上海新冠伴热工程有限公司 SHANGHAI NEW CROWN HEAT TRACING ENGINEERING CO. ， LTD .

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集肤效应电伴热培训

集肤效应电伴热培训 2007


集肤效应（又称趋肤效应）是指导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀的一种现象。随着与导体表面的距离逐渐增加，导体内的电流密度呈指数递减，即导体内的电流会集中在导体的表面。从与电流方向垂直的横切面来看，导体的中心部分电流强度基本为零，即几乎没有电流流过，只在导体边缘的部分会有电流。简单而言就是电流集中在导体的“皮肤”部分，所以称为集肤效应。产生这种效应的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场，与原来的电流相抵消。




理想中（上图）电子在导体中以平均分布的方式传导流通，集肤效应（上图）则是电子集中在导体的近外肤位置上流通，使横切面的核心部位呈现空泛状态，进而使电流处送量减少。


集肤效应——最早在 1883 年贺拉斯 · 兰姆的一份论文中提及，只限于球壳状的导体。 1885 年，奥利弗 · 海维赛德将其推广到任何形状的导体。集肤效应使得导体的电阻随着交流电的频率增加而增加，并导致导线传输电流时效率减低，耗费金属资源。

邻近效应——当高频电流在两导体中彼此反向流动或在一个往复导体中流动时，电流会集中于导体邻近侧流动的一种特殊的物理现象。



而集肤效应加热系统的工作原理则是基于集肤效应和邻近效应两种物理现象。加热装置是采用专门设计、制造的，耐腐耐热、绝缘的集肤效应导线，穿过一个被称为“热管”的碳钢管道（碳钢管道的厚度大于集肤深度），导线和热管的一端相连接，另一端则分别与交流电源相连接。



当给集肤效应加热系统通电时，电流从导线的一端到达导线的另一端，在集肤效应和邻近效应的作用下，通过热管返回的电流被集中在热管的内壁表面。这种电磁感应作用，使流经热管的电流只能集中在热管的内壁表面，而实际上在热管的外表面是没有可测电压的。电流流经热管内壁表面时，通过阻抗发热，产生加热温度。



电源接线盒、拉线盒、中间接线盒和终端接线盒是构成集肤效应加热系统整体不可或缺的组成部分，与热管一样是传输电流的部件。因此，这些组件必须是厚壁的铁磁性材料并与热管焊接，以保证集肤效应加热系统电路的连续性。



电源接线盒：位于集肤效应加热系统回路的电源端，供电从电源接线盒进入，并从电源接线盒引出至热管。盒体外有一个端子可作为系统接地。



拉线盒 / 中间接线盒：这两个组件可以合为一体。在热管一定长度上设置一个拉线盒 / 中间接线盒，易于集肤效应导线的穿线施工。拉线盒 / 中间接线盒可按集肤效应导线不同的膨胀 /收缩来确定规格。外形与物料管线相匹配，并用垫片、螺栓盖提供防水保护。如长输管线在标高变化、方向变化时，允许采用不同类型的拉线盒 / 中间接线盒以使热管跨越物料管线。



终端接线盒：终端接线盒被设计和制造成可将集肤效应加热导线与热管便于连接到一起，使电流通过热管的内壁表面流回到电源接线盒。盒体外有一个端子可作为系统接地。



与传统的电阻式伴热材料在长输管线上的应用相比，集肤效应伴热系统提供了一个更为经济的伴热选择，并且减少了对庞大供配电系统的需求。从一个电源点可以对长达 25公里的管线进行伴热。多功能的集肤效应伴热系统是物料输送管线温度维持、防冻和加热应用选择的理想方案。



系统在热管内产生的热能是电流在热管的内表面流回时通过阻抗产生的，而热管的表面是没有电流或电压的。



绝缘导线是集肤效应伴热系统的核心。该导线是符合用户伴热环境专业设计的，带有电介绝缘层和耐磨损外护套层的，专门适用于特殊项目应用的产品。对于防冻和低温应用，可使用带聚烯烃外护套的镀锡铜导线。而带有含氟聚合物外护套的镀镍铜导线，则在高温应用条件下，显现出更好的高温特性、柔韧性和耐久性。



典型电伴热性能比较

集肤效应 & 恒功率



恒功率伴热带

1 、产品结构原理：电阻丝发热串联型伴热带2 、使用特性：按管线长度安装3 、适用场合：装置间输送管线4 、单电源点供电长度： 500M~3000M左右5 、输出功率：输出功率恒定，最大供电电压 600VAC ，对于较大热损失的管线，必须增加伴热比，才能达到高功率输出。6 、供电电压： 600VAC



集肤效应伴热带

1 、产品结构原理：发热电缆发热串联型伴热带2 、使用特性：按管线长度安装3 、适用场合：长距离输送管线4 、单电源点供电长度： 3000M~10000M左右5 、输出功率：供电电压越高，输出功率越大，可达 66(150)W/M 。可采用高压供电，大大提高功率输出，减少伴热带用量。6 、供电电压：最高达 5000VAC



由于以上产品自身的特点，伴热带系统在应用、安装、控制、维护和造价上有很大的区别。以下就东明石化 10公里原油输送管线的设计要求（管经 DN300 、介质维护温度 45*C 解冻时间 8-16小时）比较这两种伴热方式：



供电回路：

恒功率伴热带：按新冠公司产品计算，伴热带最长 1250米一个电源点，需有 (4)个供电点。集肤效应：新冠公司设计两个电源点，两端供电。或考虑车站供电电价较高，采用车站供电点的变压器功率尽量小，伴热带尽量短，运行费用会大幅降低。



伴热比：

恒功率伴热带：如果只考虑伴热效果，而不重点考虑加热效果（时间为： 72小时以上），如果采用国外伴热带一根输油管线敷设一根伴热带。如果重点考虑加热效果（时间为： 8-16 个小时），伴热比就会为 2 ，投资成倍增加。如果采用国内伴热带产品，伴热比会更高（也就是说一根输油管线会敷设更多根伴热带）。集肤效应：伴热比为 1 的情况下，伴热和加热效果均能实现用户要求。



伴热比和供电点的多少，直接影响用户的投资、安装、管理、维护、运行费用、以及故障率……等。以下会逐个说明。



1 、投资：

恒功率伴热带：如果采用四台变压器供电，就需随管线架设一条高压电缆，用户的投资包括伴热方面的直接投资和高压电缆附设的投资总和。伴热比为 1 的设计和投资是最合理和经济的。否则每增加一个伴热比，设计就会随之复杂化，伴热带及其所属附件的投资就会成倍增加。集肤效应：只需两台变压器和伴热比为 1 ，达到设计最合理，投资最经济。



2 、安装：

恒功率伴热带：随着供电点和伴热比的增加，现场施工难度、施工时间以及出错率都会大幅增加。伴热电缆在上保温前暴露在十公里野外，易损伤、变形、被窃等。上保温材料后容易造成完工效果与设计效果有差异。集肤效应：可提前预制热管和保温，现场施工只需将伴热电缆穿入热管和简单的接线，大大减少了野外工作量。



3 、故障率：

恒功率伴热带：试想一根输油管线缠满了伴热带，会有多少电源接线盒、多少接点，故障率也就可想而知。同时给控制也带来了更多的复杂性。复杂本身就存在着故障的隐患。集肤效应：接点少、一根伴热电缆，故障率少，控制简单。



4 、管理、维护费用和运营费用：

恒功率伴热带： 4台变压器、 8套控制系统，多一个伴热比，维护量和能耗就会增加一倍。集肤效应： 2台变压器， 2套控制系统，管理简单，维护、运营费用低。



需要说明的是，伴热领域目前有四种情况： a 、装置区内，复杂管线——多采用自调控伴热带； b 、装置与装置之间，短距离管线 1—3公里——采用恒功率伴热带； c 、码头与厂区之间，长距离管线 3—10公里以上——采用集肤效应伴热系统； d 、储罐、储槽的伴热——采用柔性板。



集肤效应伴热我们在国内有成功的业绩： 2002 年我们为抚顺石化提供的一条 11公里输苯管线，目前使用良好；2003 年吉化水煤浆项目采用了我们为其设计、安装、调试的集肤效应伴热，一次调试成功；天津嘉里粮油食用油管线，采用集肤效应伴热已施工安装完毕，投入使用三年多了……。



集肤效应伴热技术早在 70 年代就已在全世界范围应用，目前国内已有数百条记录。所以说这一技术是成熟的、安全的。标准：电伴热产品的制造遵循的事IEEE515 IEEE844 的国际标准。目前国内还没有相应的标准。我们为用户提供的伴热产品质量保证期：20 年。




序号

比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热

1 电伴热电缆的生产

集肤效应伴热带应在洁净的室内生产加工，它能有效地避免加工过程被污染的可能。保证产品洁净度的要求，有利于产品在恶劣的工作条件下稳定可靠地工作。

完全按要求生产

无法保证做到这一点



序号

比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应电伴

热

国内集肤效应

电伴热

2 电伴热电缆的检验

集肤效应电伴热产品在出厂前应按照国际通用的行业标准 IEEE Std 844 进行严格的测试，如在线电火花测试，测试电压为 15千伏。其他的测试内容包括：· CIV ( 电晕初始电压 ) 测试 6000伏交流电； CEV( 电晕衰减电压 ) 测试 5000

伏直流电· 空隙及杂质测试，以保证产品的洁净度和”零缺陷”· -51°C冷弯试验· 在线红外探测，保证产品的”零缺陷”· 超声波测试，保证产品的”零缺陷”如能通过以上全部测试，不仅产品的使用寿命得到了可靠的保证，同时消除了异常情况下的事故隐患，减少日常维护工作。

完全按照国际通用的行业标准 IEEE

Std 844 进行严格的测试，产品性能有保障

国内目前尚无针对集肤效应伴热的相关标准，各企业也没有能力执行国际通用的企业标准来对其产品进行出厂测试。只是按其企业内部的标准进行出厂前的绝缘电阻及耐压测试，产品性能无法保障。



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比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热3 电伴热

电缆抗磨损层

集肤效应电缆外表面设有抗磨损保护层，其作用是防止穿线过程中，碳钢套管内的毛刺、焊渣将电缆的绝缘层磨坏，一旦绝缘层损坏，将极易引起短路，使整个系统无法正常工作并带来大量的检修工作。因此电缆的保护层、电缆保护层的选材及材质的最高极限耐温是至关重要的。

有保护层，其材质为高抗磨损的为经辐射交联的聚烯烃或特氟隆绝缘层。材质特点：抗磨性能强，耐温高。同时该层只起抗磨损作用，绝缘作用靠中间的绝缘层完成，该层即使穿线磨损严重，也不影响电缆的绝缘性能。

有保护层，其材质为普通的PVC 或氟塑料。材质特点：比较脆弱，抗磨性能弱，耐温低。该层同时担负抗磨损及绝缘作用，不能缺少。该层一旦穿线磨损严重，电缆的绝缘性能下降。



序号

比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热4 电伴热

电缆的中间绝缘层

要求保证绝缘层的“零缺陷”，确保电缆在高压场合使用，同时材质的最高极限耐温是至关重要，一旦系统失去控制，确保导线的外表最高温度不应大于导线绝缘材料最高允许温度。

绝缘层为经辐射交联的聚烯烃或特氟龙材质，材质特点：抗磨性能强耐温高。在伴热电缆生产线上，绝缘层挤塑成型后经在线辐射处理，不宜损坏，使用寿命长。绝缘层较厚，能充分保证电缆的性能要求。

绝缘层为氟塑料。材质特点：比较脆弱，抗磨性能弱，耐温低。同时该层的厚度较薄，整个电缆的绝缘作用是靠绝缘层和外防护层共同完成。



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比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热5 绝缘层和

导体及导体自身之间的间隙

要求挤塑非常紧，没有间隙，以防止潮气的侵入，防止电缆过热，影响寿命

没有间隙间隙较大



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比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热6 伴热电缆的导体

要求为镀镍铜丝绞织而成的导线，抗氧化、增大导流量、抗弯性能好。由于电伴热系统需在夏季和冬季极端温度下都应保持工艺温度要求，当电伴热系统满足冬季伴热要求时，电缆导线同时也应能承受夏季的温度。镀镍工艺则能满足导线承受高温的要求，高温下也不氧化。同时铜丝绞织成的导线加工工艺能在不降低导体导流量的同时，最大限度地减小导线的截面积，减小导体之间的空隙，即能给绝缘层加厚提供条件，同时又不使电缆过粗，使穿线容易。

完全满足要求，并采用较细镀镍铜丝进行多层绞织。

用较粗的铜导线进行绞织。导体之间间隙较大，导线截面过粗，要想增厚绝缘层，只能增大电缆外径，不易穿线。同时用较粗的铜导线进行绞织，抗弯性能较差。



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比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热7 防爆等级要求

电伴热系统，包括电缆、接线组件、接线盒、穿线盒、温度控制仪表等应通过相关权威部门检测，批准可以应用于危险场所，适用于一类二区 A 组及一类二区 IIC 组。并针对使用环境的要求，既能防水又能防爆

获得 FM 、 UL

等多项认证，所有的配件都有权威部门的批准证书，而且这些批准证书均注明可应用于集肤效应电伴热系统，防护等级为IP65 。

主要部件（电缆、接线组件）没取任何认证，其它部件也只取得地方认证，要满足防爆性能要求，只能通过外部措施隔爆。



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比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热8 系统

计算设计软件应经权威部门测试认可，并完全按照国际标准中的计算公式，来计算管线的各种工况，如介质在管线中静止，其加热、冷却时间，热损失、系统的负荷等。利用计算软件可以准确地对电缆的温度进行模拟，确保在不同的设计工况下各温度层的热传导性能。

有完整的计算软件，并经权威部门测试认可，完全能满足并计算出各工艺介质在管线中温度及流动要求

只是一些简单的公式，未经过权威部门的认证



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比较项

目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热

9 变压器的设计

变压器的设计应基于对系统负荷的准确计算，同时相平衡的问题能否得到可靠地解决关系到用户电网系统将来操作的安全、可靠运行

有完整的设计软件，保证系统的工作可靠，可做到三相真正的平衡。

没保证，三相只能利用移相做到“假性”平衡。



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性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应

电伴热

10 接线盒与穿线盒的数量

电缆连接的接线盒的数量越少，系统就越安全、越不容易出现故障

数量少数量多



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比较项目名称

性能要求

Kelese 集肤效应

电伴热

国内集肤效应电

伴热11 设计

使用寿命

由于系统安装较一般伴热电缆复杂，伴热电缆更换、维修都非常不方便，要求使用年限尽量长。

产品通过了国际标准中要求的各项严格测试，能够保证25 年的使用寿命

产品一般仅能保证五年


未来发展



日前从中国石化管道储运公司传出消息，经过近年的快速发展，中国石化原油管道总长度已达6400公里，每年管输原油达到 6500万吨，超过其原油加工能力的 1/3 ，管道运输已成为原油运输的主渠道。与此同时，中国石化成品油管道也进入快速发展期，总长度达到 4700余公里。除了已经建成投产的西南成品油和珠三角成品油管线，鲁皖管道二期正在紧锣密鼓地建设，石太 (石家庄—太原 ) 成品油管线建设也进入收尾期，该线将于 10月 15日进行“水连运”，最后正式投入运营。



油品管道是我国重要的能源大动脉，对于保障我国能源安全和国民经济稳定发展具有重要的战略意义。而且管道运输还具有低成本、安全、节能、环保等多方面的优势。集团公司组建后，尤其是党的十六大以来，针对中国石化原油进口量大，成品油销售网点多的特点，提出了建设完善管道网络的战略目标，并明确提出“一程运输大型化、二程运输管网化”，经过多年的努力，管道建设突飞猛进，某种程度上实现了东西南北通、油龙八方行。原油管道建设快马加鞭。



在原油管道建设方面，甬沪宁进口原油管道和仪长原油管道的建成投用具有标志性的意义。据了解，中国石化在华东地区分布着金陵、扬子、上海石化、高桥、镇海、仪征等多家大型石化企业，其原油资源以进口为主。长期以来，该地区原油运输主要通过水水转运、码头接卸的方式进行，而随着进口原油量的增长，落后的运输方式不论是数量规模还是经济性都不能满足发展需要。为了解决沿海炼化企业生产原料“供血不足”的问题，刚进入 21世纪，中国石化决定投资建设连接宁波、上海和南京地区的码头、炼厂和油库的大型进口原油储运网络，简称甬沪宁管网。



甬沪宁管道建设是我国管道建设史上的一项重大成就，实现了中国乃至世界管道建设史上的若干个新突破。经过 3 年多的艰苦奋战， 2004 年 3月 20日，对中国石化具有重大战略意义的甬沪宁进口原油管道实现全线贯通。甬沪宁管道南起浙江宁波，东到上海浦东，北至江苏南京，纵贯浙江、上海、江苏三省市，全长 645公里，设计年输量 4300万吨。管道连接了镇海、上海石化、高桥、金陵、扬子五大炼厂，是我国目前口径最大、距离最长、自动化水平最高的进口原油管道，也是连接炼厂、码头、油库最多的长输原油管道。



分析人士指出，甬沪宁地下能源大动脉全面投产，不仅满足了大量进口原油中转的需要，而且有利于降低中转成本、提高石化企业的经济效益，有利于进口原油资源优化配置，进一步提高了我国石化产品供应可靠性。沿江的安庆、九江、武汉、长岭、荆门 5家大型炼化企业，原油运输进厂一直依靠多程水上中转，存在着原油运价高、损耗大、运输安全性差等问题。落后的运输方式成为盘活生产能力，提高竞争力的最大制约因素。因此，实现原油管输进厂是他们多年的梦想。



当时间定格在 2004 年 10月 16日，中国石化着手建设沿江原油管线——仪长管道，该管道全长 979公里，建设过程中 3次穿越长江，于2006 年 6月建成投产。仪长管道沿长江由东向西，连接了安庆、九江、武汉、荆门、长岭炼化企业，像一条彩练串起了镶嵌在长江两岸的五颗石化明珠，使它们在长江中下游地区的国民经济建设中熠熠生辉。同时，仪长原油管道进一步完善了中国石化原油骨干网络，为确保国家能源安全，拓展中国石化战略发展空间发挥了重要作用。



在初步完成华东、华中地区原油管网的规划布局后，中国石化又挥师北上，在环渤海湾这片经济热土上摆开了战场。塘燕原油管道已于今年 6月建成投用，唐津原油管道、曹妃店原油码头和两座大型油库建设正在按计划稳步实施，华北地区新一轮原油管网建设呈现出一派生机勃勃的景象。可以预见，华北原油管网全面投产后，将为京津塘地区提供清洁能源，还首都一片蓝天，为 2008 年北京奥运会作出积极的贡献。



国家“十一五”发展规划提出了“加快油气干线管网和配套设施的规划建设，逐步完善全国油气管线网络”的要求。为了进一步贯彻落实国家的要求，同时为了更好地主导市场，中国石化确定了管道储运网络发展的长远规划。其重点是：加强原油管道特别是进口原油管道的建设，以满足炼化企业扩大产能的需求；大力发展成品油管道，进一步巩固在终端市场的优势地位；加强与国内外海洋石油企业合作，共同开发我国丰富的海洋天然气资源，通过多种方式建设海洋天然气登陆管道，开拓天然气下游市场。



可以预见，中国石化的管道建设还将迎来新的高峰。



谢谢大家！


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