» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»
Январь, 2021 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (46) 2021
Автор: Сибагатуллин Булат Габтыльбарович, Студент магистратуры
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Электрообогрев трубопровода нефти с помощью СКИН-системы
Дата публикации: 10.01.2021
УДК 620
ЭЛЕКТРООБОГРЕВ
ТРУБОПРОВОДА НЕФТИС ПОМОЩЬЮ СКИН-СИСТЕМЫ
Сибагатуллин Булат Габтыльбарович
студент магистратуры
научный руководитель: Ласточкин Денис Михайлович
кандидат технических наук
Поволжский государственный
технологический университет, г. Йошкар-Ола
Аннотация. В статье рассматривается электрообогрев
трубопровода нефти с помощью СКИН-системы.
Ключевые слова:
СКИН-система, индукционно-резистивная система, СКИН-эффект.
Для длинных
магистральных трубопроводов используется СКИН-система или
индукционно-резистивная система (ИРСН), которая предназначена для поддержания
необходимой температуры при транспортировке нефти, защиты от замерзания и
стартового разогрева труб.
Индукционно-резистивная
система обогрева является альтернативой резистивной и саморегулирующимся
кабелям обогрева. Скин система
- единственная система, позволяющая
обогревать плечо трубопровода длиной до 30 км с подачей питания с одного конца
(без сопроводительной сети) и самое эффективное и экономичное решение для
обогрева магистральных трубопроводов неограниченной длины с сопроводительной
питающей сетью [1].
Ток протекает по
внутренней поверхности трубки СКИН-нагревателя (ИР- нагревателя), а на внешней
ее поверхности ток отсутствует. Кроме того, на внешней поверхности также
отсутствуют электрические потенциалы, что делает систему безопасной для
обслуживающего персонала [2].
Принцип действия
СКИН-системы обогрева основывается на двух явлениях: эффекте близости и СКИН-эффекте.
Нагревательный элемент
системы состоит из индукционно-резистивного нагревателя (ИР-нагревателя)
наружным диаметром 15–60 мм и толщиной стенки не менее 3,0 мм и проложенного в
ней изолированного индукционно- резистивного проводника (ИР-проводника) из меди
сечением 8–40 мм2. ИР-проводник в конце плеча обогрева электрически соединяется
с ИР-нагревателем, а в начале плеча между ИР-нагревателем и проводником
подается переменное напряжение, величина которого рассчитывается исходя из
необходимого тепловыделения и длины участка обогрева.
Токи ИР-проводника и
ИР-нагревателя направлены встречно, и в системе имеют место поверхностный
эффект и эффект близости. В результате ток в ИР-нагревателе протекает по
внутреннему слою вблизи внутренней поверхности ИР-нагревателя, а напряжение на
ИР-нагревателе отсутствует, что обеспечивает безопасность всей системы.
ИР-проводник выполняется
немагнитным (медь, алюминий), заметного поверхностного эффекта в нем не
возникает, а переменный ток течет по всему сечению ИР-проводника [3].
Основным тепловыделяющим
элементом ИРСН является ИР-нагреватель, на него приходится до 80 % мощности
системы.
Приложенное напряжение
переменного тока вызывает в проводнике генерацию тока, который возвращается по
внутренней поверхности трубки. Концентрация обратного тока на внутренней
поверхности трубки происходит благодаря магнитному потокосцеплению,
создаваемому токами в изолированном проводнике
и ферромагнитном
трубопроводе. Этот ток проникает в трубку
на расстояние, называемое «толщинойСКИН-слоя». На рисунке 1 приведен
пример обогрева трубопровода.
Рисунок 1.
Схема обогрева трубопровода со СКИН системой
Монтаж ИРН на
трубопроводе, который обязан иметь обогрев, осуществляется так, чтобы между ИРН
и трубопроводом возникла надежная тепловая связь. Конструктивно один или
несколько нагревательных элементов монтируются к теплоизолированному
трубопроводу по всей его длине. От нагревательных элементов тепло за счёт
теплопередачи передается трубопроводу и транспортируемому продукту в
соответствии с рисунком 2.
Рисунок 2.
Схема тепловых потоков у трубопровода со СКИН системой обогрева
Технические
характеристики:
- Рабочий диапазон температур: от минус 50 °С до плюс 200 °С
- Напряжение: до 5 кВ
- Частота: 50 или 60 Гц
- Удельное тепловыделение одного элемента: до 165 Вт/м
Преимущества
СКИН-системы:
- возможность подачи питания на один конец обогревающего
кабеля;
- осуществление обогрева трубопроводов большой длины (до 30
км питание кабеля от одного источника);
- электробезопасность (за счет заземления тепловыделяющего
элемента и нулевого потенциала относительно земли электрическая изоляция не
требуется);
- в связи с отсутствием электрической изоляции – быстрый
монтаж;
- не требуется сопроводительная сеть;
- высокая тепловая мощность (до 165 Вт/м);
- высокие рабочие температуры (до плюс 200 °C);
- высокая механическая прочность системы обогрева;
- эксплуатация во взрывозащищенных зонах.
Недостатки СКИН-системы:
- рентабельно использовать только для длинных трубопроводов
от 3 км из-за стоимости системы.
Список литературы:
- Гудфеллоу Скин-система [Электронный ресурс], - URL: https://sstprom.ru/products/skin_system/ (дата обращения 14.11.2020).
- Струпинский М.Л. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли / М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков. – М.: Инфра-Инженерия, 2015. – 272 с.
- Кабельная система обогрева // Википедия. [2019—2019]. Дата обновления: 17.04.2019. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=99273317 (дата обращения: 15.11.2020)
Комментарии:
