Система ТЕПЛОМАГ
В нефтедобывающей и нефтехимической промышленностях трубопроводы различного калибра и назначения зачастую дают сбои из-за пробок, сужения проходного сечения и высокой вязкости транспортируемых жидкостей. Поддерживая требуемую технологией температуру, система ТЕПЛОМАГ обеспечивает низкую вязкость жидкостей, расчетную производительность и наименьший расход электроэнергии. Обогрев трубопроводов с водой устраняет опасность их разрушения при замерзании.
Состав системы
Типичная система теплообогрева включает в себя: нагревательную часть (нагревательные кабели и аксессуары для их крепления на трубопроводе, локальные элементы подогрева узлов трубопровода (фланцев, вентилей, насосов); распределительную сеть, обеспечивающую питание для всех элементов греющей части и проведение информационных сигналов от датчиков до щита системы управления: силовые и информационные кабели, распределительные коробки и крепежные элементы; систему управления (шкафы управления, терморегуляторы, датчики температуры трубы и воздуха, датчики потока, пускорегулирующую и защитную аппаратуры).
Нагревательные кабели
Система ТЕПЛОМАГ использует в качестве тепловыделяющих элементов нагревательные кабели, поскольку они наилучшим образом решают задачу обогрева разветвленных и длинных трубопроводов. В отличие от обычных силовых кабелей, назначение которых передавать электроэнергию к нагрузке с
минимальными потерями, нагревательные кабели сами являются нагрузкой, но распределенной. Происходящее при передаче напряжения выделение тепла не должно вызывать перегрева кабеля или обогреваемого объекта. Используется три основных типа нагревательных кабелей: резистивные. зональные и саморегулирующиеся.
В резистивном кабеле выделение тепла происходит за счет омических потерь в нагревательной жиле кабеля. Кабель, помимо нагревательной, может содержать токопроводящую жилу, что упрощает схему его подключения.
Зональный кабель содержит две параллельные изолированные токопроводящие жилы. На жилы наложена спираль из проволоки с большим сопротивлением, которая через контактные окна попеременно замыкается то с одной, то с другой токопроводящей жилой, образуя параллельные нагревательные элементы - зоны. Каждая зона представляет собой независимый нагреватель длиной около 1 м.
Тепловая мощность резистивных и зональных кабелей практически не зависит от температуры. Для обеспечения длительной и надежной работы кабелей этих типов важно соблюдать расчетные условия теплоотдачи, чтобы не вызвать перегрева.
Саморегулирующийся кабель также имеет две параллельные токопроводящие жилы. Отличие состоит в том, что последние окружены проводящей пластмассой, в которой и происходит выделение тепла. Пластмасса характеризуется существенной зависимостью проводимости от температуры, а температурный коэффициент сопротивления проводящих пластмасс на порядок больше, чем у меди или стали. Это обеспечивает саморегулирование тепловой мощности кабеля. Саморегулирующийся кабель может изменять свою мощность локально только в зоне перегрева. Это свойство позволяет создавать безопасные системы обогрева трубопроводов и резервуаров, в том числе с переменными по длине трубопровода условиями теплоотдачи. Основные характеристики нагревательного кабеля - линейная тепловая мощность, напряжение питания, минимальная и максимальная длины нагревательной секции при заданном напряжении, рабочая и максимально допустимая температуры.
Транспортируемым по трубопроводным сетям продуктам свойственна существенная зависимость кинематической вязкости от температуры. Кроме того, при определенных температурах возможно выпадение вердых фракций, а также застывание продукта, что приводит к полной становке трубопровода и значительным затратам на его восстанов-ение.
Системы подогрева трубопроводов (heat tracing) и резервуаров (tank eating) - единственное решение этих проблем. Они используются срав-ительно давно, но широкое распространение получили только после по-вления относительно недорогих греющих кабелей. Основная задача та
ких систем - обеспечить поддержание температуры транспортируемого продукта.
Это позволяет: сохранить величину кинематической вязкости продукта, не допуская создания пробок и остановки трубопровода; предотвратить выпадение твердых фракций из транспортируемого продукта; увеличить скорость транспортировки продукта; запустить трубопровод, частично или полностью заполненный продуктом, после остановки; обеспечить гарантированный слив вязких продуктов из резервуара за короткий промежуток времени.
Системы подогрева применяются и на трубопроводах транспортировки газообразных продуктов. Их главное назначение в этом случае - предотвратить выпадение конденсата при остывании газа.
Параметры системы
Параметры систем подогрева зависят:
от свойств транспортируемого продукта (максимальная температура продукта, температура на входе в трубопровод, температура застывания, температура выпадения твердых фракций);
от характеристик трубы (материал, геометрические размеры, теплоизоляция, открытое или подземное расположение);
от топологии трубопровода (линейный, разветвленный, с малым или большим количеством участков);
от характеристик окружающей среды (минимальная и максимальная температуры окружающего воздуха, скорость ветра).
На основании этих данных определяются:
- расчетная величина максимальных теплопотерь трубопровода;
- тип нагревательного кабеля (возможно присутствие разных кабелей в одной системе), его длина и расположение на трубе (количество ниток, шаг);
- тип аксессуаров для запитки секций (распределительные коробки, заделки, муфты);
- структура и параметры распределительной сети (или ее отсутствие);
- структура и параметры системы управления (термостаты и коммутационные устройства, шкафы управления, трансформаторы).
Поскольку системы транспортировки нефти и нефтепродуктов являются взрыво- и пожароопасными объектами, в системах теплообогрева используются только взрывозащищенные компоненты (нагревательные кабели, терморегуляторы, монтажные и распределительные коробки). Они также адаптированы для эксплуатации в условиях повышенной влажности, в агрессивных средах, для прокладки подземных или подводных трубопроводов. Остановимся на основных критериях выбора параметров систем подогрева.
Длина трубопровода:
-до 100 м - применяются все виды саморегулирующихся, зональных и резистивных нагревательных кабелей. Распределительная сеть не нужна;
-до 200-300 м - применяются саморегулирующиеся, зональные, ре-зистивные кабели. Распределительная сеть, как правило, необходима, но доля ее в общей стоимости системы мала;
- до 3-6 км - без распределительной сети могут применяться только резистивные кабели большого сечения (ЬОЫОШЕ), а также специальные композитные кабели, объединяющие саморегулирующийся и питающий кабели;
- до 8 км - без распределительной сети применяются только резис-тивные кабели УЭМО-ШЕ и система «скин-эффект»;
- до 15 км - система подогрева «скин-эффект», запитка с одной стороны;
-до 25-30 км - система подогрева «скин-эффект», запитка с двух сторон или в промежуточной точке трубопровода.
Наиболее важный критерий перехода от одного варианта исполнения системы подогрева к другому - ее стоимость. Начиная с длины 1-2 км, стоимость распределительной сети для саморегулирующихся кабелей начинает быстро возрастать, а к 3-4 км их использование становится экономически нецелесообразным. При линейной конфигурации трубопровода, начиная с длины 6-8 км, наиболее экономически целесообразным, безопасным и надежным решением является система «скин-эффект».
Рабочая температура:
- 60-80°С - применяются практически все виды саморегулирующихся и зональных кабелей; легко достижим необходимый диапазон мощностей до 80 Вт/м;
- 100-200°С - применяются только саморегулирующиеся кабели с фторопластовой матрицей;
- 220-400°С - применяются специальные резистивные кабели с минеральной изоляцией или изоляцией из стекловолокна, как правило, в трубке из нержавеющей стали.
Типичное применение - подогрев установок для получения тяжелых нефтепродуктов, узлов переработки и хранения битума и мазута. Применительно к нагревательным кабелям необходимо различать максимальную температуру трубопровода или продукта, при которой кабель может находиться, и температуру, которую благодаря кабелю можно поддерживать на трубопроводе. Как правило, вторая меньше первой минимум на 10-20°С, а зачастую и более. Наиболее типичный случай существенного различия этих температур - подогрев трубопроводов, периодически очищаемых острым паром с температурой до 200°С. Но в рабочем режиме температура трубопровода может быть не выше 60°С. Тем не менее, в этом случае возможно применение только саморегулирующихся кабелей с фторопластовой матрицей или кабелей с минеральной изоляцией.