中频伴热技术在冀东油田的应用

陈红兵+张宏兴+范思冬

摘 要：中频伴热技术在是冀东油田今年来广泛应用的管道伴热技术，具有安装容易、维护管理方便、操作灵活可靠的优点，正在逐步替代掺水伴热方式，是一种与半导体伴热互补的伴热方式。

关键词：中频伴热；单井；应用

中频伴热技术是利用电磁感应和感应加热原理，将伴热线按照一定方向缠绕在钢管上，并通以交流电将电磁能转换成热能，并将热能传到给管内介质，并通过保温层限制热量散失，从而达到保温效果的一种技术手段。

一、背景

传统上为解决油井产业温度低造成管输困难的问题，在做好防腐保温的基础上，常常采用掺水伴热、半导体伴热带伴热、提高启输温度等方式予以解决。传统的双管掺水流程需要大规模的基建投入来建立完善的热能供应循环系统。如铺设伴热管线，购置锅炉及热水循环泵，建立泵站，并配套相应的辅助设施及人员。由此带来前期投资，后期运行及维护保养工作量大，费用较高等突出问题。实际运行中，还有油气计量不准确，掺水管线易腐蚀穿孔使用周期有限，输送过程中热损失较大，后期产液脱水量大，污水排放处理等诸多因素带来的安全环保等问题。半导体伴热系统则费用高，国产产品损坏率高，且无法查找问题点，造成生产管理上的困难。提高启输温度除需要增加加热炉等设备外，并不利于管线的维护。为解决此类问题，冀东油田引进了管道中频伴热技术。

二、原理

现代感应加热的主要依据是电磁感应、集肤效应和热传导三项基本理论。感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的。这样，感应电势在工件中产生感应电流（涡流），使工件加热。感应电势和发热功率与频率高低和磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的电流可以使工件中产生的涡流加大；同样提高工作频率也会使工件中的感应电流加大，从而增加发热效果，使工件升温更快。另外，涡流的大小与金属的截面大小、截面形状、导电率、导磁率以及透入深度有关。

中频加热技术就是利用上述原理，通过电源控制设备将交流电调频适应管径和壁厚的中频交流电，感应加热电源系统一般有5部分组成：整流器（AC-DC ）、滤波器（FILTER）、逆变器（DC-AC ）、负载谐振回路（RESONANT TANK）、保护控制环节（CONTROL AND PROTECT ），电源采用二极管整流，保证电网侧的功率因数最高（0.95），谐波最小。逆变侧采用大功率IGBT（1200V/300A）模块，工作安全可靠，稳定性高。电源的功率给定采用电位器连续调节方式，控制电路通过改变逆变IGBT的脉冲来改变电源的输出功率。在控制电路中，采用功率给定和输出电流反馈的比例积分调节。

三、应用实例及效果

冀东油田在NP2-3平台、NP3-2平台、NP403X1平台、PG2区块單井项目和老爷庙-曹妃甸输油管道及配套工程-曹妃甸油库输油管线装船管线项目使用了中频加热技术，以PG2单井项目为例分析如表1和表2。

不难看出中频加热技术有一定的节省投资的优势，同时降低了维护难度，增加了操作的灵活程度，降低了环境污染的风险，大幅度降低了“三废”的排放量，在环保要求日益提高的今天又更大社会价值和应用前景。

参考文献：

[1]田鸣邦，赵治理，苗新松，等.地面集输管线中频感应加热技术[J].油气田地面工程，2012，31（8）：50-51.