由于存在熱損失，單純的采用被動(dòng)保溫往往很難達(dá)到維溫的要求。主動(dòng)伴熱，就是通過(guò)外界對(duì)海底管道提供的熱量與海底管道的熱損失相當(dāng)或更高，使海底管道維持在一定溫度運(yùn)行。在實(shí)際工程中，通常將被動(dòng)保溫技術(shù)和主動(dòng)伴熱技術(shù)相結(jié)合，以達(dá)到較好的維溫效果。

2  海底管道主動(dòng)伴熱技術(shù)

海底管道主動(dòng)伴熱技術(shù)根據(jù)采用的熱源不同，可以分為熱流體和電兩種形式，如圖2-1所示。在世界范圍內(nèi)，主動(dòng)伴熱技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)油氣田的海底管線上。

2.1   熱流體伴熱

熱流體伴熱是一種傳統(tǒng)的伴熱方法，該方法是通過(guò)熱流體和油氣管線內(nèi)介質(zhì)的熱交換及管線外保溫層共同作用下保證油氣管線內(nèi)介質(zhì)正常的輸送溫度。

根據(jù)管線結(jié)構(gòu)型式的不同，熱流體可以在管中管環(huán)腔或集束管伴熱管道中流動(dòng)，分別稱為直接伴熱和間接伴熱。常用熱流體有海水、生產(chǎn)水、乙二醇水溶液、蒸汽等。熱流體熱量來(lái)源可以是鍋爐等加熱設(shè)備或廢熱回收系統(tǒng)。

熱流體直接伴熱，由于采用濕式保溫層，保溫效果相對(duì)較差。而對(duì)于熱流體間接伴熱來(lái)說(shuō)，由于采用的是干式保溫，保溫效果較好。但目前集束管道需要特定的建造場(chǎng)地，且安裝方法及應(yīng)用水深受限。

當(dāng)平臺(tái)上有充足的余熱可以利用時(shí)，熱流體伴熱會(huì)是一種很好的選擇。

目前，位于北海的Britania、位于墨西哥灣的King及位于馬拉西亞海域的Puteri均采用的是熱流體直接伴熱的型式；位于北海的GulfaksSouth、Asgard、Skene、Bacchus均采用的是熱流體間接伴熱型式。

2.2 直接電加熱

直接電加熱是在管壁上直接通電流，管道作為導(dǎo)體導(dǎo)電，由于管道材料的交流電阻而發(fā)熱，如圖2.2-1所示。直接電加熱產(chǎn)熱量的多少和電流及交流電阻大小有關(guān)。

根據(jù)采用管道結(jié)構(gòu)型式的不同，直接電加熱可以分為濕式直接電加熱和管中管直接電加熱。濕式直接電加熱針對(duì)的是單層管道，電纜分別和管道的兩端相連。管中管直接電加熱針對(duì)的是雙層管結(jié)構(gòu)，電纜分別和內(nèi)外管相連，根據(jù)接線位置的不同又可以分為端部饋電和中間饋電兩種方式。

直接電加熱采用濕式保溫的保溫效果較差，采用干式保溫的保溫效果較好。由于直接電加熱是在管壁上直接通交流電，因而存在交流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)防腐進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，并進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)。目前，直接電加熱型式的電效率較低，尚未得到能夠長(zhǎng)期使用的有效性驗(yàn)證。

目前，位于北海的Alve、Norne、Asgard、Huldra、Kristin、Urd、Ormen Lange、Tyrihans、Morvin、Skarv、Skuld及位于西非海域的Olowi采用了濕式直接電加熱型式。位于墨西哥灣的Serrano和Oregano采用的是管中管直接電加熱（端部饋電）型式，Habanero和Na Kika采用的是管中管直接電加熱（中間饋電）型式。

2.3   電伴熱

電伴熱作為一種有效的管道保溫及防凍方案，一直被廣泛應(yīng)用。其工作原理是通過(guò)伴熱媒介散發(fā)一定的熱量，通過(guò)直接或間接的熱交換補(bǔ)充被伴熱管道的損失，以達(dá)到升溫、保溫或防凍的正常工作要求。電伴熱是用電纜/伴熱管的電、磁效應(yīng)對(duì)伴熱電纜/伴熱管加熱，進(jìn)而將熱量傳遞給被伴熱管，補(bǔ)充被伴熱流體在工藝流程中所散失的熱量，從而維持流動(dòng)介質(zhì)合理的工藝溫度。

根據(jù)電伴熱不同的熱量產(chǎn)生機(jī)理又可以分為電伴熱帶伴熱、集膚效應(yīng)電伴熱和電磁感應(yīng)電伴熱。目前，前兩種伴熱型式已經(jīng)有海底管道工程應(yīng)用，而電磁感應(yīng)電伴熱尚沒(méi)有海底管道工程應(yīng)用，仍處于發(fā)展階段。

2.3.1   電伴熱帶伴熱

電伴熱帶伴熱通常將伴熱電纜纏繞在雙層管的內(nèi)管上，如圖2.3-1所示。根據(jù)所需熱量的多少設(shè)置一定數(shù)量的伴熱電纜，并可以設(shè)置備用伴熱電纜。

電伴熱帶伴熱一般采用干式保溫，具有較好的保溫效果，熱效率較高。電伴熱帶對(duì)管線的縱向和環(huán)向加熱比較均勻，操作性較好，可以精確的控制和調(diào)整加熱能量，并可以通過(guò)光纖監(jiān)控伴熱溫度。但電伴熱帶管線采用卷管法鋪設(shè)時(shí)，管線直徑受到鋪管船能力限制。

此外，將伴熱電纜與柔性集束管道相結(jié)合，就形成了可以應(yīng)用于立管段的電伴熱柔性集束管道，如圖2.3-2所示?？梢杂糜趧?dòng)態(tài)立管段的主動(dòng)伴熱。但保溫效果較差，與濕式保溫類似。

目前，位于北海的Islay已經(jīng)采用電伴熱帶伴熱；位于西非海域的Dalia和位于巴西海域的Para Terra采用了柔性集束管電伴熱帶伴熱。

2.3.2  集膚效應(yīng)電伴熱

管道集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)是一種新的金屬管道加熱方法，簡(jiǎn)稱SECT（SKIN ELECTRIC CORRENT TRACING）法。集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)主要由工藝管道、伴熱管道和耐熱集膚電纜、保溫層及保護(hù)外殼四部分組成。伴熱管為具有鐵磁性的鋼管，耐熱集膚電纜穿在伴熱管中，外面是保溫層和保護(hù)外殼。結(jié)構(gòu)型式如根據(jù)管徑的大小，伴熱溫度的高低，集膚效應(yīng)伴熱分為單管、雙管和三管伴熱等。耐熱集膚電纜穿在伴熱管內(nèi)，在伴熱管的終端，電纜的芯線和伴熱管相連。在電源端，伴熱管和集膚電纜之間連接交流電壓，交流電流流經(jīng)耐熱集膚電纜和伴熱管時(shí)，由于伴熱管的鐵磁特性和臨近效應(yīng)，集膚效應(yīng)現(xiàn)象迫使電流只能在伴熱管的內(nèi)壁流動(dòng)，產(chǎn)生熱能，而伴熱管的外表面沒(méi)有電流，伴熱管因此可以安全的接地。

集膚效應(yīng)系統(tǒng)的阻抗小，又能夠承受高電壓，因此集膚效應(yīng)系統(tǒng)特別適合長(zhǎng)輸管線。根據(jù)不同的應(yīng)用，從單一供電點(diǎn)，集膚效應(yīng)系統(tǒng)就可以向長(zhǎng)距離管線提供伴熱。但采用鋪管船施工程序比較復(fù)雜。

我國(guó)渤南油氣田于2008年在國(guó)內(nèi)將集膚效應(yīng)電伴熱應(yīng)用于海底管線，也成為世界上用鋪管船方式鋪設(shè)的集膚效應(yīng)海底管線，集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)投用后，管道出口溫度有5度左右的升高。

2.3.3  電磁感應(yīng)電伴熱

電磁感應(yīng)電伴熱系統(tǒng)基本構(gòu)成和集膚效應(yīng)電伴熱類似，區(qū)別在于遠(yuǎn)端接線的方式。對(duì)于電磁感應(yīng)電伴熱，遠(yuǎn)端的三根伴熱電纜相互連接并接地，形成中性點(diǎn)。

當(dāng)交流電流在位于伴熱管的電纜中流動(dòng)時(shí)形成交變磁場(chǎng)，使伴熱管壁中感應(yīng)循環(huán)渦流。這種循環(huán)渦流由于伴熱管的交流電阻和磁滯效應(yīng)以熱量的形式耗散。這些熱量通過(guò)伴熱管傳遞到主管線上，進(jìn)而對(duì)流體進(jìn)行加熱。

目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)電伴熱應(yīng)用于海底管道的案例。

3  分析

從設(shè)計(jì)、伴熱效率、操作性及風(fēng)險(xiǎn)等方面對(duì)上述幾種主要海底管道伴熱型式進(jìn)行對(duì)比，如表3-1所示。

經(jīng)綜合比較分析，建議海底管道伴熱方式選擇和設(shè)計(jì)時(shí)考慮如下內(nèi)容：

1）保溫層的保溫效果直接和伴熱效率相關(guān)，一般情況下，濕式保溫效果要大大低于干式保溫效果。通常，在進(jìn)行伴熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮保溫系統(tǒng)對(duì)整個(gè)海底管道熱傳導(dǎo)的影響；

2）對(duì)于熱流體伴熱，伴熱效率要明顯低于其它伴熱方式，且需要考慮熱流體對(duì)伴熱管道引起的腐蝕問(wèn)題。當(dāng)平臺(tái)上有足夠的余熱可以利用時(shí)，熱流體伴熱具有很大的優(yōu)勢(shì)；

3）直接電加熱的電效率較低，需要對(duì)防腐進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，并進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)。目前已有案例中，絕大多數(shù)直接電加熱管線均是短期使用，極少長(zhǎng)期使用；

4）電伴熱溫度梯度小，熱穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，適合長(zhǎng)期使用，其所需的熱量(電功率)大大低于直接電加熱；

5）電伴熱具有使用范圍廣、熱效率高、節(jié)約能源、無(wú)污染，使用壽命長(zhǎng)、能實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，是伴熱技術(shù)的發(fā)展方向。