摘要：电伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案，一直被广泛应用。其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。本文对站内埋地原油管线保温及电伴热系统设计进行探讨。
关键词：站内埋地；原油管线；电伴热；系统设计
一、电伴热系统组成
电伴热系统一般由电伴热带，接线盒，电缆附件，配电箱，控制及监测元件等组成。当然，电伴热带安装过程中需要与管线保温层一并使用，为防止伴热热量的散失，所有安装伴热系统的管线均需要配套管线保温结构。
二、埋地管线保温型式
埋地管线保温一般采用聚氨酯泡沫夹克保温管，根据生产工艺及流程的不同，有“一步法”和“管中管”两种生产工艺。“一步法”指在生产过程中将钢管的保温层与外防护层（聚乙烯层）一步成型，生产过程自动化程度高，生产效率高，能够减少原材料的浪费。采用“一步法”生产工艺时，应调整钢管／机头／送进机等生产线设备同轴度和高度，检验挤出机／纠偏机和高（低）压发泡机等关键设备是否处于稳定运行状态。“管中管”成型工艺生产保温管前，应预先生产聚乙烯防护管或玻璃钢防护管，然后采用硬质聚氨酯泡沫塑料，硬质聚氨酯泡沫应均匀的充满工作钢管和外护管的环形空间。任意保温层截面上空洞和气泡的面积总和占整个截面积的百分比不应大于5％，且整个空洞的任意方向尺寸不应超过同一位置实际保温层厚度的1/3。根据上述生产工艺的不同可以看出，“一步法”能够大幅度提高生产效率，保证保温层的质量，管中管的生产工艺在保证工作钢管和外护管之间环形空间之间的硬质聚氨酯泡沫在环形空间内均匀填充的难度较大，因此工程中能够采用“一步法”施工的工况尽量采用“一步法”。但是管中管的生产工艺在大口径管线及特殊条件下使用广泛。
三、电伴热带敷设方式
埋地电伴热带的安装应考虑的因素主要包括：①地下保温层具有良好的保温效果；②地下保温层的外防护层需要具有良好的防水性能；③电伴热带的接线盒应该在地上安装。考虑保温层的保温效果及外防护层的防水效果，聚氨酯泡沫保温层需要工厂预制，考虑运输及生产线的限制，管线只能按照12m一根进行保温层的预制，这样就排除了在预制之前缠绕电伴热带可能性，那样将会在现场增加管线之间的电伴热带的接头。设计过程中借鉴了长线电伴热带的敷设方式，在需要保温的管线外部预留电伴热穿管的空间，“管中管”的保温层预制方法，在工作钢管外增加一根小的钢套管（电伴热带穿线管），采用镀锌铁丝等临时固定，然后在外护管与工作钢管之间填充硬质聚氨酯泡沫，预制完成后运至现场，现场施工过程中将预留在保温层内的电伴热带穿线管对齐，电伴热带顺预留管穿管敷设，在出入土两端安装首端和尾端接线盒。
四、电伴热带根数的确定
计算管线的热补偿量和管道散热量的计算如下：
1）维持温度下，管道所需热补偿量Ｑ为：
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其中：Ｋ为散热损失系数，取1.15；λ为隔热材料的导热系数，Ｗ／（ｍ．℃）；Ｔσｗ为维持温度，℃；Ｔｅ为最低环境温度，℃；D2为隔热层外径，ｍ；D1为隔热层内径，m；计算得到本工程不同管径管道所需的热补偿量见表1。
表1 不同管径所需热补偿量计算表
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2）计算管道散热量的计算公式为：
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式中C为管线至周围的总的传热系数。其余字母的意义同上。根据此公式计算得出管道的散热量见表2。
表2 不同管径管道散热量计算表
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对上述两个公式的计算结果进行对比，第一个公式计算出来的结果稍大，为了安全起见，本工程采用第一个公式的结果进行设计，选取发热量为50Ｗ／m规格的电伴热带，根据管线计算的热补偿量，确定DN400的管线设置1根电伴热带，DN500和DN600的管线设置2根电伴热带。
五、对埋地管线进行防腐处理的方式
1、使用正确的防腐材料
埋地管线的防腐覆盖层主要有煤焦油瓷器，聚乙烯胶粘带，聚乙烯夹克及环氧粉末等。通过研究发现对埋地管线的防腐涂层要满足两个条件：第一、管线运行过程中环境因素对覆盖层产生的破坏作用，使覆盖层老化，性能变劣。覆盖层与土壤间的相对错动，土壤中硬物的挤压等造成的机械破坏。第二、施工工艺及环境的要求，在施工过程中管线要经历运输，铺设等必要环节，覆盖层要承受冲击，环境温度的变化考验，所以在这个环节要使用正确的防腐材料。
2、采用电化学保护法
在电解液中，管线表面的各处电位不同，从而构成了腐蚀的原电池，电位负的金属不断溶解释放金属离子进入溶液，放出电子在不断流向阴极区的过程中被还原剂消耗，而阴极基本不会被腐蚀，这种方法就称为电化学保护法。其又可以分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种。牺牲阳极阴极保护法是将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连接构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极可以避免腐蚀。特点：不需要外加直流电源，但牺牲的阳极要具备电位足够负，且能够长期保持该负电位的电化学性能。缺点：驱动电位低，保护电流调节的范围窄，使用范围受土壤电阻率限制，土壤电阻>50Ω/m一般不选用；在存在强烈杂散电流干扰时，阳极可能逆转，有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更换。
外加电流阴极保护系统是在被保护结构周围同一电解质环境中埋设辅助阳极，通过一直流电源以辅助阳极为阳极，以被保护结构为阴极，构成供电回路，将直流电通向被保护的金属，使被保护金属强制变成阴极以实现保护。特点：必须有常年供电的直流电源和长寿命辅助阳极地床。优点：驱动电压高，能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流输出量；在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中也适用；当选用不溶性或微溶性辅助阳极时可进行长期的阴极保护；每支辅助阳极床的保护范围大，当管道防腐层质量良好时，一个阴极保护站的保护范围可达数十公里，对裸露或防腐层质量较差的管线也能达到完全的阴极保护。缺点：阴极保护系统需要严格的专业维护管理，离不开外部电源，需常年外供电，对邻近的地下金属管线可能产生干扰作用。
结束语：
本文给出了站内埋地管线电伴热系统的敷设方法及电伴热带根数的确定方法，按照此方法进行设计的埋地管线的电伴热系统在靖边原油库顺利完成安装，投产后现场运行效果良好，验证了上述方案的可行性。
参考文献：
[1]徐志杰．电伴热埋地天然气管道的热力计算［J］．油气储运，2013
[2]王树国．电伴热在川气东送普光天然气净化厂液硫系统中的应用［J］．石化电气，2013
论文作者:杨显斌,摆勇强,胥春雨
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：管线论文; 阴极论文; 热带论文; 阳极论文; 管道论文; 保温层论文; 步法论文; 《基层建设》2019年第29期论文;