浅谈某工业电磁加热器加热管结垢的原因

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由于工业电磁加热器具有安全性高、加热速度快和加热环保的优点，所以常被人们运用到油田加热原油，助力于采油工作。在某油田中安装有一套工业电磁加热器，进油口处的有效加热管段长度为450mm，管径长89mm，其加热功率为7kW左右，单位面积做功为5.57W/cm2；出油口处的有效加热管段长度为600mm，管径长60mm，其加热功率为4.5kW左右，单位面积做功为3. 98W/cm2。在该加热器组工作期间，常常出现加热管结垢问题，困扰着油田管理人员。

为了解决工业电磁加热器加热管结垢问题，人们进行了深入的研究和分析，分析发现加热器总换热量大是造成其结垢的重要原因。原油进人89mm管道后流速降低，经过60mm管道出口时流速相对升高，加热段内原油产生两次流速变化，并且是从管径较大区域流入管径较小区域，容易出现沉积。另外，工业电磁加热器加热段内原油存在不均匀的情况，依附管壁的原油不易流动，造成依附管璧原油长时间受热，使其与中间位置原油之间存在温差，导致原油自身的表面张力降低。

油田分别对工业电磁加热器加热段线圈的温度和出油口温度进行检测，发现二者温度相差45℃，由此可见，在加热段位置采用变径方式是导致加热管结垢的主要原因。针对这个问题，电磁加热器生产厂家应该为油田制定设备优化方案，在不重新更换工业电磁加热器的前提下，改进加热管道的设计，提高热传导效率，减少结垢的产生。

解决工业电磁加热器加热管结垢问题

60KW电磁加热器是将电能转变为热能的电器，它在运行过程中会产生非线性负载，从而产生较高含量的谐波电流。例如，当电流流过负载时，与加热器施加的电压没有线性关系，从而产生非正弦电流，即电流的畸变。一旦60KW电磁加热器产生谐波电流，将会严重影响设备所在电网的运行，具体危害表现在以下几个方面。

电磁加热器谐波的危害一是谐波电流在60KW电磁加热器的变压器内部产生涡流，使变压器过热，降低变压器的输出容量，增大变压器的噪声，严重影响变压器的寿命。危害二是谐波电流的趋化效应会使导线的等效截面变小，增加线路损耗。随着谐波频率的增加，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。危害三是谐波会影响与60KW电磁加热器同一电网的其他电气设备，导致其他设备无法正常工作。因为谐波会增加异步电机的附加损耗，降低其运行效率，严重的会导致电机过热。

通过60KW电磁加热器谐波危害的描述，我们可以知道它影响范围非常广泛。无论是为了加热器自身的使用安全，还是电网其他电气设备的使用安全，人们都应该想办法减少谐波的产生，增强电网抗谐波的能力。在设计60KW电磁加热器时，可以加装滤波器以减少谐波的产生，避免加热器运行过程中产生非线性负载。

工业电磁加热器是油田常用的加热设备，它可以为原油的输出提供源源不断的热量。某油田所采用的加热设备分两个加热段，一个加热段管道直径为89mm，另一个加热管道直径为60mm，在实际的加热过程中，由于这两个管道的换热量不同，所以容易出现加热管结垢的问题。针对这个问题，人们为工业电磁加热器设计了两个改进方案。

方案一是增大工业电磁加热器的加热管道长度和直径，从而提高加热管的换热面积。将加热线圈分三段缠绕，每段线圈长度都控制在20cm之内，各线圈之间的间距超过20cm，整个线圈的有效加热段长度为120cm。这样的设计可以使原油梯度受热，从而避免短时间急剧受热导致原油局部高温。该工业电磁加热器改进方案有以下三个优点：一是加热管道受热相对均匀，降低了加热线圈局部高温；二是加热段两侧管道长超过20cm，可以确保管内原油流速稳定；三是可降低原油短时间急剧升温，减少管道内原油温差，从而避免加热管结垢。

方案二是在原有的工业电磁加热器基础上添加超导液。采用套管方式，内管是与原油直接接触的加热管，外管是加热线圈的加热管道，在内外管道之间填充超导液。该工业电磁加热器改进方案具有以下三个优点：一是通过超导液可以确保内管管壁受热均匀，不会出现局部高温的现象；二是加热段管道长20cm以上，可确保原油内流速稳定；三是延长了加热管道的长度，加大了换热面积，从而避免了加热管结垢。

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