УСТАНОВКА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ЖИДКОСТЕЙ
PLANT OF INDUCTION LIQUID HEATING

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и пищевой промышленности для поддержания температуры трубопроводов в рабочем диапазоне, а также для защиты от замораживания трубопроводов и стартового разогрева трубопроводов до рабочей температуры.
Известна установка технологического нагрева - скоростной подогреватель нефти СПИ, созданный на базе индукционных нагревателей и предназначенный для нагрева жидкостей в технологических трубопроводах при помощи промежуточного теплоносителя /1/. Установка представляет собой двухконтурную схему, первый контур которой состоит из индукционного нагревателя и скоростного теплообменника, второй контур - скоростной теплообменник и подогреваемый трубопровод. Теплообменник представляет собой систему «труба в трубе» в которой нагрев происходит от промежуточного теплоносителя, находящегося во внешней трубе, к нагреваемому продукту, находящемуся во внутренней трубе.
К недостаткам СПН можно отнести сравнительно низкий кпд теплопередачи из-за применения промежуточного теплоносителя, плохую управляемость мощностью теплового поля вследствие работы на промышленной частоте, ограничение максимальной мощности теплового поля (до 250 кВт), сложную конструкцию теплообменника.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является индуктивно-кондуктивный электронагреватель «Гейзер», в котором отсутствует промежуточный теплоноситель, передача тепла происходит от теплообменника к нагреваемой жидкости с более высоким кпд теплопередачи /2, 3/. Индуктивно-кондуктивный электронагреватель «Гейзер» содержит устройство преобразования и управления, представляющее собой трансформатор, первичная обмотка которого выполняет роль индуцирующего провода, а вторичная обмотка представляет собой ферромагнитный теплообменник и выполняет роль нагрузки трансформатора, параметры элементов электронагревателя рассчитаны таким образом, что обеспечивают работу аппарата в длительном режиме без перегрева.
К недостаткам данной системы относятся низкая управляемость процессом теплопередачи из-за работы на промышленной частоте, низкий рабочий температурный диапазон (до 250°С), ограничение мощности (до 250 кВт) и площади воздействия теплового поля (из-за конструкции теплообменника).
Техническими задачами изобретения являются повышение КПД теплопередачи системы обогрева, повышение управляемости процессами теплопередачи, увеличение мощности и площади воздействия теплового поля.
Поставленная задача достигается тем, что в известной установке индукционного нагрева, состоящей из устройства преобразования и управления, теплообменника, устройство преобразования и управления выполнено на основе автономного инвертора тока с квазирезонансной коммутацией, нагрузкой которого является индуцирующий провод, представляющий собой многожильный медный проводник в термостойкой изоляции, расположенный на поверхности теплообменника по всей его длине одним витком, образующим контур сложной геометрии, а теплообменник представляет собой змеевик, выполненный из трубопровода, внутри которого по всей длине радиально расположены пластины из магнитных материалов (например, электротехнической стали).
На фиг.1а), б) представлена предлагаемая установка индукционного нагрева трубопровода, содержащая устройство преобразования и управления 1, индуцирующий провод 2, теплообменник 3, выполненный из трубопровода, внутри которого по всей длине радиально расположены пластины из магнитных материалов 4. Следует отметить, что прямой и обратный провод для максимального воздействия на теплообменник расположены относительно друг друга на максимально возможном расстоянии, равном диаметру трубы. Однако они могут быть расположены и на более близком расстоянии.
На фиг.2 представлены варианты исполнения теплообменника. Внутри участка трубопровода 3 расположены пластины из магнитных материалов 4.
На фиг.3а) показана установка индукционного нагрева трубопровода, которая с целью увеличения мощности и площади нагрева, а также повышения управляемости процессом теплопередачи содержит несколько независимых теплообменников 3, включенных последовательно, причем для каждого теплообменника существуют независимые друг от друга устройства преобразования и управления 1 и индуцирующие провода 2. Теплообменники могут быть включены параллельно (фиг.3б)).
Установка работает следующим образом (фиг.1). От системы преобразования и управления с автономным инвертором тока 1 подается переменное синусоидальное напряжение на виток индуцирующего провода 2, образующего нагревательный контур сложной геометрии. Под воздействием вихревых токов, возникающих в металлическом теплообменнике 3, происходит разогрев в теле трубопровода и магнитных пластин внутри трубопровода и тепло передается от стенок трубы и пластин к разогреваемой текучей жидкости. Из-за пластин внутри трубы поток жидкости разбивается на несколько потоков и происходит смешивание таким образом, что нагретая жидкость у стенок трубы и пластин, перемешиваясь проникает внутрь потока, увеличивая интенсивность теплопередачи. Площадь температурного воздействия зависит от площади витка индуцирующего провода, количества витков, диаметра трубопровода и площади пластин (фиг.1).
В случае превышения заданных параметров значений температуры нагреваемой жидкости происходит автоматическое снижение мощности или отключение системой управления 1 индуцирующего провода 2.
Источники информации
1. http://www.ijsgroup.ru/equipment/spn.shtm
2. http://www.sieico.ru/geizer/geizer.htm,
3. http://www.termotechnology.ru/index2.php?do=vysokotemperaturnyi-induktivno-konduktivnyi-elektronagrevatel-geizer-v.