关于油井电磁感应加热技术应用的探讨

关于油井电磁感应加热技术应用的探讨

顾凯1黄永军2刘炜3张超平4兰军5

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（1.新疆石油工程设计有限公司;2.红山油田有限责任公司;3.新疆油田工程技术研究院;4.5.江苏福德电力科技有限公司）

摘要：随着当代科学技术的发展，极大地促进了工业经济的快速发展。在工业经济中，流动介质的传输广泛涉及化工、能源、食品、医药、塑料橡胶制品、建筑型材、印刷等行业，传输中确保流动介质的恒定、恒量、恒温等相关技术在不断进步。本文以油井管线为讨论方向：拟采取中频电磁感应加热方式，使原油传输过程中的热量损失给予足量的补充，以保证其温度维持在一个合理的工艺温度范围内。

关键词：中频；电磁感应；恒温控制；安全环保

1、背景技术

目前陆地油田对井口管线的加热方式多为电加热或加热炉加热。电加热常见的有电伴热带和电热棒两种，此两种均属于电阻式热传导加热方式，热损失大且寿命较短。加热炉加热的热源多为燃气、燃油或燃煤，对地域资源依赖较大，且热效率低，维修更换频繁。而本文讨论的中频电磁感应加热也系电加热的一种，但其具有加热快、热能损耗少、热效率高、寿命长、可控性好及易于实现自动化等特点，在食品加工、纺织、印染、冶金、轻工、机械、表面热处理、焊接及锅炉等行业已应用广泛，但在油田井口管线加热方面尚未得到广泛应用。

2、工作原理及技术应用方案

工作原理：结合电磁感应加热和PID控制技术，营造恒温加热环境，解决原油在冬季运行过程中井口端的加热降粘问题。

技术应用方案：利用电磁感应原理，通过工件中涡流的焦耳效应将工件加热，进而与工件中的流体实现热交换。具体做法是将感应线圈缠绕于工件表面，感应线圈两端与中频电流发生器连接,并在进油口、出油口及管壁内设置温度传感器，辅以智能温控计和PID技术实现测温及调温。

控制系统由中频电源控制系统和加热换热系统两部分组成，其核心组件包括：中频电流发生器、感应换热器、智能控制系统。

(1)中频电流发生器

中频电流发生器的主电路为AC-DC-AC变频结构，由整流电路、滤波电路和逆变电路组成。三相工频交流电压经过三相全控整流桥整流成电压可调的脉动直流电压，再通过滤波电容将脉动的直流电压滤波变成光滑平稳的直流电压送到单相逆变桥，最后通过逆变桥将直流电压变成单相频率可调的中频交流电压，供给电磁感应线圈。

2）感应换热器

智能控制系统由测量电路、控制电路、驱动电路组成。三相交流电源与整流电路的输入端相连接，整流电路的输出端经滤波电路与逆变电路的输入端相连接,逆变电路的输出端与电磁感应线圈的两端相连接。管壁温度检测传感器和出口油温检测传感器检测到的温度信号经过检测电路处理后，送给控制器，实现控制与保护，控制器经驱动电路与逆变电路相连接。

启动中频电流发生器后，由整流电路将50/60Hz的交流电压转变成电压可调的脉动直流电压，再经过滤波电容将脉动直流电压滤波变成光滑平稳的直流电压送到单相逆变桥，最后通过逆变桥将直流电压变成单相频率可调的中频交流电压。当高速变化的交流电流通过电磁感应线圈时，电磁感应线圈会产生高速变化的磁场，交变磁场在钢管表面产生涡流，使钢管发热。当原油在钢管内流动时，带走钢管发出的热量。当油温检测传感器检测到出油口的温度达到期望值时，加热电流慢慢变小。如果钢管的热量不能迅速交换给原油，而导致钢管的管壁温度超过设定温度100℃～110℃(该值可人工调整)时，系统会自动断电，发出报警信号，直到钢管2的管壁温度降到安全值时，才再次加热。

采用自适应PID技术实时调节加热电源的功率输出参数，保证设备输出功率的一致性和稳定性，并通过PDM功率控制技术来调节逆变器的输出电流，保证设备输出稳定的功率，使得作用在工件的能量可以稳定控制，保证加热后的工件温度一致。输出功率在20－100％可调。即使在很低的输出功率下，也能获得稳定的输出电流或输出功率。输出频率可根据不同的应用场合，根据用户要求进行定制。

3、感应加热方式的优点

（1）加热快速。由于电磁转换使发热材料加热快，热流密度大，流动介质加热快。

（2）控温准确。断电即断磁，停止加热控温。采用智能化控制技术，可实现准确控温。

（3）温度均匀。由于电磁感应，使发热材料产生涡流电流而发生热量，热传导的方向垂直于流动介质的流动方向，使层流变成紊流，使流动介质的温度均匀而稳定。

（4）安全性好。涡流电流使发热材料产生热量，避免火灾危险。

（5）电磁加热方式可大大降低原油分子的结合力,使稠油在较低温度下输送而不会凝结。

（6）采用非接触式加热方式，在加热过程中不易参入杂质。

（8）实体装置宜采用分体式设计，利于操作、维护和安全运行。

（9）工作环境安静、安全、洁净，符合环保要求。

（10）占地面积小。

4、结论

本产品基于感应加热技术，相比较传统的加热方式在系统的安全性、稳定性、易控性，环保及节能方面都具有较明显的优势，对于油井井口加热有较好的应用价值。

参考文献：

[1]姜上林，赵长汉。感应加热原理与应用。

[2]沈刚，王华民，刘庆丰，刘锋。高频大功率感应加热电源驱动电路设计。工业加热，2004年第2期第33卷，26．28。

[3]吴兆麟、袁俊国等《高频感应加热装置的负载匹配方法》．电力电子技术，1999年第4期

[4]沈旭、吴兆麟等．《20KW／300KHZ高频感应加热电源》．电力电子技术．1994年第1期