УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к системе обогрева трубопроводов индукционно-резистивным методом, и может быть использована в нефтегазодобывающей, горнодобывающей и нефтехимической промышленности.
Известно устройство для обогрева трубопроводов, содержащее нагревательный элемент, выполненный в виде трубы из ферромагнитного материала, внутри которой изолированно от нее размещен электрический проводник, причем указанные труба и проводник подключены к выводам источника питания переменного тока (см., например, патент GB, 1302622, 1973, кл. Н 05 В 3/42).
Недостатком этого устройства является возможность повреждения изоляции в процессе протаскивания электрического проводника внутрь ферромагнитной трубы.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для обогрева трубопроводов, содержащее нагревательный элемент, выполненный в виде трубы из ферромагнитного материала, внутри которой изолированно от нее размещен электрический проводник, снабженный защитным элементом, причем указанные труба и проводник подключены к выводам источника питания переменного тока (US 6142707, кл. F 16 L 1/04, 2000). В этой системе защитный элемент выполнен в виде набора колец из прочного изоляционного материала.
Недостатком этого устройства является сложность установки электрического проводника с центрирующими и защитными элементами внутрь ферромагнитной трубы.
Задачей, на которую направлена полезная модель, является упрощение процесса протаскивания электрического проводника внутрь ферромагнитной трубы, повышение надежности работы устройства обогрева, удлинение срока службы и снижение ее стоимости системы обогрева.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для обогрева трубопроводов, содержащем нагревательный элемент, выполненный в виде трубы из ферромагнитного материала, внутри которой изолированно от нее размещен электрический проводник, снабженный защитным элементом, причем указанные труба и проводник подключены к выводам источника питания переменного тока, защитный элемент выполнен в виде гофрированной полимерной трубки. Частными существенными признаками являются:
- использован источник питания переменного тока промышленной частоты.
- использован источник питания переменного тока высокой частоты.
- в качестве трубы из ферромагнитного материала использована стальная бесшовная горячедеформированная труба. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлено выполнение нагревательного элемента, который содержит электрический проводник 1 в виде токопроводящей жилы с изоляцией 2, размещенный в полимерной гофрированной трубке 3, установленной внутри трубы из ферромагнитного материала 4.
2
Типичные сечения электрического проводника 1, выполняемого из меди или алюминия - 10-50 мм; размеры трубы из ферромагнитного материала 4: диаметр 25-50 мм, а толщина стенки - 3-4 мм.
Обычно используется переменный ток промышленной частоты (50 Гц). Питающее напряжение прикладывается таким образом, что по электрическому проводнику 1 ток течет в одном направлении, а по трубе 4 возвращается. При этих условиях сопротивление медного (алюминиевого) проводника 1 практически не отличается от сопротивления на постоянном токе. Так как относительная магнитная проницаемость стали при соответствующей напряженности магнитного поля равна 800-1000, то за счет взаимного влияния протекающих токов происходит вытеснение тока, протекающего по трубе 4, к внутренней поверхности трубы.
За счет магнитных свойств трубы 4 в ней имеет место хорошо выраженный поверхностный эффект, т.е. ток протекает не по всей толще стенки трубы нагревателя, а в тонком поверхностном слое толщиной около 1 мм. Поверхностный эффект приводит к тому, что сопротивление трубы 4 на переменном токе заметно больше, чем на постоянном. При протекании тока происходит выделение тепла в проводнике 1 и трубе 4. Обычно 60-80% тепла выделяется в проводнике 1 и только 20-40% в трубе 4. В результате тепловой режим работы проводника 1, проходящего внутри трубы 4, не вызывает его существенного перегрева, что служит фундаментом высокой надежности устройства. Нагревательный элемент монтируется на транспортной обогреваемой трубе так, чтобы обеспечить с ней надежный тепловой контакт, например, с помощью электросварки или за счет использования теплопроводящей пасты.
Для упрощения процесса сборки нагревательного элемента в собранную смонтированную на обогреваемом объекте ферромагнитную трубу 4 протягивают гофрированную полимерную трубку 3.
Это исключает контакт изоляции 2 проводника 1 с трубой 4 и возможность механического повреждения и царапин, уменьшает усилие протаскивания; между изоляцией 2 и трубой 4 появляется дополнительный изоляционный слой, и уменьшается эксцентриситет расположения проводника 1 в трубе 4; благодаря этому величина напряжения начала внутренних разрядов в системе проводник 1 - труба 4 увеличивается на 10-15%.
Таким образом, предложенная модель позволяет упростить процесс изготовления нагревательного элемента, повышает надежность его работы, увеличивает срок службы и позволяет снизить стоимость по сравнению с известными решениями, которые требуют использования для изоляции материалов, устойчивых к истиранию и царапинам, и повышения толщины изоляции.