Обогрев трубопроводов и резервуаров, защита от замерзания

    Для транспортируемых по трубопроводным сетям продуктов, как правило, свойственна существенная зависимость кинематической вязкости от температуры. Кроме того, при определенных температурах возможно выпадение фракций в твердую фазу, а также застывание самого продукта, что приводит к полной остановке трубопровода и к весьма значительным затратам на восстановление.
     Системы подогрева трубопроводов и резервуаров являются единственным средством, позволяющим решить эту проблему. Они использовались  сравнительно давно, но начали распространяться широко  после  появления  относительно недорогих греющих кабелей.
     Основная задача таких систем – путем компенсации теплопотерь от транспортируемого  продукта во внешнюю среду  обеспечить поддержание температуры транспортируемого продукта.

Это позволяет:

• сохранить  величину кинематической вязкости продукта, не допустив  создания    пробок и остановки трубопровода;
• устранить опасность  выпадения в твердую фазу  тех или иных фракций из транспортируемого продукта при падении его температуры;
• увеличить скорость транспортировки;
• обеспечить пуск трубопровода, частично или полностью заполненного продуктом, после остановки;
• обеспечить  гарантированный слив вязких продуктов из резервуара за укороченный промежуток времени.

     Следует отметить, что  системы подогрева применяются  и в трубопроводах для транспортировки газообразных продуктов. Их главное назначение в этом случае – предотвратить выпадение конденсата при остывании газа.
     Все трубопроводные магистрали можно разделить на группы в соответствии со свойствами транспортируемых жидкостей и характерным диапазоном поддерживаемых температур (см. табл.).

Транспортируемая жидкость	Температурный диапазон, оС	Примечания
Вода, природный и нефтяной газ	2-5	Вода и пары замерзают при температуре около 0 оС. Образующийся при этом лед разрушает трубы или, в лучшем случае, нарушает проходимость труб
Нефть, масла, дизельное топливо, растворы солей	25-40	Ниже указанных температур резко возрастает вязкость жидкостей, выпадает парафин или кристаллы солей. Нарушается проходимость и работоспособность аппаратуры.
Мазут	65-90	Транспортировка мазута в разогретом состоянии облегчает работу насосов, повышает КПД горелок.
Битум	150-180	Транспортировка битума возможна только в разогретом состоянии.

Типичная система  подогрева  включает в себя:

• греющую часть, состоящую из греющих кабелей и аксессуаров для их крепления на трубопроводе, и непосредственно   выполняющую задачу  подогрева. В состав греющей части могут входить также  локальные элементы подогрева узлов трубопровода (фланцев, вентилей, насосов), взаимодействующие с  греющими элементами.
• распределительную сеть, обеспечивающую питание для всех элементов греющей   части  и проведение информационных сигналов от датчиков до щита системы управления. В состав системы входят силовые и информационные кабели, по конструкции соответствующие требованиям окружающей среды и безопасности, распределительные  коробки и крепежные элементы.
• систему управления, содержащую шкаф управления, специальные  терморегуляторы, датчики температуры трубы и воздуха, в некоторых случаях – датчики потока пускорегулирующую и защитную аппаратуру, соответствующую мощности  системы и классу исполнения шкафа управления.

Нагревательные кабели

     Нагревательные кабели внешне похожи на обычные силовые и установочные, но их назначение – рассеяние энергии. Нагревательные кабели сами являются нагрузкой, но нагрузкой распределенной. Все 100% напряжения, подаваемого на нагревательный кабель, падают в нем. Происходящее при этом рассеяние электроэнергии не должно вызывать перегрева кабеля или обогреваемого объекта.
     Получили распространение три основных типа нагревательных кабелей: резистивные, зональные и саморегулирующиеся.
     Резистивные кабели называются так, поскольку выделение тепла происходит за счет омических потерь в нагревательной жиле кабеля. Кабель, помимо нагревательной, может содержать токопроводящую жилу, что упрощает схему подключения кабеля.
     Зональные кабели  содержат две параллельные изолированные токопроводящие жилы. Поверх  токопроводящих  жил наложена спираль из проволоки с большим омическим сопротивлением, которая через контактные окна попеременно замыкается то с одной, то с другой токопроводящей жилой, образуя параллельные нагревательные элементы – «зоны». Каждая «зона» представляет 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 весьма важно обеспечить расчетные условия теплоотдачи, чтобы не вызвать недопустимого перегрева.

     Саморегулирующимися называются нагревательные кабели внешне похожие на зональные. Они также имеют две параллельные токопроводящие жилы. Отличие состоит в том, что токопроводящие жилы окружены проводящей пластмассой, характеризующейся существенной зависимостью проводимости от температуры.
     Температурный коэффициент сопротивления проводящих пластмасс на порядок больше, чем у меди или стали. Это свойство позволяет обеспечить саморегулирование тепловой мощности кабеля. Очень важно, что саморегулирующийся кабель может изменять свою мощность локально, только в зоне перегрева, что позволяет строить безопасные системы обогрева трубопроводов и резервуаров, в том числе с переменными по длине трубопровода условиями теплоотдачи.

Сравнение характеристик нагревательных кабелей

     Основными характеристиками нагревательного кабеля являются линейная тепловая мощность, напряжение питания, минимальная и максимальная длина нагревательной секции при заданном напряжении, максимально допустимая температура в рабочем режиме и при воздействии только внешнего нагрева (без подачи напряжения на кабель). Сравнение характеристик основных типов нагревательных кабелей приведено в таблице.

Тип кабеля	Линейная мощность, Вт/м	Напряжение питания	Длина, м		Температура, оС
			Макс.	Мин.	рабочая	допустимая
Резистивный обычный	5-30	12-380	300-500	5	60-80	100-110
Резистивный среднетемпературный	15-40	12-380	150-250	5	130-180	200-250
Резистивный высокотемпературный	30-150	12-220	30-50	1,5	300-600	500-1000
Зональный обычный	6-50	110,220	100-220	1,0	60-80	100-110
Зональный среднетемпературный	6-70	110, 220	100-200	1,0	100-190	200-230
Зональный высокотемпературный	10-150	110, 220	70-150	1,0	150-340	280-350
Саморегулирующийся обычный	10-80	110, 220	80-200	0,2	65	85
Саморегулирующийся среднетемпературный	15-70	110, 220	50-160	0,2	120	200

 

Система управления

     Важной составной частью системы подогрева, влияющей как на функционирование, так и на безопасность, является система управления. В нее входит специализированный термостат, обеспечивающий алгоритм управления, и коммутирующая аппаратура. Основным управляющим параметром является температура окружающего воздуха, основным контрольным параметром – температура трубы. К особым случаям следует отнести:

• многоточечные системы управления для систем подогрева с десятками и сотнями отдельных точек управления (участков подогрева). Используются специальные микропроцессорные термостаты.
• управление системами подогрева на основе резистивных кабелей. В этом случае используются специальные термостаты, позволяющие изменять значение средней мощности всей системы в зависимости от температуры воздуха.

 

Параметры и классификация систем подогрева трубопроводов

     В зависимости от ряда технических  особенностей можно выделить несколько типов систем подогрева. Их параметры  зависят  от:

• свойств транспортируемого продукта (температура на входе в трубопровод, возможность  застывания при той или иной температуре, выпадение фракций в твердую фазу, максимальная температура продукта);
• размеров и характеристик трубы (материал, геометрические размеры, наличие теплоизоляции и ее свойства, открытое или подземное расположение);
• топологии трубопровода (линейный, разветвленный, с малым или большим количеством участков);
• характеристик окружающей среды (минимальная и максимальная температуры окружающего воздуха, скорость ветра);
• требований к системе подогрева (обеспечение температуры не ниже заданной, поддержание температуры продукта  в заданном диапазоне);
• требований  безопасности (пожаро- или взрывоопасная зона);
• условий запитки  (с одного конца трубопровода, с двух концов, в промежуточных точках, наличие  распределительной сети, напряжение питания).

На основании этих данных определяются:

• расчетная величина максимальных теплопотерь;
• тип нагревательного кабеля (возможно присутствие разных типов кабелей в одной системе) и условия его расположения на трубе (количество ниток, шаг);
• длины участков (секций) кабелей;
• типы 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).

 

     Для расчета стоимости и мощности Вашей системы обогрева заполните и оправьте нам следующие опросные листы:

• Опросный лист-обогрев трубопроводов .xls
• Опросный лист-обогрев резервуаров .xls