Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Зміст

Вступ

Промислові підприємства, технологія яких пов'язана з вибухонебезпечними енергоносіями, згідно ПУЕ, мають електропостачання по першій особливої категорії. Безперебійна робота підприємства у такому випадку залежить від надійності роботи самої технологічної установки, а отже, від тих процесів, які протікають в ній. Тому забезпечення нормальних умов (н.у.) у контексті технології нафтогазових установок актуальна проблема. В умовах вічної мерзлоти, негативним фактором, який впливає на дотримання параметрів енергоносія, очевидно, є температура. У газовій промисловості районів Крайньої Півночі стали застосовуватися спеціальні технології систем електрообігріву з урахуванням їх надійності. [1]

1. Актуальність теми

Сучасне нафтове родовище, газове родовище або нафтохімічне підприємство - це комплекс технологічних установок, площадок, свердловин, резервуарів, сполучених між собою розгалуженою мережею технологічних трубопроводів. Конкретне родовище зазвичай складається з декількох окремо розташованих майданчиків, відстань між якими може досягати 4 - 5 кілометрів. На родовищі розташовуються також різні наземні споруди: житлові та побутові приміщення, ангари, склади і т.д. Основні задачі застосування систем електрообігріву перерахованих вище об'єктів можна сформулювати наступним чином:

Основними об'єктами, які піддаються електрообігріву є:

Крім того, електрообігрів використовується для забезпечення нормальної експлуатації таких об'єктів як:

2. Мета і задачі дослідження, заплановані результати

Системи промислового електрообігріву застосовуються переважно в районах Крайньої Півночі. Метою дослідження полягає в зборі і систематизації інформації, розгляд питань проектування систем електрообігріву у вибухонебезпечних зонах, огляд існуючих методик по розрахунку систем електрообігріву, вибір електрообладнання для підключення. Найчастіше, при проектування виникають проблеми, пов'язані з наявністю вихідних даних. Доводиться використовувати в розрахунках орієнтовні, очікувані навантаження. Тому основне завдання - прогнозування навантажень електричного обігріву задовго до отримання повних вихідних даних.

3. Огляд досліджень та розробок

Системи електрообігріву прийнято розділяти на дві основні групи:

  1. Системи непрямого обігріву, в яких трубопровід нагрівається теплом від нагрівача - супутника, прокладеного паралельно або спірально намотаного на трубопровід. До цієї групи відносяться системи обігріву з використанням нагрівальних кабелів, нагрівальних стрічок, на основі поверхневого ефекту.
  2. Системи прямого обігріву, в яких струм пропускається безпосередньо через обігрівається трубопровід. До найбільш поширених систем непрямого підігріву слід віднести системи підігріву за допомогою нагрівальних кабелів круглого поперечного перерізу і плоских нагрівальних стрічок.

Основні переваги нагрівальних кабелів – порівняльна нескладність виготовлення і можливість монтажу на обладнанні різної форми. Перевагою нагрівальних стрічок є щільне прилягання до обігріваючого об'єкта, що забезпечує ефективну теплопередачу. Із систем прямого підігріву найбільше розповсюдження отримав прямий електропідігрів трубопроводів, інакше - імпедансний. [3] При цьому способі, змінна напруга підключається до кінців обігрівається ділянки труби. Позначення імпедансний пояснюється тим, що теплота, що виділяється в сталевих трубопроводах при проходженні по них електричного струму, залежить як від електричних, так і від магнітних властивостей сталі. При цьому нагрів викликається і визначається активними, гістерезисними і вихровими втратами, тобто деяким еквівалентним сумарним або імпедансним опором трубопроводу змінного струму. При імпедансном підігріві змінний струм великої сили і низької напруги протікає безпосередньо за подогревае - мому трубопроводу, що грає роль провідника електричного струму, і нагріває його стінки, від яких рівномірно підігрівається знаходиться в трубопроводі продукт.

3.1 Система обігріву на основі поверхневого ефекту

Для підігріву протяжних трубопроводів довжиною до 10 км і більше та діаметром до 500 – 700 мм може бути використаний поверхневий ефект, що виникає при коаксіальному розташуванні провідників струму в трубопроводі. Основою системи підігріву в цьому разі є допоміжні нагрівальні трубопроводи-супутники, що зварюються по всій довжині трубопроводу. У нагрівальних трубопроводах прокладається струмоведучий кабель. Струм проходить через кабель і повертається до джерела напруги через нагрівальний трубопровід, концентрується у внутрішньому шарі цього трубопроводу, одночасно розігріваючи його (рис. 3.1). Розігрів нагрівального трубопроводу (а від нього і основного) відбувається за рахунок теплопровідності. Електричні і магнітні прояви при поверхневому підігріві є досить складними. Принцип обігріву, заснований на поверхневому ефекті, поділяється на два види: індукційно-резистивна (рис. 3.2) та індукційна (рис. 3.3) системи обігріву. Електромагнітні процеси, що мають місце в індукційній системі обігріву істотно відрізняються від процесів у індукційно-резистивної системі. Струм, що протікає по провіднику, і в цьому випадку індукує наведені струми в трубці, але вони замикаються в тілі трубки, протікаючи не тільки з внутрішньої сторони, але і з зовнішньої сторони трубки. З цієї причини величина потенціалу, що генерується на поверхні трубок істотно більше, ніж у випадку індукційно-резистивної системи. [4]

Схема

Рисунок 3.1 – Схема обігріву трубопроводу на основі поверхневого ефекту:

1 – допоміжний (гріючий) трубопровід; 2 – трубопровід, що обігрівається; 3 – струмоведучий (термостійкий) кабель; 4 – заземлення

Принцип

Рисунок 3.2 – Принцип індукційно-резистивної системи обігріву:

1 – жила провідника-індуктора; 2 – електрична ізоляція провідника; 3 – сталева трубка; 4 – з'єднання провідника і трубки у кінці лінії

Принцип

Рисунок 3.3 – Принцип індукційної системи обігріву:

1 – феромагнітна трубка; 2 – жила провідника-індуктора; 3 – електрична ізоляція провідника

3.2 Обігрів нагрівальними кабелями

Сьогодні застосовуються такі технології електрообігріву з використанням нагрівальних кабелів:

  1. Системи з постійною потужністю:
    • кабелі з мінеральною ізоляцією (MI);
    • полімерні кабелі з постійною потужністю;
    • кабелі паралельного типу;
    • гріючі стрічки попередньо розрахованої довжини;
  2. Саморегульовані системи.
  3. Самолімітовані (потужність) системи.

Принцип роботи систем з постійною потужністю заснований на виділенні тепла центральної жилою за рахунок опору жил. В залежності від необхідного опору, для жил кабелю використовуються різні матеріали. Недоліки систем з постійною потужністю: перетин кабелів не допускаються (в місці перетину відбувається інтенсивний нагрів); несправність в одному місці знеструмлює весь ланцюг.

Основний елемент саморегулівних гріючих кабелів – гріючий елемент, зроблений з полімерів, перемішаних з провідним вуглецем. Ця суміш знаходиться між струмоведучими жилами і в ній виникають струмопровідні доріжки. Їх кількість змінюється в залежності від зміни температури.

Принцип роботи заснований на тому, що при зниженні температури навколишнього середовища, гріючий елемент стискається на мікроскопічному рівні, що призводить до зменшення опору (кількість «доріжок» збільшується). Навпаки, зі збільшенням температури, гріючий елемент розширюється, що призводить до зменшення струмопровідних доріжок. В результаті гріючий кабель допускає багаторазовий перехрест (у точках перетину опір кабеля збільшується).

До недоліків саморегульованих кабелів відноситься їх пусковий струм (~2,5-4Iн) і максимальна температура підтримки до 150 °C.

Самолімітовані (самообмежувальні) гріючі кабелі складаються з нагрівального елементу зі сплаву з високим питомим опором, що спірально намотується навколо двох паралельних жил. Ізоляція видалена з фіксованим кроком поперемінно на кожній з жил. Відстань між точками контакту струмоведучих жил з гріючим елементом визначає довжину зони обігріву.

Позитивний температурний коефіцієнт нагрівального елемента дозволяє йому підлаштовувати потужність обігріву в залежності від температури системи, на якій змонтований гріючий кабель. При зниженні температури навколишнього опір нагрівального елемента зменшується, що зумовлює зростання потужності обігріву. При підвищенні температури опір підвищується, що обмежує потужність обігріву. Цей ефект дозволяє монтувати самолімітовані гріючі кабелі тільки з одноразовим перетином, оскільки температура нагрівального елемента в місці перетину буде знижена. Наприклад, цей фактор впливає на обв'язку засувок трубопроводів.

Висновки

У даній роботі буде виконано збір і оцінка інформації про промисловоий электрообогрів, розглянуто питання проектування електрообігріву, вибір електрообладнання для підключення. При написанні даного реферату магістерська робота ще знаходиться в стадії розробки. Остаточне завершення: червень 2018 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список источников

  1. 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.
  2. 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.
  3. Yurkanin R. М. Safety aspects of electrical systems. — Chemical Engineering, 1970, v. 77, N 27, p. 164, 166.
  4. Фонарев 3. И. Электроподогрев трубопроводов, резервуаров и технологического оборудования в нефтяной промышленности. — Л.: Недра, 1984. — 148 с.