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電磁加熱器加熱管結(jié)垢原因及改進(jìn)

文檔作者：馬礦召文檔來源：大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月29日
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第4l卷第3期
2012年5月
石油化工設(shè)備
PETRO CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．41 No．3
M ay 2O12
文章編號：1000 7466(2012)03—0105 02
電磁加熱器加熱管結(jié)垢原因及改進(jìn)
馬礦召
(大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠，黑龍江大慶 163514)
摘要：為了降低地面建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，大慶油田近幾年加大了電熱集油工藝應(yīng)用力度，從現(xiàn)場
運(yùn)行情況看，早期應(yīng)用的電加熱器加熱管結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致加熱效率下降，滿足不了產(chǎn)液溫升要求。
分析了電磁加熱器加熱管結(jié)垢原因，提出了改進(jìn)方案，實(shí)際應(yīng)用效果良好。
關(guān)鍵詞： 電磁加熱器 加熱管；結(jié)垢；優(yōu)化；應(yīng)用
中圖分類號：TE 931 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
在大慶外圍低產(chǎn)低滲透油田，受地理位置、氣油
比等影響，早期應(yīng)用傳統(tǒng)的環(huán)狀摻水流程，造成投資
高、運(yùn)行費(fèi)用高。為降低建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，采用
了樹狀電加熱集油工藝。單管樹狀電加熱集油流程
采用點(diǎn)加熱、線維溫方式，即每口油井或每座叢式井
平臺設(shè)置1臺電加熱器，將油井產(chǎn)液由井口出油溫
度升溫至原油凝固點(diǎn)，然后將1口或多口井串聯(lián)由
電熱管道保溫傳輸至轉(zhuǎn)油站。截止2011年底，不同
區(qū)塊應(yīng)用電加熱集油工藝的油井共448口，共應(yīng)用
電加熱器224臺，其中電磁加熱器143臺。實(shí)際應(yīng)
用中出現(xiàn)高頻電磁加熱器管道結(jié)垢現(xiàn)象，其中出口、
入口加熱管由60 mm 變徑到89 mm 的使用6個(gè)月
出現(xiàn)加熱管結(jié)垢，出人口加熱管與加熱段全都是
60 mm管道的使用3 a出現(xiàn)加熱管結(jié)垢。筆者對結(jié)
垢原因進(jìn)行了分析，并提出了優(yōu)化改進(jìn)方案口 j。
l 電磁加熱器原理
電磁加熱是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱
能的能量轉(zhuǎn)換過程，由整流電路將50／60 Hz的交
流電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓，再經(jīng)過功率控制電路將直
流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為2o～40 kHz的高頻電壓，當(dāng)
高速變化的交流電流通過線圈時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生高速
變化的磁場，磁場內(nèi)的交變磁力線通過金屬管道時(shí)
(導(dǎo)磁、導(dǎo)電材料)，管壁體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使
輸油管道的管壁本身自行發(fā)熱與原油進(jìn)行熱交換，
達(dá)到加熱原油的目的。電磁加熱器高效加熱段截面
見圖1。
高頻渦流 高效保溫層
加熱線圈
金屬管遭 被加熱液體
圖1 電磁加熱器高效加熱段截面示圖
變頻器是高頻電磁加熱器的核心部件，是利用
電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一
頻率的電能控制裝置。目前使用的變頻器主要采用
交流一直流～交流方式，先把工頻交流電源通過整
流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻
率、電壓均可控制的交流電源供給電動(dòng)機(jī)。變頻器
的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)
部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆
變部分為IGBT三相橋式逆變器且輸出為PWM 波
形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功
功率。
2 加熱管結(jié)垢原因分析
管徑89 mm加熱器有效加熱段長度450 mm，
有效加熱面積為89×3．14×450—1 257．57(cm )，
則其單位面積做功為7／1．257 57—5．57(W／cm )；
管徑60 mm~J[1熱器有效加熱段長度600 mm，有效加
熱面積為6o×3．14×600—1 130．40(cm。)，則其單
收稿日期：2012—01—10
作者簡介：馬礦召(1978一)，男，河南唐河人，工程師，學(xué)士，從事地面工程規(guī)劃工作。
石油化工設(shè)備 2O12年第41卷
位面積做功為4．5／113．40—3．98(w／cm )。管徑
60 mm加熱器加熱面積與管徑89 mmIl1]熱器的加
熱面積基本相當(dāng)，管徑89 mm~JlJ熱器加熱功率7 kw
左右，比管徑60 mm加熱器加熱功率(4．5 kw)大，
因而管徑89 mm加熱器總換熱量較大，這是造成管
徑89 ID．m加熱器加熱管結(jié)垢較快的原因之一。
管徑60 mm加熱器加熱管進(jìn)油與出油管徑相
同，而管徑89 mm 加熱器加熱管是60 mm管道
進(jìn)、出油。在加熱段位置變徑造成2個(gè)問題：① 原
油進(jìn)入89 ITlm管道后流速降低，經(jīng)過60 mm管道
出口時(shí)流速相對升高。加熱段內(nèi)產(chǎn)生兩次流速變
化，利于沉積。②依附管壁的原油不易流動(dòng)，造成
依附管壁原油長時(shí)間受熱，使其與中間位置原油
之問存在溫差，原油自身的表面張力降低。加熱
線圈中間部分是整個(gè)加熱段的高溫區(qū)，實(shí)驗(yàn)測試，
線圈中間部位溫度高于出口溫度45℃ 。由此可
見，在加熱段位置采用變徑方式是導(dǎo)致加熱管結(jié)
垢的主要原因。
3 改進(jìn)方案
3．1 方案1
改進(jìn)方案1為超導(dǎo)液+電磁加熱方式，見圖2。
采用套管方式，內(nèi)管是與原油接觸的加熱管，外管用
加熱線圈加熱管道，套管內(nèi)填充超導(dǎo)液。該方案優(yōu)
點(diǎn)：① 內(nèi)管管壁受熱均勻，加熱線圈不會(huì)出現(xiàn)局部
高溫現(xiàn)象。② 加熱段兩側(cè)管道長20 cm 以上，加熱
管內(nèi)原油流速整體穩(wěn)定。③ 延長了加熱管道長度，
換熱面積加大。
圖2 超導(dǎo)液加熱管道不圖
3．2 方案2
改進(jìn)方案2為增大加熱管道長度和直徑，從而
提高加熱管換熱面積。加熱線圈分3段纏繞，每段
線圈長度在20 cm 以內(nèi)，線圈之問間距超過20 CITI，
線圈之間安裝溫度探頭，有效加熱段總長120 CITI，
使原油梯度受熱，從而避免短時(shí)間急劇受熱導(dǎo)致原
油局部高溫。
該方案優(yōu)點(diǎn)：① 加熱管受熱相對均勻，降低了
加熱線圈局部高溫。② 加熱段兩側(cè)管道長超過
20 cm，加熱管道整體原油流速穩(wěn)定。③ 降低原油
短時(shí)間急劇升溫，減少管道內(nèi)原油溫差。
圖3 提高加熱管換熱面積結(jié)構(gòu)示圖
4 應(yīng)用效果
經(jīng)過論證并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，最終采用方案
2進(jìn)行改造，采用方案2后加熱管加熱面積和做功
見表1。由表1可見，新設(shè)計(jì)加熱段單位面積做功
數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于現(xiàn)在使用的加熱器數(shù)據(jù)，采用30 kW 加
熱管單位面積做功僅3．70 W／cm。。
表1 采用方案2優(yōu)化后加熱管加熱面積和做功
從2010年開始在裝置中應(yīng)用改進(jìn)的高頻電磁
加熱器，再未出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，此次改進(jìn)對同類設(shè)備改
造具有借鑒意義。
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(張編)

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