Тепломаг. Обогрев трубопроводов, нефтепроводов и продуктопроводов.

§ ОБОГРЕВ ТРУБОПРОВОДОВ

В нефтедобывающей и нефтехимической промышленности трубопроводы различного калибра и назначения зачастую дают сбои из-за пробок, сужения проходного сечения и высокой вязкости транспортируемых жидкостей. Поддерживая требуемую технологией температуру система «Тепломаг» обеспечивает низкую вязкость жидкостей, расчетную производительность и наименьший расход электроэнергии. Обогрев трубопроводов с водой устраняет опасность их разрушения при замерзании. «Тепломаг» – это торговая марка, объединяющая все виды систем обогрева трубопроводов, резервуаров, фитингов, насосов и сопутствующей аппаратуры

Система ТЕПЛОМАГ разработана для применения со всеми типами трубопроводов, металлических и пластмассовых.

Пластиковые трубы покрываются фольгой в месте соприкосновения с нагревательным кабелем. Система предохраняет трубопроводы с горячей и холодной водой от замерзания, нефтепроводы и трубы для перекачки других жикостей и химикатов — от закупорки или кристаллизации веществ.

Нагревательные кабели

Система «Тепломаг» использует в качестве тепловыделяющих элементов нагревательные кабели, поскольку они наилучшим образом решают задачу обогрева разветвленных и длинных трубопроводов. В отличие от обычных силовых кабелей, назначение которых передать электроэнергию к нагрузке с минимальными потерями, нагревательные кабели сами являются нагрузкой, но нагрузкой распределенной. Все 100% напряжения, подаваемого на нагревательный кабель, падают в нем. Происходящее при этом выделение тепла не должно вызывать перегрева кабеля или обогреваемого объекта. Используется два основных типа нагревательных кабелей: резистивные и саморегулирующиеся.

В резистивном кабеле выделение тепла происходит за счет омических потерь в нагревательной жиле кабеля. Кабель, помимо нагревательной, может содержать токопроводящую жилу, что упрощает схему его подключения.

Тепловая мощность резистивных кабелей практически не зависит от температуры. Для обеспечения длительной и надежной работы кабелей этих типов важно соблюдать расчетные условия теплоотдачи, чтобы не вызвать перегрева.

Саморегулирующийся кабель также имеет две параллельные токопроводящие жилы. Отличие состоит в том, что токопроводящие жилы окружены проводящей пластмассой, в которой и происходит выделение тепла. Пластмасса характеризуется существенной зависимостью проводимости от температуры, а температурный коэффициент сопротивления проводящих пластмасс на порядок больше, чем у меди или стали. Это обеспечивает саморегулирование тепловой мощности кабеля.Саморегулирующийся кабель может изменять свою мощность локально, только в зоне перегрева; это свойство позволяет создавать безопасные системы обогрева трубопроводов и резервуаров, в том числе с переменными по длине трубопровода условиями теплоотдачи. Основными характеристиками нагревательного кабеля являются линейная тепловая мощность, напряжение питания, минимальная и максимальная длина нагревательной секции при заданном напряжении, рабочая и максимально допустимая температуры.

Состав системы обогрева

Для транспортируемых по трубопроводным сетям продуктов свойственна существенная зависимость кинематической вязкости от температуры. Кроме того, при определенных температурах возможно выпадение твердых фракций, а также застывание продукта, что приводит к полной остановке трубопровода и значительным затратам на его восстановление.

Системы подогрева трубопроводов (heat tracing) и резервуаров (tank heating) — единственное решение этих проблем. Они используются сравнительно давно, но широкое распространение получили только после появления относительно недорогих греющих кабелей. Основная задача таких систем — обеспечить поддержание температуры транспортируемого продукта.

Это позволяет:

• сохранить величину кинематической вязкости продукта, не допустив создания пробок и остановки трубопровода;

• предотвратить выпадение твердых фракций из транспортируемого продукта;

• увеличить скорость транспортировки продукта;

• запустить трубопровод, частично или полностью заполненный продуктом, после остановки;

• обеспечить гарантированный слив вязких продуктов из резервуара за укороченный промежуток времени. Системы подогрева применяются и на трубопроводах транспортировки газообразных продуктов. Их главное назначение в этом случае — предотвратить выпадение конденсата при остывании газа.

Типичная система теплообогрева (см. рис.) включает в себя:

• нагревательную часть: нагревательные кабели и аксессуары для их крепления на трубопроводе, локальные элементы подогрева узлов трубопровода (фланцев, вентилей, насосов);

• распределительную сеть, обеспечивающую питание для всех элементов греющей части и проведение информационных сигналов от датчиков до щита системы управления: силовые и информационные кабели, распределительные коробки и крепежные элементы;

• систему управления: шкафы управления, терморегуляторы, датчики температуры трубы и воздуха, датчики потока, пускорегулирующую и защитную аппаратуру.

Параметры системы обогрева

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

• свойств транспортируемого продукта (максимальная температура продукта, температура на входе в трубопровод, температура застывания, температура выпадения твердых фракций);

• характеристик трубы (материал, геометрические размеры, теплоизоляция, 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).

На основании этих данных определяются:

• расчетная величина максимальных теплопотерь трубопровода;

• тип нагревательного кабеля (возможно присутствие разных кабелей в одной системе), его длина и расположение на трубе (количество ниток, шаг);

• тип аксессуаров для эапитки 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). Поскольку системы транспортировки нефти и нефтепродуктов являются взрыво- и пожароопасными объектами, в системах теплообогрева используются только вэрывозащищенные компоненты (нагревательные кабели, терморегуляторы, монтажные и распределительные коробки). Они также адаптированы для эксплуатации в условиях повышенной влажности, в агрессивных средах, для прокладки подземных или подводных трубопроводов. Остановимся на основных критериях выбора параметров систем подогрева.

Длина трубопровода:

• до 100 м – применяются все виды саморегулирующихся и резистивных нагревательных кабелей. Распределительная сеть не нужна;

• до 200-300 м – применяются саморегулирующиеся и резистивные кабели. Распределительная сеть, как правило, необходима, но доля ее в общей стоимости системы мала;

• до 3-6 км – без распределительной сети могут применяться только резистивные кабели большого сечения (LONGLINE), а также специальные композитные кабели, объединяющие саморегулирующийся кабель и питающий кабель;

• до 8 км – без распределительной сети применяются только резистивные кабели LONGLINE и система «скин-эффект»;

• до 15 км – система подогрева «скин-эффект», запитка с одной стороны;

• до 25-30 км – система подогрева «скин-эффект», запитка с двух сторон, или в промежуточной точке трубопровода.

Наиболее важным критерием перехода от одного варианта исполнения системы подогрева к другому является ее стоимость. Начиная с длины 1-;2 км стоимость распределительной сети для саморегулирующихся кабелей начинает быстро возрастать, а к 3-4 км их использование становится экономически нецелесообразным. При линейной конфигурации трубопровода, начиная с длины 6-8 км, наиболее экономически целесообразным, безопасным и надежным решением является система «скин-эффект».

Рабочая температура:

• 60-80°С – применяются практически все виды саморегулирующихся кабелей; легко достижим необходимый диапазон мощностей до 80 Вт/м.

• 100-200°С – применяются только саморегулирующиеся кабели с фторопластовой матрицей.

• 220-400°С – применяются специальные резистивные кабели с минеральной изоляцией или изоляцией из стекловолокна, как правило, в трубке из нержавеющей стали. Типичное применение – подогрев установок для получения тяжелых нефтепродуктов, узлов переработки и хранения битума и мазута. Применительно к нагревательным кабелям необходимо различать максимальную температуру трубопровода или продукта, при которой кабель может находиться, и температуру, которую благодаря кабелю можно поддерживать на трубопроводе. Как правило, вторая меньше первой минимум на 10-20°С, а зачастую и более. Наиболее типичным случаем существенного различия этих температур является подогрев трубопроводов, периодически очищаемых острым паром с температурой до 200°С. Но в рабочем режиме температура трубопровода может быть не выше 60°С. Тем не менее, в этом случае возможно применение только саморегулирующихся кабелей с фторопластовой матрицей или кабелей с минеральной изоляцией.