天然气输气管线电伴热工艺参数优化设计研究.docx

天然气输气管线电伴热工艺参数优化设计研究 邓又铭李 怡( 1．中油广安天然气有限公司，四川 天然气输气管线电伴热工艺参数优化设计研究 邓又铭 李 怡 ( 1． 中油广安天然气有限公司，四川 广安 638000; 2． 西南油气田公司川中油气矿，四川 广安 638000) 摘 要: 根据流体在多层圆筒壁圆管中流动的传热学理论，综合考虑大地温度变化、天然气物性参数等多方面因素 的影响，给出电伴热埋地天然气管道热力计算的数值方法与计算公式，并进行实例分析。在井口温度一定的条件 下，管道缠有电伴热带的出口温度明显升高。 关键词: 输气管线; 水合物; 电伴热; 表面传热; 内壁温度 中图分类号: TE 832 文献标识码: A 文章编号: 1673 － 1980( 2014) 06 － 0092 － 04 气田的集气管线经常形成水合物封堵，使天然 气不能正常运输，特别是在秋冬季节这种现象更为 严重。电伴热技术就是防止采气管道封堵的一种工 艺，该技术通过补充管道、管体及设备上的热量损失 来预防管道堵塞［1］。 电伴热工艺不仅装置简单，可实现自动化管理， 而且不污染环境、具有全天候工作性能，可以大大降 低管线的维修费用。此工艺特别适用于周围环境苛 刻、易堵井、工艺流程设计不符合实际情况的 干 管。 在遇到坡度起伏较多的地形时，这类井极易造成管 线冻堵。通过在低洼处管线增加加温设备，能 够 对 管线冻堵起到一定的辅助作用，降低工作人员劳动 强度。 管线加温设备在气田生产中应用比较广 泛［2］。 在气田冬季生产过程中，电磁阀冻堵已成为重大难 题，尤为突出的是电磁阀和截断阀冻堵导致阀芯与 地面接触密封不严，以及电磁头不能灵活动 作。阀 芯起跳之后仍然漏气，管线压力逐渐升高，致使管线 承压超出承载水平发生爆管现象，出现严重安全隐 患［3］。电伴热设备能够使用于周围条件恶劣且冬季 运行的紧急情况下，特别是面对大面积堵井的情况 能够发挥良好的作用，可保证集气管线在埋深不足、 干管裸露时能够正常生产。该设备同时便于维 修， 具备远传监视功能，可实现人机交互，及时提供各项 信息。 1 电伴热设备材料组成及工作原理 电伴热设备组成材料包括［4］: 热电偶开关; 电阻 丝开关; 太阳能路灯控制器; 485 高速电台; ＲTU; 接 线盒; 光感开关; 八木传输天线; 摄像 头; 水 泥 杆; 电 瓶组; 人机互动组; 太阳能电池板; 输气管线; 末端热 电偶; 外界热电偶; 中端热电偶; 首端热电偶; 电阻丝 热电偶; 绝缘电阻丝。 所有设备均采用安全可靠的 24 V 电压，设备的 主体材料选用绝缘电阻丝，这样避免了电流接触管 线。绝缘电阻丝采用 Cr20Ni80 型镍镉合金电阻丝， 此类电阻丝的热导率达到 60. 3 kJ( m·h·℃ ) ，在 1 175 ℃ 高温下能够运行 110 h 以上。受流速大小、 天然气黏度等相关因素影响，管线加温温度一般在 120 ℃ 以内，能够保证电阻丝的有效寿命。 当绝缘电阻丝产生热量之后，被钢管外壁吸收， 再经过热传导传入钢管内壁，与经过加热段的天然 气进行对流换热从而使天然气吸收足够的热量。天 然气吸收热量之后，破坏了水合物生成的条件，从而 达到预防管线冻堵的目的，是一种直观、迅速的抑制 水合物生成方法，能够有效降低天然气管线冻堵几 率。同时，将绝缘电阻丝缠绕在需要管线加温 的 管 线外壁，为了避免绝缘电阻丝所产生的热量散失到 外界环境中，在缠绕电阻丝的管线外壁增加保温，以 保证热量集中输送到管线内部，从而提高设备的有 效热量。 收稿日期: 2013 － 12 － 11 基金项目: 中国天然气集团公司应用基础研究项目( 2008A － 3005) 作者简介: 邓又铭( 1985 － ) ，男，助理工程师，研究方向为天然气输配管理。 ·92· 邓又铭，等: 天然气输气管线电伴热工艺参数优化设计研究保 5 个温度传感器能够准确地判断设备在当前环境下的工作状况。例如，管线外表温度为 5 ℃ ，电阻丝 产生温度为 40 ℃ ，外部温度为 10 ℃ 。 邓又铭，等: 天然气输气管线电伴热工艺参数优化设计研究 保 5 个温度传感器能够准确地判断设备在当前环境 下的工作状况。例如，管线外表温度为 5 ℃ ，电阻丝 产生温度为 40 ℃ ，外部温度为 10 ℃ 。这表明，该设 备的热量有一部分被外部吸收，需要加强当前环境 范围内的保温措施。 地面设施主要有太阳能电池板、配电柜、电瓶组、 控制开关组、人机互动组、远传控制组、远程拍照等 7 大组成部分，可以充分实现对设备运行的实时监控。 2 电伴热设备的运行方式 此套设备主要应用于管线埋深不足或者裸露地 段，可以有效预防因为环境原因所造成的集气管线 冻