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淺談某工業電磁加熱器加熱管結垢的原因
作者： 廣東江信電子科技有限公司 發表時間：2021-10-18 09:22:44 瀏覽量：8031【 小 中 大 】
淺談某工業電磁加熱器加熱管結垢的原因
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由于工業電磁加熱器具有安全性高、加熱速度快和加熱環保的優點，所以常被人們運用到油田加熱原油，助力于采油工作。在某油田中安裝有一套工業電磁加熱器，進油口處的有效加熱管段長度為450mm，管徑長89mm，其加熱功率為7kW左右，單位面積做功為5.57W/cm2；出油口處的有效加熱管段長度為600mm，管徑長60mm，其加熱功率為4.5kW左右，單位面積做功為3. 98W/cm2。在該加熱器組工作期間，常常出現加熱管結垢問題，困擾著油田管理人員。
為了解決工業電磁加熱器加熱管結垢問題，人們進行了深入的研究和分析，分析發現加熱器總換熱量大是造成其結垢的重要原因。原油進人89mm管道后流速降低，經過60mm管道出口時流速相對升高，加熱段內原油產生兩次流速變化，并且是從管徑較大區域流入管徑較小區域，容易出現沉積。另外，工業電磁加熱器加熱段內原油存在不均勻的情況，依附管壁的原油不易流動，造成依附管璧原油長時間受熱，使其與中間位置原油之間存在溫差，導致原油自身的表面張力降低。
油田分別對工業電磁加熱器加熱段線圈的溫度和出油口溫度進行檢測，發現二者溫度相差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。針對這個問題，電磁加熱器生產廠家應該為油田制定設備優化方案，在不重新更換工業電磁加熱器的前提下，改進加熱管道的設計，提高熱傳導效率，減少結垢的產生。
解決工業電磁加熱器加熱管結垢問題
60KW電磁加熱器是將電能轉變為熱能的電器，它在運行過程中會產生非線性負載，從而產生較高含量的諧波電流。例如，當電流流過負載時，與加熱器施加的電壓沒有線性關系，從而產生非正弦電流，即電流的畸變。一旦60KW電磁加熱器產生諧波電流，將會嚴重影響設備所在電網的運行，具體危害表現在以下幾個方面。
電磁加熱器諧波的危害一是諧波電流在60KW電磁加熱器的變壓器內部產生渦流，使變壓器過熱，降低變壓器的輸出容量，增大變壓器的噪聲，嚴重影響變壓器的壽命。危害二是諧波電流的趨化效應會使導線的等效截面變小，增加線路損耗。隨著諧波頻率的增加，再加之電纜導體截面積越大趨膚效應越明顯，從而導致導體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減小。危害三是諧波會影響與60KW電磁加熱器同一電網的其他電氣設備，導致其他設備無法正常工作。因為諧波會增加異步電機的附加損耗，降低其運行效率，嚴重的會導致電機過熱。
通過60KW電磁加熱器諧波危害的描述，我們可以知道它影響范圍非常廣泛。無論是為了加熱器自身的使用安全，還是電網其他電氣設備的使用安全，人們都應該想辦法減少諧波的產生，增強電網抗諧波的能力。在設計60KW電磁加熱器時，可以加裝濾波器以減少諧波的產生，避免加熱器運行過程中產生非線性負載。
工業電磁加熱器是油田常用的加熱設備，它可以為原油的輸出提供源源不斷的熱量。某油田所采用的加熱設備分兩個加熱段，一個加熱段管道直徑為89mm，另一個加熱管道直徑為60mm，在實際的加熱過程中，由于這兩個管道的換熱量不同，所以容易出現加熱管結垢的問題。針對這個問題，人們為工業電磁加熱器設計了兩個改進方案。
方案一是增大工業電磁加熱器的加熱管道長度和直徑，從而提高加熱管的換熱面積。將加熱線圈分三段纏繞，每段線圈長度都控制在20cm之內，各線圈之間的間距超過20cm，整個線圈的有效加熱段長度為120cm。這樣的設計可以使原油梯度受熱，從而避免短時間急劇受熱導致原油局部高溫。該工業電磁加熱器改進方案有以下三個優點：一是加熱管道受熱相對均勻，降低了加熱線圈局部高溫；二是加熱段兩側管道長超過20cm，可以確保管內原油流速穩定；三是可降低原油短時間急劇升溫，減少管道內原油溫差，從而避免加熱管結垢。
方案二是在原有的工業電磁加熱器基礎上添加超導液。采用套管方式，內管是與原油直接接觸的加熱管，外管是加熱線圈的加熱管道，在內外管道之間填充超導液。該工業電磁加熱器改進方案具有以下三個優點：一是通過超導液可以確保內管管壁受熱均勻，不會出現局部高溫的現象；二是加熱段管道長20cm以上，可確保原油內流速穩定；三是延長了加熱管道的長度，加大了換熱面積，從而避免了加熱管結垢。
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