Статья опубликована в №14 (октябрь) 2014
Разделы: Техника
Размещена 04.10.2014.
Просмотров - 3795

Характеристика теплоизоляционных покрытий нефтепроводов на примере магистрального нефтепровода «Заполярье - Пурпе». Системы электрического обогрева трубопроводов

Шарипова Наиля Дамировна

-

Тюменский индустриальный университет

студент кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

Научный руководитель Давыдов Алексей Николаевич, ассистент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов» ТюмГНГУ

УДК 621.644.07

Проблема рационального использования топливно-энергетических ресурсов в последнее время приобретает все большее значение. Выставляются повышенные требования к теплозащите строящихся объектов, так как качественная теплоизоляция нефтепроводов позволит минимизировать тепловые потери нефти и нефтепродуктов и обеспечить, таким образом, ресурсосбережение.

Теплоизоляция — это элементы конструкции, уменьшающие потери тепла. Все теплоизоляционные покрытия состоят из основного теплоизоляционного слоя, деталей крепления и покровного защитного слоя. Теплоизоляционный слой выполняют из материалов, обладающих низкой теплопроводностью (асбест, минеральная и стеклянная вата и др.). Защитные покрытия делают из рулонных битумных материалов, металлических листов, синтетических пленок и др.

Виды теплоизоляции:

1. По составу: животная, растительная, минеральная, смешанная
2. По виду исходного сырья: органическая, неорганическая, смешанная
3. По способу и технологии устройства: предизоляция, мастичная, гибкая, сборно-блочная, изоляция-заполнитель, изоляция напылением, и др.

Основные проблемы при изготовлении теплоизоляции:

Испытания труб в заводских условиях показали, что главной проблемой при изготовлении теплоизоляции являются трещины в слое ППУ, отслоения ППУ от трубы и защитной оболочки, пустоты, которые были вызваны нарушениями технологического процесса. В результате данных испытаний был составлен перечень требований, который учитывает такие параметры, как:

• Соотношение и масса заливочных компонентов
• Время заливки
• Допустимые потери ППУ через фланцы при заливке
• Температура заливочных компонентов, трубы и оболочки
• Угол наклона трубы при заливке
• Время выдержки залитой трубы до начала транспортировки

Кроме того, существуют определенные требования к поверхностям для нанесения пенополиуретана:

1. Поверхности, предназначенные для нанесения пенополиуретана, должны удовлетворять требованиям СНиП 3.04.01–87 "Изоляционные и отделочные покрытия" и настоящих норм.

2. Поверхности, на которые наносится пенополиуретан, должны быть очищены от масленых пятен, пыли и других загрязнений.

3. На металлических изделиях не должно быть следов коррозии. Изделия, подлежащие антикоррозионной защите должны быть обработаны в соответствии с проектом.

4. Влажные поверхности должны просушиваться сжатым воздухом, а при температуре воздуха ниже +5°С – теплым сжатым воздухом.

Отслоения теплоизоляционного слоя от трубы могут привести к серьезным последствиям:

• Охлаждение и увеличение вязкости нефти и нефтепродуктов, что может привести к образованию парафиновых пробок в трубопроводе, уменьшению пропускной способности трубопровода или порче аппаратуры
• Коррозия металлической поверхности трубопровода
• В условиях вечной мерзлоты – таяние вечной мерзлоты, проседание трубопровода и, как следствие, деформирование трубопровода с образованием механических дефектов. Также есть риск утечки нефти или нефтепродуктов в окружающую среду.

Чтобы предотвратить появление дефектов в слое теплоизоляции необходимо:

1. Соблюдать технологический процесс нанесения и изготовления теплоизоляционного покрытия.
2. Строго соблюдать требования к поверхности трубопровода, на которую будет наноситься теплоизоляция.
3. Производить контроль качества по нанесению теплоизоляции по всему телу трубы. Контроль осуществляется путем выборочного вскрытия оболочки.

К сожалению, теплоизоляция не способна полностью предотвратить теплопотери. Существуют системы обогрева трубопроводов, которые поддерживают необходимую температуру в соответствии с технологией.

Система обогрева позволяет:

• ·предотвратить выпадение твердых фракций из транспортируемого продукта;
• ·сохранить величину кинематической вязкости продукта, не допуская возникновения парафиновых пробок и остановки трубопровода;
• ·увеличить скорость транспортировки нефтепродукта;
• ·запустить трубопровод, заполненный продуктом, даже после его полной остановки;

Общая схема системы обогрева трубопроводов состоит из 3 основных частей:

- Нагревательная часть, которая включает в себя нагревательные кабельные линии и материалы для их крепления. Эта часть обеспечивает непосредственный подвод тепла к трубе и продуктам, которые в ней  содержатся.

- Распределительная и информационная сеть. Снабжает питанием все элементы нагревательной части, а также осуществляет передачу сигналов от закрепленных на кабеле датчиков до шкафа системы управления. Эта часть включает в себя силовые и информационные кабели, распределительные коробки и крепежные элементы.

- Система управления. Данная система включает в себя шкаф управления, специальные терморегуляторы, датчики температуры, пускорегулирующую и защитную аппаратуру.

Основные критерии выбора параметров систем электрического обогрева:

Длина трубопровода:

• ·до 200–300 м — применяются саморегулирующиеся кабели и кабели постоянной мощности
• ·до 3–6 км — без распределительной сети рекомендуются кабели постоянной мощности;
• ·до 8 км — без распределительной сети рекомендуются кабели постоянной мощности и система «СКИН-эффект»;
• ·до 25–30 км — система подогрева «СКИН-эффект», запитка с двух сторон или в промежуточной точке трубопровода. 

Рабочая температура:

• ·60–80°С — применяются практически все виды саморегулирующихся кабелей и кабелей с постоянной мощностью; легко достижим необходимый диапазон мощностей до 95 Вт/м;
• ·100–200°С — применяются только саморегулирующиеся кабели с фторопластовой изоляцией;
• ·220–400°С — применяются кабели с минеральной изоляцией, как правило, в трубке из нержавеющей стали. 

Экономичность

Наиболее важным критерием перехода от одного варианта системы обогрева 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».

СКИН - Система:

- Обогрев трубопроводов неограниченной длины (с сопроводительной сетью)

- Высокие рабочие температуры     

- Электробезопасность

-  Высокая механическая прочность системы обогрева

- Эксплуатация во взрывоопасных зонах

Принцип действия:

Элемент для нагрева изготавливается из металлической трубы. Материал трубы –  сталь, наружный диаметр – 20-60 мм с толщиной стенки 3 мм. В трубе расположен изолированный проводник, изготовленный из алюминия или меди (сечение – 10-50 мм²) и соединенный электрически с трубой в конце плеча. Между трубой и проводником в начале плеча осуществляется подача переменного напряжения. Значение этого напряжения зависит от длины обогреваемого участка и от требуемого теплового выделения.

 Главный элемент, который выделяет тепло в СКИН-системе – труба, которая принимает на себя около 80% системной мощности. 

Отвод тепла от СКИН-системы к трубопроводу обеспечивается за счет хорошего контакта и применения специальной теплопроводной пасты.

Саморегулирующиеся кабели

Обогрев трубопроводов саморегулирующимися кабелями, в отличие от других систем, позволит предотвратить замерзание трубопровода с наименьшими затратами. Во-первых, при использовании саморегулирующихся кабелей понадобится меньшее количество различных устройств для того, чтобы организовать обогрев труб. А во-вторых, благодаря свойству саморегуляции, нагревательная кабельная линия не будет нагревать трубу, если отсутствует риск замерзания, тем самым осуществляется экономия электроэнергии.

1. Брацыхин Е. А., Шульгина Э. С. Технология пластических масс: Учебное пособие для техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1982. С. 240.
2. Струпинский М.Л., Хренков Н.Н., Тюлюканов В.Д. Промышленный обогрев протяженных трубопроводов с помощью СКИН-систем. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.teplomag.ru/articles/piece19page19.php
3. Электронный научный журнал «Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтерподуктов», - 2013. - № 3 (11). URL: http://www.pipeline-science.ru/archive/

Рецензии:

5.10.2014, 10:46 Клинков Георгий Тодоров
Рецензия: Статья подчиняется очень актуальным енергетическим проблемом.Стандартизация изложения четка, рациональна.Нормы технического и технологического характера действий показаны систематически.Нужно одинако показать и альтернативные способы промышленного обогрева магистральных трубопроводов разного типа и дебита в условиях повышеной транспортной активности.Рекомендуется к публикаций.

3.11.2014, 13:09 Галкин Александр Федорович
Рецензия: Тема актуальная. Изложение ясное. Анализ корректный. Цели, поставленные в статье, достигнуты. Рекомендуется к публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий