关于集肤效应伴热

定义

集肤效应(skin effect)又叫趋肤效应,表皮效应，当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，这种现象叫集肤效应。电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。频率越高，趋肤效用越显著。

原理

因为当导线流过交变电流时，根据楞次定律会在导线内部产生涡流,与导线中心电流方向相反,。由于导线中心较导线表面的磁链大，在导线中心处产生的电动势就比在导线表面附近处产生的电动势大。这样作用的结果，电流在表面流动，中心则无电流，这种由导线本身电流产生之磁场使导线电流在表面流动。

集肤效应是电磁学，涡流学（涡旋电流）的术语。这种现象是由通电铁磁性材料，靠近未通电的铁磁性材料，在未通电的铁磁性材料表面产生方向相反的磁场，有了磁场就会产生切割磁力线的电流，这个电流就是所谓的涡旋电流，这个现象就是集肤效应。

影响

在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。在工业应用方面，利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。

效应

考虑到交流电的集肤效应，为了有效地利用导体材料和便于散热，发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线；另外，在高压输配电线路中，利用钢芯铝绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导线，又增加了导线的机械强度，这些都是利用了集肤效应这个原理。

集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一，也有可能是最容意被忽略误解的。与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。正好相反，集肤效应会因传导体的不同成分，在传递高频讯号时有不连贯的现象。同样地，在陈旧的线束传导体上，集肤效应助长讯号电流在多条线束上的交互跳动，对于声音造成刺耳的记号。

（某个产品）

SECT的原理基于交流电的“集肤效应”和“邻近效应”，由于钢管有极强的磁性，即使在工频电压下也会产生显著的集肤效应。所谓集肤效应，就是当交流电通过碳钢导体的电流逐渐趋肤在导体表面的一种现象，而邻近效应是一对通以反向等电流电体间的一种电磁现象，在加热管中的电缆和热管间通过电流时，加热管上电流逐渐趋肤在加热管内壁，而正是这薄薄的内壁产生的焦耳热来满足伴热的需要。集肤效应电伴热系统产生焦耳热主要来自于三部分：

一、加热管上通电流时，加热管上发出的热。此热量是集肤电伴热系统的主要热量来源。

二、加热管内部电缆产生的热。

三、加热管内磁滞损耗产生部分热。

在一个集肤效应装置中，绝缘导线（SECT线）穿过具有强磁性的钢管并与钢管尾端相连接，钢管的首端与绝缘导线分别接电源的零线和相线，施以共频或中频交流电压，电流通过导线和钢管形成回路产生焦耳热。由于钢管的尺寸、材质、交流电频率之间存在一定的关系，交流电并非均匀地流经钢管截面，而是集中流过自其内表面起的某一深度内，电流密度按指数规律减少，在钢管外表面电压电流几乎为零，很安全。因此可以将SECT管直接焊接在输送管上，使之成为高效热源。SECT管产生的热量通过焊缝及导热胶泥迅速传给输送管，起到伴热作用。

由于SECT管与输送管相焊接，导热很好，使SECT管与输送管之间温差在5-10℃以内，（其热流示意图参见图1）为了防止管道带静电及感应干扰，每隔一定距离在SECT管设有接地，当一根SECT管发热量不够时，可按二根或多根设计。

特点

1、适应性强、应用范围广

适应所有长、中、短距离金属输液管道的伴热和加热，适用于管道的不同敷设方式和任何场所，如：地下直埋、水下、地面架空；适用野外或矿场、工厂、易燃易爆场所。

2、安全可靠、安装维修方便

伴热管采用钢管，强度大、密封严，有较好的保护作用。伴热电缆采用耐高温的氟塑料电缆，伴热管由于集肤效应自身形成绝缘结构，使输液管和伴热管外表面不带电，输液管每千米左右做一安全接地，接地电阻不大于4Ω，保证输液管始终是零电位，做到安全可靠。与其它电伴热方式比较，集肤效应热方式维护检查方便，其正常运行时几乎没有维护保养工作量。一旦出现故障，也可以很方便地找出故障点。只要将故障点两端的接、拉线盒打开，将损坏电缆拉出来，换一条即可。而当电热带伴热时，如有一点发生问题，整条伴热线全部拆除且要破坏保温层才能修复。MI电缆也有同样的问题。

3、节约能源，加热效率高

工频集肤效应伴热属于等温加热法，加热效率高。例如输油管道采用工频集肤效应伴热耗能23lkg/km 标煤。采用热循环或蒸汽伴热耗能为1813kg/km标煤。集肤效应伴热是均匀加热，不会出现局部过热现象，随着管输距离的加长提高加热电压即可。

4、可以实现自动化控制

控制、保护屏均可安装在仪表室（值班室）内。内设短路、过流等常规保护，并可通过温度传感器实现温度的准确调节。实现自动化控制，做到无人值守，满足企业现代化发展的要求。

5、可以实现提前预制

输液管与伴热管焊在一起，外面加上保温层和保护壳，可在预制厂内预制加工，既方便施工，又容易保证工程质量。

指标参数

应用领域

根据管道中液体的物性不同，要求管道内维持的温度也不同，工频集肤效应管道伴热技术主要应用于管道的伴热和管道内液体或已凝固介质的加热、熔化或间歇输油的管线。有管内集肤及管外集肤两种方式。

1、油田、海上平台：生产管线、原油、汽管线、水管、脉冲线、仪表、集中站储存塔、长输管线等。江底，湖底，海底输油管线。

2、炼油工业、蒸馏、氢化裂解、焦化、蜡、硫化、沥青、渣油等生产管线；水管、脉冲线或仪表、储存塔、液体碳氢化合物储存塔。

3、石化厂、化工厂、化肥厂：苯、苯乙烯、聚乙烯、氯、丙烯酸、乙二酸、亚乙基二醇、苯二醛、合成纤维、尼龙、染漆、树脂等生产管线；水管、脉冲线或仪表、储存塔、液体碳氢化合物储存塔。

4、核电站：重水管线、水管、脉冲线和仪表、储存塔、重水塔。

5、油品交易中转站：产品储存塔、长输管线、低温产品塔基及与塔相关连的管线、水管。

6、电厂：高压给水、排污放空、蒸汽、脱汽、高压冷凝、酸碱、储重油点火油路等管线；重油管线、重油塔、脉冲线和仪表、水管、长输管线、水煤浆输送管线等。

7、钢铁厂：生产管线、重油、煤焦油、沥青和硫磺线、水管、长输管线。

8、水泥厂：火炉或窑重油线、水管、脉冲线或仪表、储存塔、重油长输管线。

9、另有塑料加工厂、食用油加工厂、巧克力加工厂、供水厂、宾馆及高层建筑、重型工程工业。

集肤伴热：可分为管外集肤及管内集肤两种。以上各种类型的管道运输，均可采用集肤效应伴热。

从实践中得出结论，这种技术方案已取得良好的运输效果和显著的经济效益。