带出现某一节点处的碳纤维电热带重叠，交叉，那么会导致在交叉，重叠的点或面上电热带过热而影响寿命甚至损毁。
3.2.4 做好防水，防腐工作是保证电加热系统长久运行的前提和重点。 3.3 电加热带的维护
电加热带的选型设计，安装施工固然是一项非常重要的工作，但维护也是不容忽视的，它关系到整个系统的安全运行，伴热效果以及使用寿命等问题。现就电加热带的维护提出如下建议：
（1）电加热系统投入运行后,要根据电加热系统的备案资料,含安装位置,电气原理图，电加热系统示意图。根据电加热管道走向,在保护层外沿线上贴出警示标牌,特别是地上管道,以防止行人对其造成损坏。（2）制订电加热管道的操作，维护规程。（3）在每次定期检查或排除故障后应注意检查以下几个方面：a.检查所有电加热带保温材料外部的防护层有无损伤。b.检查所有的接线盒及接线点和温控器是否受到腐蚀和潮气的侵蚀。c.检查对恒功率电加热温控器温度控制点是否准确。d.检查控制电缆是否腐蚀,破损。配电箱内熔断器,指示灯等是否正常。（4）对于低产井（产液不足1t/d），电加热温控器预设温度应该偏低。 参考文献
[1]中国自动化学会ASEA办公室.自动化系统技术基础[M].机械工业出版社，2007. [2]黄春方.原道输送技术[M].中国石化出版社，2007.
作者简介：王岩（1983，1-），男，籍贯：黑龙江省大庆市，毕业于东北石油学院石油工程专业，工作单位：大庆头台油田开发有限责任公司采油四区生产办，助理工程师。