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電磁加熱器加熱管結垢原因及改進

文檔作者：馬礦召文檔來源：大慶油田有限責任公司第八采油廠		點擊數：	更新時間： 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垢原因及改進
馬礦召
(大慶油田有限責任公司第八采油廠，黑龍江大慶 163514)
摘要：為了降低地面建設投資和運行費用，大慶油田近幾年加大了電熱集油工藝應用力度，從現場
運行情況看，早期應用的電加熱器加熱管結垢嚴重，導致加熱效率下降，滿足不了產液溫升要求。
分析了電磁加熱器加熱管結垢原因，提出了改進方案，實際應用效果良好。
關鍵詞： 電磁加熱器 加熱管；結垢；優化；應用
中圖分類號：TE 931 文獻標志碼：B
在大慶外圍低產低滲透油田，受地理位置、氣油
比等影響，早期應用傳統的環狀摻水流程，造成投資
高、運行費用高。為降低建設投資和運行費用，采用
了樹狀電加熱集油工藝。單管樹狀電加熱集油流程
采用點加熱、線維溫方式，即每口油井或每座叢式井
平臺設置1臺電加熱器，將油井產液由井口出油溫
度升溫至原油凝固點，然后將1口或多口井串聯由
電熱管道保溫傳輸至轉油站。截止2011年底，不同
區塊應用電加熱集油工藝的油井共448口，共應用
電加熱器224臺，其中電磁加熱器143臺。實際應
用中出現高頻電磁加熱器管道結垢現象，其中出口、
入口加熱管由60 mm 變徑到89 mm 的使用6個月
出現加熱管結垢，出人口加熱管與加熱段全都是
60 mm管道的使用3 a出現加熱管結垢。筆者對結
垢原因進行了分析，并提出了優化改進方案口 j。
l 電磁加熱器原理
電磁加熱是利用電磁感應原理將電能轉換為熱
能的能量轉換過程，由整流電路將50／60 Hz的交
流電壓轉變成直流電壓，再經過功率控制電路將直
流電壓轉換成頻率為2o～40 kHz的高頻電壓，當
高速變化的交流電流通過線圈時，線圈會產生高速
變化的磁場，磁場內的交變磁力線通過金屬管道時
(導磁、導電材料)，管壁體內產生無數的小渦流，使
輸油管道的管壁本身自行發熱與原油進行熱交換，
達到加熱原油的目的。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
流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻
率、電壓均可控制的交流電源供給電動機。變頻器
的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個
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，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功
功率。
2 加熱管結垢原因分析
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，學士，從事地面工程規劃工作。
石油化工設備 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，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加熱器加熱管結垢較快的原因之一。
管徑60 mm加熱器加熱管進油與出油管徑相
同，而管徑89 mm 加熱器加熱管是60 mm管道
進、出油。在加熱段位置變徑造成2個問題：① 原
油進入89 ITlm管道后流速降低，經過60 mm管道
出口時流速相對升高。加熱段內產生兩次流速變
化，利于沉積。②依附管壁的原油不易流動，造成
依附管壁原油長時間受熱，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加熱段的高溫區，實驗測試，
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致加熱管結
垢的主要原因。
3 改進方案
3．1 方案1
改進方案1為超導液+電磁加熱方式，見圖2。
采用套管方式，內管是與原油接觸的加熱管，外管用
加熱線圈加熱管道，套管內填充超導液。該方案優
點：① 內管管壁受熱均勻，加熱線圈不會出現局部
高溫現象。② 加熱段兩側管道長20 cm 以上，加熱
管內原油流速整體穩定。③ 延長了加熱管道長度，
換熱面積加大。
圖2 超導液加熱管道不圖
3．2 方案2
改進方案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，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，從而避免短時間急劇受熱導致原
油局部高溫。
該方案優點：① 加熱管受熱相對均勻，降低了
加熱線圈局部高溫。② 加熱段兩側管道長超過
20 cm，加熱管道整體原油流速穩定。③ 降低原油
短時間急劇升溫，減少管道內原油溫差。
圖3 提高加熱管換熱面積結構示圖
4 應用效果
經過論證并結合現場實際情況，最終采用方案
2進行改造，采用方案2后加熱管加熱面積和做功
見表1。由表1可見，新設計加熱段單位面積做功
數據遠小于現在使用的加熱器數據，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優化后加熱管加熱面積和做功
從2010年開始在裝置中應用改進的高頻電磁
加熱器，再未出現結垢現象，此次改進對同類設備改
造具有借鑒意義。
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(張編)

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