ТРУБОПРОВОД С СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВА

Полезная модель относится к области трубопроводной транспортировки жидких сред, предпочтительно нефтей и/или нефтегазовых смесей и может быть использовано в качестве выкидных (промысловых) трубопроводов на нефтяных месторождениях, преимущественно, в районах с суровыми климатическими условиями.
Выкидные (промысловые) трубопроводы - капитальные инженерные сооружения, рассчитанные на длительный срок эксплуатации и предназначенные для бесперебойной транспортировки природного газа и/или нефтепродуктов от мест добычи до установок комплексной подготовки и далее к местам врезки в магистральный трубопровод или для подачи на другой вид транспорта [Промысловые трубопроводы и оборудование: Учеб. пособие для вузов / Ф.М. Мустафин, Л.И. Быков, А.Г. Гумеров и др. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 2004. - 662 с: ил.]. Для предотвращения замерзания транспортируемого продукта (нефти и/или нефтегазовых смесей) в холодное время года необходимо обогревать трубопроводы. Для трубопроводов наибольшее распространение получил подогрев с помощью электроэнергии [Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов/ Р.А. Алиев, В.Д. Белоусов, А.Г. Немудров и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988. - 368 с: ил.].
Из предшествующего уровня техники известна труба для транспортировки нефтепродуктов [Труба для транспортировки нефтепродукта. Патент на изобретение RU 2453758 С2, F16L 9/00 / Авторы: Селиванов Николай Павлович (RU), Селиванов Вадим Николаевич (RU) / Дата подачи заявки 19.05.2009, опубликован 27.11.2010], состоящая из рабочей трубы, нагревательного элемента, размещенного по всей длине трубы, и теплоизоляционного слоя.
Также известна нефтегазопроводная гибкая грузонесущая полимерная труба [Гибкая грузонесущая полимерная труба и способ ее использования. Патент на изобретение RU 2315223, F16L 11/08 / Автор: Робин Андрей Викторович (RU) / Дата подачи заявки 13.04.2006 / Опубликован 20.01.2008], стенки которой выполнены из сплошного слоя полимерного материала, внутри которого размещены армирующие элементы в виде металлической ленты и повивов металлических проволок.
Также известна теплоизолированная гибкая многослойная полимерная труба [Теплоизолированная гибкая многослойная полимерная труба, не распространяющая пламя. Заявка на изобретение RU 2010141068 А, F16L 59/00 / Автор(ы): Гориловский М.И., Шмелев А.Ю., Коврига В.В., Самойлов С.В., Гвоздев И.В., Рыбак С.Б., Пятин И.Н. / Дата подачи заявки 07.10.2010 / Дата публикации заявки 20.04.2012], включающая рабочую трубу, армирующий и теплоизолирующий слои.
Также известна гибкая труба для транспортировки текучей среды под высоким давлением [Гибкий трубопровод с текстильным армированием. Заявка на изобретение RU 98108039 A, F16L 9/133 / Авторы: Ле Нуво Жоэль (FR), До Анатолий Туан (FR) / Заявка РСТ 25.09.1996 / Дата публикации заявки 20.02.2000], которая содержит рабочую трубу и армирующий слой.
Наиболее близким к данной полезной модели является нагревательный кабель [Устройство и способ депарафинизации нефтегазовых скважин. Патент на изобретение RU 2273725 С2, Е21В 37/06 / Автор(ы): Робин А.В. / Дата подачи заявки 18.06.2004 / Дата публикации заявки 20.11.2005], содержащий шлангокабель (гибкий полимерный армированный трубопровод с электрическими проводниками), состоящий из рабочей трубы, по всей длине которой установлен нагревательный элемент, заключенный во внешнюю оболочку.
Недостатком этого кабеля является невозможность получения заданных распределений тепловой энергии по длине трубопровода.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является получение неравномерного заданного теплового распределения по длине трубопровода. Это необходимо потому, что для выкидного трубопровода наиболее уязвимыми для промерзания являются надземные участки трубопровода: места присоединения к фонтанной арматуре, места подключения к емкостям для сбора нефти и другому надземному оборудованию, а участки трубопровода, размещенные в грунте, требуют меньшей мощности подогрева. Таким образом, необходимо обеспечивать различную интенсивность подогрева на разных участках трубопровода.
Решение технической задачи достигается за счет того, что трубопровод с системой электроподогрева содержит шлангокабель, состоящий из рабочей трубы, по всей длине которой расположен нагревательный элемент, заключенный во внешнюю оболочку. Новым является то, что нагревательный элемент, распределен по всей длине трубопровода, выполнен из высокоомного проводника, навитого вокруг рабочей трубы, а поверх высокоомного проводника навиты также вокруг рабочей трубы изолированные низкоомные непересекающиеся проводники. Первый и второй низкоомные проводники поочередно электрически соединены с высокоомным проводником в отдельных местах их перекрещивания по ходу намотки, отстоящих друг от друга на различные расстояния. Труба имеет теплоизоляционный слой, размещенный между нагревательным элементом и внешней оболочкой.
На фиг. 1 показана конструкция трубопровода. На фиг. 2 показана электрическая схема замещения нагревательного элемента. На фиг. 3 изображена упрощенная электрическая схема замещения нагревательного элемента.
Трубопровод с системой электроподогрева представляет собой шлангокабель, состоящий из внутренней рабочей трубы 1 (гибкой полимерной, например, из полиэтилена низкого давления), поверх которой расположен армирующий слой 2, состоящий из стальной ленты 3, навитой на рабочую трубу 1, и слоя бронирования в виде стальной проволоки 4, намотанной поверх стальной ленты 4. Армирующий слой 2 покрыт промежуточным слоем 5 (например, из полиэтилена низкого давления), который окружен слоем высокотемпературной теплоизоляции 6 (например, из стеклоленты), выполняющей также функцию дополнительного армирования. Вокруг слоя высокотемпературной теплоизоляции 6 уложен нагревательный элемент 7, распределенный по всей длине трубопровода, выполненный из высокоомного проводника 8 (например, сталь, нихром и др.), навитого с шагом h вокруг рабочей трубы 1, а поверх высокоомного проводника 8 навиты также вокруг рабочей трубы 1 изолированные низкоомные непересекающиеся проводники 9 и 10) (например, медь) с шагом H, при этом:
h»H.
i
Первый и второй низкоомные проводники 9 и 10 поочередно электрически соединены (например, с помощью пайки, сварки) с высокоомным проводником 8 в отдельных местах их перекрещивания 11 по ходу намотки отстоящих друг от друга на различные расстояния L, где i=1,2..n. Нагревательный элемент 7 окружен слоем высокотемпературной теплоизоляции 12, также выполняющей функцию дополнительного армирования. Поверх слоя высокотемпературной теплоизоляции 12 уложен теплоизоляционный слой 13 (например, из вспененного полиэтилена), на поверхности которого выполнена внешняя полимерная гидроизоляционная оболочка 14 (изготовленная, например, из полиэтилена низкого давления).
Данное устройство работает следующим образом. При подаче электрического напряжения U на концы изолированных низкоомных проводников 9 и 10 по нагревательному элементу 7 начинает течь электрический ток. При протекании электрического тока по проводникам они нагреваются. Тепловая энергия, излучаемая нагретыми проводниками 8, 9 и 10 идет на подогрев трубопровода. Количество теплоты, выделяемой проводниками с током, прямо пропорционально электрическому сопротивлению этих проводников и квадрату протекающего по ним тока. При этом количество теплоты выделяемой на высокоомном проводнике много больше количества теплоты выделяемой на низкоомных проводниках.
0
n
0
n
0
n
Электрическое сопротивление низкоомных проводников 9 и 10 (фиг. 2), которые на схеме имеют обозначение R1…R1 и R2…R2, пренебрежимо малы, по сравнению с сопротивлением высокоомного проводника 8 (R3…R3). С учетом данного допущения схема замещения нагревательного элемента 7 приобретает вид, приведенный на фиг. 3.
i
i
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является получение неравномерного заданного распределения тепловой мощности по длине трубопровода. Неравномерное тепловое распределение по длине трубопровода достигается за счет различных расстояний L между электрическими соединениями высокоомного 8 и низкоомных проводников 9 и 10. В результате получают неравномерное распределение эквивалентных электрических сопротивлений нагревательного элемента 7 на отрезках L трубопровода, которое можно подобрать таким образом, чтобы обеспечить необходимое распределение тепловой мощности вдоль трубопровода.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Промысловые трубопроводы и оборудование: Учеб. пособие для вузов / Ф.М.Мустафин, Л.И.Быков, А.Г.Гумеров и др. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 2004. - 662 с.: ил.
2. Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов / Р.А.Алиев, В.Д.Белоусов, А.Г.Немудров и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988. - 368 с.: ил.
3. Труба для транспортировки нефтепродукта. Патент на изобретение RU 2453758 С2, F16L 9/00 /Авторы: Селиванов Николай Павлович (RU), Селиванов Вадим Николаевич (RU)/ Дата подачи заявки 19.05.2009, опубликован 27.11.2010;
4. Гибкая грузонесущая полимерная труба и способ ее использования. Патент на изобретение RU 2315223, F16L 11/08 /Автор: Робин Андрей Викторович (RU)/ Дата подачи заявки 13.04.2006 / Опубликован 20.01.2008;
5. Теплоизолированная гибкая многослойная полимерная труба, не распространяющая пламя. Заявка на изобретение RU 2010141068 A, F16L 59/00 /Автор(ы): Гориловский Мирон Исаакович (RU), Шмелев Александр Юрьевич (RU), Коврига Владислав Витальевич (RU), Самойлов Сергей Васильевич (RU), Гвоздев Игорь Васильевич (RU), Рыбак Семен Борисович (RU), Пятин Иван Николаевич (RU)/ Дата подачи заявки 07.10.2010 / Дата публикации заявки 20.04.2012;
6. Гибкий трубопровод с текстильным армированием. Заявка на изобретение RU 98108039 А, F16L 9/133 /Авторы: Ле Нуво Жоэль (FR), До Анатолий Туан (FR)/ Заявка РСТ 25.09.1996 / Дата публикации заявки 20.02.2000;
7. Устройство и способ депарафинизации нефтегазовых скважин. Патент на изобретение RU 2273725 С2, Е21В 37/06 /Автор(ы): Робин Андрей Викторович (RU)/ Дата подачи заявки 18.06:2004 / Дата публикации заявки 20.11.2005;