Содержание
- Введение
- 1. Актуальность темы
- 2. Цели и задачи исследований
- 3. Обзор исследований и разработок
- 3.1 Система обогрева на основе поверхностного эффекта
- 3.2 Системы обогрева нагревательными кабелями
- Заключение
- Список источников
Введение
Промышленные предприятия, технология которых связана с взрывоопасными энергоносителями, согласно ПУЭ,
имеют электроснабжение по первой особой категории. Бесперебойная работа предприятия в таком случае зависит от надежности
работы самой технологической установки, а следовательно, от тех процессов, которые протекают в ней. Поэтому обеспечение
нормальных условий
(н.у.) в контексте технологии нефтегазовых установок актуальная проблема.
В условиях вечной мерзлоты, отрицательным фактором, который влияет на соблюдение параметров энергоносителя,
очевидно, является температура. В газовой промышленности районов Крайнего Севера стали применяться специальные технологии систем электрообогрева ввиду их надежности.
[1]
1. Актуальность темы
Современное нефтяное месторождение, газовое месторождение или нефтехимическое предприятие - это комплекс технологических установок, площадок, скважин, резервуаров, соединенных между собой разветвленной сетью технологических трубопроводов. Конкретное месторождение обычно состоит из нескольких отдельно стоящих площадок, расстояние между которыми может достигать 4 - 5 километров. На месторождении располагаются также различные наземные строения: это жилые и бытовые помещения, ангары, склады и т.д. Основные задачи применения систем электрообогрева вышеперечисленных объектов можно сформулировать следующим образом:
- поддержание температуры транспортируемого продукта (вода, нефть, нефтепродукты, газ) до 80°С на месторождениях;
- поддержание температуры транспортируемого продукта свыше 80°С (мазут, битум, сера);
- предотвращение выпадения парафинов при транспортировке нефти;
- поддержание температуры продукта (воды и водных растворов) в диапазоне 3 - 5°С
- антизамерзание;
- обогрев шкафов управления и КИП с целью поддержания внутри температур, обеспечивающих устойчивую работу устройств автоматики и электроники в течение длительного времени;
- обогрев резервных или вспомогательных трубопроводов с неполным или непостоянным заполнением для обеспечения их работы при возникновении необходимости;
- поддержание температуры жидких продуктов при хранении в резервуаре. [2]
Основными объектами, которые подвергаются электрообогреву являются:
- трубопроводы нефти: межкустовые, межплощадочные и межпромысловые;
- трубопроводы для транспортировки различных продуктов (вода, мазут, парафин, сера и др.);
- трубопроводы слива-налива в резервуарных парках и нефтеналивных терминалах;
- трубопроводы внутрицеховые и межцеховые технологические;
- трубопроводы пожарные, канализационные и технологические на территории установок подготовки нефти и газа (УКПН, УКПГ) и вахтовых поселков;
- трубопроводы подачи воды (водоводы);
- выкидные линии к центральным пунктам сбора нефти (ЦПС);
- трубопроводы и оборудование насосно-перекачивающих станций;
- резервуары промежуточные и накопительные для хранения жидких продуктов (нефтяные и водяные резервуары);
- скважины и скважинное оборудование на месторождениях;
- вертолетные площадки на морских нефтяных платформах;
- полы открытых насосных станций перекачки нефтепродуктов.
Кроме того, электрообогрев используется для обеспечения нормальной эксплуатации таких объектов как:
- нефтесборные коллекторы на дожимных насосных станциях (ДНС);
- шкафы управления и КИП;
- узлы технологических установок на нефтеперерабатывающих предприятиях;
- узлы компрессорных станций;
- цистерны и узлы слива-налива нефтепродуктов;
- измерительное оборудование на трубопроводах (манометры, счетчики, импульсные трубки);
- импульсные измерительные линии;
- обогрев стрелочных переводов и отдельных узлов на железнодорожных подъездных путях нефтеналивных и отгрузочных терминалов. [2]
2. Цели и задачи исследований
Системы промышленного электрообогрева применяются преимущественно в районах Крайнего Севера. Целью исследования заключается в сборе и систематизации информации, рассмотрение вопросов проектирования систем электрообогрева в взрывоопасных зонах, обзор существующих методик по расчету систем электрообогрева, выбор электрооборудования для подключения.
Зачастую, при проектировани возникают проблемы, связанные с наличием исходных данных. Приходится использовать в расчетах ориентировочные, ожидаемые нагрузки. Поэтому основная задача - прогнозирование нагрузок электрического обогрева задолго до получения полных исходных данных.
3. Обзор исследований и разработок
Системы электрообогрева принято разделять на две основные группы:
- Системы косвенного обогрева, в которых трубопровод нагревается теплотой от нагревателя- спутника, проложенного параллельно или спирально намотанного на трубопровод. К этой группе относятся системы подогрева с использованием нагревательных кабелей, нагревательных лент, на основе поверхностного эффекта.
- Системы прямого обогрева, в которых ток пропускается непосредственно через обогреваемый трубопровод. К наиболее распространенным системам косвенного подогрева следует отнести системы подогрева с помощью нагревательных кабелей круглого поперечного сечения и плоских нагревательных лент.
Основные преимущества нагревательных кабелей – сравнительная несложность изготовления и возможность монтажа на оборудовании различной формы.
Достоинством нагревательных лент является плотное прилегание к обогреваемому объекту, что обеспечивает эффективную теплопередачу.
Из систем прямого подогрева наибольшее распространение получил прямой электроподогрев трубопроводов, иначе называемый импедансным. [3]
При этом способе переменное напряжение подключается к концам обогреваемого участка трубы.
Обозначение импедансный
объясняется тем, что теплота, выделяемая в стальных трубопроводах при прохождении по ним электрического тока,
зависит как от электрических, так и от магнитных свойств стали. При этом нагрев вызывается и определяется активными, гистерезисными и вихревыми потерями,
т. е. некоторым эквивалентным суммарным или импедансным сопротивлением трубопровода переменному току. При импедансном подогреве переменный ток большой
силы и низкого напряжения протекает непосредственно по подогреваемому трубопроводу, играющему роль проводника электрического тока, и нагревает его стенки,
от которых равномерно подогревается находящийся в трубопроводе продукт.
3.1 Система обогрева на основе поверхностного эффекта
Для подогрева протяженных трубопроводов длиной до 10 км и более и диаметром до 500 – 700 мм может быть использован поверхностный эффект, возникающий при коаксиальном расположении проводников тока в трубопроводе. Основой системы подогрева в этом случае являются вспомогательные нагревательные трубопроводы-спутники, привариваемые по всей длине нагреваемого трубопровода. В нагревательных трубопроводах прокладывается токоведущий кабель. Питающий ток проходит по кабелю и возвращается к источнику напряжения через нагревательный трубопровод, концентрируется во внутреннем слое этого трубопровода, одновременно разогревая его (рис. 3.1). Разогрев нагревательного трубопровода (а от него и основного) происходит за счет теплопроводности. Электрические и магнитные проявления при поверхностном подогреве являются достаточно сложными. Принцип обогрева, основанный на поверхностном эффекте, разделяется на два вида: индукционно-резистивная (рис. 3.2) и индукционная (рис. 3.3) системы обогрева. Электромагнитные процессы, имеющие место в индукционной системе обогрева существенно отличаются от процессов в индукционно-резистивной системе. Ток, протекающий по проводнику, и в этом случае индуцирует наведенные токи в трубке, но они замыкаются в теле трубки, протекая не только по внутренней, но и по наружной поверхности трубки. По этой причине величина потенциала, генерируемого на поверхности трубок существенно больше, чем в случае с индукционно-резистивной системы. [4]
Рисунок 3.1 – Схема обогрева трубопровода на основе поверхностного эффекта:
1 – вспомогательный (греющий) трубопровод; 2 – обогреваемый трубопровод; 3 – токоведущий (термостойкий) кабель; 4 – заземление
Рисунок 3.2 – Принцип индукционно-резистивной системы обогрева:
1 – жила проводника-индуктора; 2 – электрическая изоляция проводника; 3 – стальная трубка; 4 – соединение проводника и трубки в конце линии
Рисунок 3.3 – Принцип индукционной системы обогрева:
1 – ферромагнитная трубка; 2 – жила проводника-индуктора; 3 – электрическая изоляция проводника
3.2 Обогрев нагревательными кабелями
Сегодня применяются следующие технологии электрообогрева с использованием нагревательных кабелей:
- Системы с постоянной мощностью:
- кабели с минеральной изоляцией (MI);
- полимерные кабели с постоянной мощностью;
- кабели параллельного типа;
- греющие ленты предварительно рассчитанной длины;
- Саморегулируемые системы.
- Самолимитируемые (мощность) системы.
Принцип работы систем с постоянной мощностью основан на выделении тепла центральной жилой за счет сопротивления жил. В зависимости от необходимого сопротивления, для жил кабеля используются различные материалы. Недостатки систем с постоянной мощностью: перехлест кабелей не допускается (в месте пересечения происходит интенсивный нагрев); неисправность в одном месте обесточивает всю цепь.
Основной элемент саморегулируемых греющих кабелей – греющий элемент, сделанный из полимеров, перемешанных с проводящим углеродом.
Эта смесь находится между токоведущими жилами и в ней возникают токопроводящие дорожки
. Их количество изменяется в зависимости от изменения температуры.
Принцип работы основан на том, что при понижении температуры окружающей среды, греющий элемент сжимается на микроскопическом уровне, ч
то приводит к уменьшению сопротивления (количество дорожек
увеличивается). Наоборот, с увеличением температуры, греющий элемент расширяется, что приводит к уменьшению токопроводящих дорожек
. В результате греющий кабель допускает многократный перехлест (в точках пересечения сопротивления кабеля увеличивается).
К недостаткам саморегулируемых кабелей относится их пусковой ток (~2,5-4Iн) и максимальная температура поддержания до 150 °C.
Самолимитирующиеся (самоограничивающиеся) греющие кабели состоят из греющего элемента из сплава с высоким удельным сопротивлением, спирально намотанного вокруг двух параллельных жил. Изоляция удалена с фиксированным шагом попеременно на каждой из жил. Расстояние между точками контакта токоведущих жил с греющим элементом определяет длину зоны обогрева.
Положительный температурный коэффициент греющего элемента позволяет ему подстраивать мощность обогрева в зависимости от температуры системы, на которой смонтирован греющий кабель. При снижении окружающей температуры сопротивление греющего элемента уменьшается, что приводит росту мощности обогрева. При повышении температуры сопротивление повышается, что ограничивает мощность обогрева. Этот эффект позволяет монтировать самоограничивающиеся греющие кабели только с однократным перехлестом, поскольку температура греющего элемента в месте пересечения будет снижена. Например, этот фактор влияет на обвязку задвижек трубопроводов.
Заключение
В данной работе будет выполнен сбор и оценка информации о промышленном электрообогреве, рассмотрены вопросы проектирования электрообогрева, выбор электрооборудования для подключения. При написании данного реферата магистерская работа еще находится в стадии разработки. Окончательное завершение: июнь 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
Список источников
- Лазаревич Д.Э., Якимишина В.В.:
Использование электрообогрева на промышленных предприятиях
.Инновационные перспективы Донбасса/III Международной научно-практической конференции – Донецк, ДонНТУ – 2017, Секция 2, с. 153 – 160. - Струпинский М.Л. С87 Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли: справочная книга / М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков, А.Б. Кувалдин. – М.: Инфра-Инженерия, 2015. – 272 с.
- Yurkanin R. М. Safety aspects of electrical systems. — Chemical Engineering, 1970, v. 77, N 27, p. 164, 166.
- Фонарев 3. И. Электроподогрев трубопроводов, резервуаров и технологического оборудования в нефтяной промышленности. — Л.: Недра, 1984. — 148 с.