Устройство для электрического подогрева трубопроводов

Полезная модель относится к электротехнике и системам электрического обогрева, а именно может быть использована для подогрева трубопроводов различной длины.
Продвижение основных нефтегазодобывающих районов страны на Север поставили перед специалистами газовой и нефтяной промышленности ряд актуальных технических задач.
Одной из таких задач является обеспечение надежной работы внутрипромыслового и межплощадочного трубопроводного транспорта. Образование асфальто-смолистых, парафиновых отложений и ледяных пробок в газопроводах и нефтепроводах на мощных северных промыслах, большие затруднения при эксплуатации водозаборных сооружений промыслов в районах вечной мерзлоты, водоводов и водостоков все это поставило на повестку дня необходимость разработки простых, не дорогих и надежных устройств для подогрева трубопроводов и других объектов нефтегазопромыслов, устройств, способных небольшим количеством дополнительной энергии, сообщенной извне, автоматически компенсировать наружные теплопотери, обеспечить надежную эксплуатацию систем промыслового трубопроводного транспорта и оборудования.
Известно устройство для электрического подогрева технологических объектов вихревыми токами [RU 154343 U1 МПК Н05В 6/06, опубликованная 20.08.2015], содержащее источник питания переменного тока, по меньшей мере, одну нагревательную трубку, выполненную из ферромагнитного материала, внутри которой протянут проводник и коммутирующее устройство, отличающееся тем, что концы проводника соединены с выходами коммутирующего устройства, а входы коммутирующего устройства с источником питания переменного тока, управление коммутирующим устройством осуществляется системой управления, содержащей, по меньшей мере, один датчик температуры и блок управления, в зависимости от геометрии обогреваемого объекта и количества нагревательных трубок проводник разбит на участки и скреплен соединительными муфтами, которые расположены в протяжных коробках.
Недостатком данной полезной модели является высокая материалоемкость вследствие подключения обоих концов проводника к выходам коммутирующего устройства.
Известно устройство для обогрева трубопроводов [RU 43941 U1 МПК F17D 1/18, Н05В 3/48, опубликованная 10.02.2005], содержащее по п. 1 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, отличающееся тем, что защитный элемент выполнен в виде гофрированной полимерной трубки.
Недостатком данной полезной модели является невозможность контролировать температуру нагревательного элемента, выполненного в виде трубы из ферромагнитного материала, вследствие чего может произойти перегрев трубопровода.
Задачей полезной модели является создание устройства для электрического подогрева трубопроводов, при осуществлении которой достигается технический результат, заключающийся в возможности регулирования температуры нагреваемого объекта в заданном интервале.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для электрического подогрева трубопроводов содержит источник питания переменного тока, по меньшей мере, одну нагревательную трубку из ферромагнитного материала, внутри которой протянут проводник и коммутирующее устройство, управление коммутирующим устройством осуществляется системой управления, содержащей, по меньшей мере, один датчик температуры и блок управления, в зависимости количества нагревательных трубок проводник разбит на участки и скреплен соединительными муфтами, которые расположены в протяжных коробках, нагревательная трубка и проводник одним концом соединены с выходами коммутирующего устройства, а другим концом между собой, входу коммутирующего устройства соединены с источником питания переменного тока.
На фиг. 1 - изображен электрический контур, содержащий источник питания и нагревательную трубку.
На фиг. 2 - изображена простая структурная схема системы управления электрическим подогревом.
На фиг. 3 - изображено устройство для электрического подогрева, установленное на трубопроводе.
Устройство для электрического подогрева трубопроводов, по меньшей мере, одну нагревательную трубку 1, выполненную из ферромагнитного материала (фиг. 1, 3). Длина и количество нагревательных трубок 1 зависят от параметров трубопровода 7, например длины. Нагревательные трубки 1 соединены между собой при помощи сварки. Внутри нагревательной трубки 1 протянут проводник 2, служащий для протекания электрического тока (фиг. 1, 3). Нагревательная трубка 1 и проводник 2 одним концом соединены с выходами коммутирующего устройства 3, а другим концом между собой. Входы коммутирующего устройства 3 соединены с источником питания 4 переменного тока, таким образом, обеспечивается включение или отключение системы электрического подогрева.
Управление коммутирующим устройством 3 осуществляется системой управления, включающей в себя, по крайней мере, один датчик температуры 5, блок управления 6 (фиг. 2). Датчик температуры 5 устанавливается на поверхность трубопровода 7, для определения ее температуры (фиг. 3). Датчик температуры 5 соединен с блоком управления 6, например кабелем или по радиосигналу. Таким образом, система управления включает в себя устройства, которые измеряют показания (датчик температуры 5), устройство которое анализирует (блок управления 6) и выдает сигнал на замыкание или размыкание коммутирующего устройства 3. Для уменьшения трения при протягивании проводника 2 через нагревательные трубки 1 при большом их количестве или сложной геометрии обогреваемого объекта, могут быть применены протяжные коробки 8 и соединительные муфты 9 (фиг. 3), обеспечивая разбиение проводника 2 на участки меньшей длины, тем самым облегчая монтаж системы электрического подогрева.
Устройство для электрического подогрева трубопроводов работает следующим образом.
При уменьшении температуры окружающего воздуха происходит потеря тепла от трубопровода 7 через теплоизоляцию. Вследствие чего температура трубопровода 7 уменьшается. Датчик температуры 5, установленный на поверхности трубопровода 7 (рис. 3), передает данные в блок управления 6, который их анализирует и выдает сигнал на замыкание или размыкание коммутирующего устройства 3. При замыкании коммутирующего устройства 3 образуется замкнутый контур из нагревательной трубки 1 и проводника 2, который соединен с источником питания 4 (фиг. 1, 3). Электрические ток Ip, протекающий по нагревательной трубке 1 и проводнику 2, нагревает их и выделенное тепло передается трубопроводу 7 (фиг. 1). Так как нагревательная трубка 1 выполнена из ферромагнитного материала, например сталь марки ст3, электрический ток протекает преимущественно на ее внутренней поверхности, при условии что толщина нагревательной трубки 1 больше чем толщина скин-слоя. На наружной поверхности электрический потенциал равен нулю и нагревательную трубку 1 можно заземлить.
Толщина слоя, по которому распределены вихревые токи, определяется по формуле:
0
где δ - толщина слоя, мм; μ - магнитная проницаемость вещества, Гн/м; μ - магнитная постоянная, Гн/м; σ - удельная электрическая проводимость, См/м;  - частота сети, Гц.
При достижении температуры трубопровода 7 заданного значения, блок управления 6 выдает сигнал на размыкание коммутирующего устройства 3. Таким образом, происходит контроль температуры обогреваемого объекта, для предотвращения его перегрева.