Статья:

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДОВ

Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №19(242)

Рубрика: Технические науки

Выходные данные
Никиточкин А.С. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДОВ // Студенческий форум: электрон. научн. журн. 2023. № 19(242). URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/242/127300 (дата обращения: 29.03.2024).
Журнал опубликован
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДОВ

Никиточкин Алексей Сергеевич
студент, ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева, РФ, г. Орёл

 

Поверхностный эффект

Для подогрева сверхпротяженных и больших диаметров трубопроводов может быть использованы индуктивно-резистивные нагреватели, которые представляют собой короткозамкнутые коаксиальные линии, где изолированный внутренний проводник свободно помещается в ферромагнитной трубке[1, с. 320].

Основой системы нагрева являются вспомогательные нагревательные трубопроводы-спутники, привариваемые на всем на всем протяжении трубопровода. Способ сварки должен обеспечивать надежный тепловой контакт на всем протяжении.

Питающий ток протекает по проводнику и возвращается к источнику напряжения через ферромагнитную трубку, концентрируется во внутреннем слое этого трубопровода, одновременно разогревая его.

Благодаря поверхностному эффекту, наружная сторона трубки остается электрически нейтральной. Разогрев основного трубопровода, а также находящийся в нем продукт осуществляется за счёт теплопроводности. Распределение в проводниках плотности тока – важная особенность системы. Нагревательная трубка-спутник представляет собой стальную трубу диаметром от 25 до 50мм и толщиной стенки от 3 до 4 мм. Внутренний проводник в нагревательном элементе, выполняется с жилой, проводящей ток, которая должна быть изготовлена из алюминия или меди 8-50 мм2. Как правило, применяется ток, имеющий промышленную частоту (50 Гц). Наибольшая плотность тока будет на внутренней поверхности, наименьшая  - на наружной. Если толщина стенки превышает длину электромагнитной волны в стали при частоте 50 Гц, то напряжение на наружной поверхности должно отсутствовать[2, с.125].

При обогреве нагревательными трубами-спутниками температура по периметру будет распределяться неравномерно. Поэтому при обогреве больших диаметров следует применять несколько нагревательных труб.

Отсутствие потенциала или его очень небольшое значение на поверхности нагревательных труб и основного(нагреваемого) трубопровода даёт возможность для нагрева непосредственно подключать напряжение до 10 кВ[3, c.96]. Это может обеспечить питание от одной точки подключения участка трубопровода на несколько километров при использовании высоковольтных питающих кабелей. В качестве источника питании рекомендуют использовать одно- и трехфазные силовые трансформаторы.

Их конструкция должна предусматривать возможность регулировки напряжения при изменении рабочего режима разогрева. 

Основные достоинства поверхностного обогрева:

– питание с одного конца. По своему строению система предполагает подачу питания с одного конца обогреваемого участка, что допускает отступиться от сопровождающей электросети;

– электробезопасность. Наружная поверхность нагревательного элемента заземлена и имеет нулевой потенциал относительно земли;

– экономичность при повышенных длинах трубопроводов;

– повышенная надежность.

Основной защитой от поражения обслуживающего персонала электрическим током является заземление трубопровода. Расстояние между точками заземления должно выбираться так, чтобы возможное напряжение не превышало допустимых по технике безопасности. Также необходимо учитывать требования пожаровзрывоопасности.

Гибкие ленточные кабели

Проблема технологического подогрева оборудования, ёмкостей, трубопроводов и помещений существует давно, особенно в условиях северных широт. Для решения этой задачи была необходима разработка электрического гибкого нагревательного элемента (ЭНГ) – безопасного устройства, которое можно уложить на поверхность обогреваемого оборудования, повторив его профиль. Первым шагом в решении проблемы стало создание электрических нагревательных кабелей с проводником из материала заданного сопротивления, которые, пропуская через себя ток, преобразуют электрическую энергию в тепловую.

Основной конструкцией гибких ленточных кабелей является многопроводные ленты образуемые из нескольких нагреваемых жил, соединенных в полосы из сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром – никель с хромом). Снаружи лента покрыта водонепроницаемой оболочкой из резины. Подключение ленточного обогревателя к сети производится через электропровод, выходящий из концевого элемента, соединяющийся в ленте с нагревательными нитями.

По виду потребляемого напряжения сети нагревательные ленты производятся на 12, 220 и 380 В[4, c.272].

С учетом принципа действия кабель может быть:

- резистивным;

- саморегулирующимся.

Резистивные кабели отличаются фиксированной мощностью. Нагревательная жила сначала электроизолирована, потом закрыта экранирующей оплеткой. Верхний слой надежно защищает от УФ-лучей.

В саморегулирующихся кабелях два проводника («фаза» и «ноль») размещаются параллельно. В расстояние между ними находится матрица. Именно она становится источником тепла при появлении электрического поля.

Достоинства саморегулирующего кабеля:

  • экономичность;
  • простота монтажа;
  • длина волны излучения в безвредном диапазоне;
  • возможность выбора устройств с безопасной температурой поверхности.

Недостатки:

  • чувствительность резистивных устройств к внешним воздействиям (нахлёст, пересечение);
  • необходимость использования с резистивными лентами терморегуляторов;
  • высокая цена более совершенных саморегулирующихся лент
  • невозможность использования обогревателей во взрывоопасных зонах и устройствах

Вывод: общим недостатком всех нагревательных систем является малая контактная поверхность теплопередачи, что наряду с наличием тепловой изоляции между трубой и нагревательным кабелем приводит к большой инерционности системы и уменьшает теплоотдачу.

Преимуществом нагревательных систем заключается в бесконтактном и без инерционном способе передачи энергии от источника энергии к объекту нагрева и преобразования ее в тепловую. Подобные системы обладают высоким быстродействиями широким диапазоном регулирования.

 

Список литературы:
1. Михеев М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеев. – М.: Энергия, 2013-с.320.
2. Струпинский М.Л. Индукционно-резистивная система обогрева трубопровода / М.Л. Струпинский, А.Б. Кувалдин. – М.: Электрика, 2013- с.125. 
3. Дацков И. И., Мазаное С. С. Электрические нагревательные устройства. М., Россельхозиздат, 1973 с.96.
4. Струпинский М.Л. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли / М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков. – М.: Инфра-Инженерия, 2015 с.272.