ОБОГРЕВАТЕЛЬ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ, ТРУБОПРОВОДОВ И ЕМКОСТЕЙ

H05B 6/10
H05B 6/40
Обогреватель трубопроводной арматуры, трубопроводов и емкостей.
Полезная модель относится к нефтехимическому и нефтегазовому оборудованию и предназначена для защиты от замерзания, аварийного размораживания и поддержания температуры продукта (компенсация тепловых потерь) в теплоизолированных трубопроводах, емкостях и трубопроводной арматуре. Полезная модель обеспечивает бесперебойную работу нефтехимического производства за счет исключения замерзания продукта в трубопроводах и емкостях и повышения надежности работы внутренних подвижных элементов трубопроводной арматуры.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, взятым за прототип, является обогреватель трубопроводной арматуры (Патент  на полезную модель № 158219, МПК H05B 6/10, H05B 6/40), содержащий жесткий корпус с размещенным в нем электрическим нагревательным элементом - индуктором, подключенным к источнику переменного тока промышленной или повышенной частоты, греющая поверхность которого выведена на внешнюю сторону корпуса обогревателя, сопряженную с обогреваемым участком трубопроводной арматуры, защищенную термостойким немагнитным материалом с герметизацией  расположенных в корпусе элементов термостойким компаундом.
Однако такое конструктивное решение имеет принципиальные недостатки - отсутствие универсальности использования обогревателя на различных нагреваемых объектах, разнообразных по форме и габаритам.  Вследствие того, что индуктор прототипа является встроенным в жесткий корпус обогревателя, форма его греющей поверхность всегда остается неизменной для сопряжена с нагреваемым объектом, что приводит к снижению универсальности и увеличению стоимости обогревателя, так как его приходится изготавливать под конкретный объект нагрева. Как следствие увеличивается стоимость эксплуатации оборудования, поскольку под каждый вид оборудования необходимо применять свой тип обогревателя. Кроме того, для повышения эффективности работы обогревателя (исключения потерь тепла с нагреваемого объекта) требуется применение дополнительной теплоизоляции нагреваемого объекта.
Технической задачей заявленной полезной модели является создание обогревателя, обеспечивающего высокую универсальность использования, мобильность и низкую стоимость как самого обогревателя, так и малые затраты на эксплуатацию оборудования.
Технический результат достигается за счет применения для нагрева металлической стенки корпуса трубопроводной арматуры, трубопроводов и емкостей индуктора со встроенным датчиком температуры, вынесенного из жесткого корпуса обогревателя, в котором остаются только элементы управления (полупроводниковый преобразователь электрической энергии и терморегулятор), и соединенного с корпусом гибким электрическим кабелем.  Применение данного технического решения позволяет изготавливать индуктор в виде гибкого мата, легко принимающего форму нагреваемого объекта, что обеспечивает легкое и простое сопряжение индуктора с любым по форме нагреваемым объектом и обеспечить дополнительную теплоизоляцию нагреваемого объекта.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид обогревателя трубопроводной арматуры трубопроводов и емкостей.
На фиг.2 изображен поперечный разрез гибкого индуктора обогревателя трубопроводной арматуры, трубопроводов и емкостей.
1 - Корпус обогревателя.
2 - Индикатор состояния (режима работы) обогревателя.
3 - Кабельный ввод для подвода напряжения питания к обогревателю.
4 - Выносной гибкий индуктор со встроенным датчиком температуры.
5 - Внешний защитный слой рабочей греющей поверхности выносного гибкого индуктора, соприкасаемой с металлической поверхностью нагреваемого объекта, выполненный из прочной технической ткани на основе композиционных полимерных материалов с низким удельным электрическим сопротивлением и низкой теплопроводностью.
6 - Кабельный ввод для гибкого кабеля от выносного гибкого  индуктора, залитый компаундом.
7 - Электрические провода от датчика температуры и от обмотки индуктора (индуктирующей обмотки), представляющие собой гибкий кабель в защитной оболочке.
8 - Датчик температуры (термочувствительный элемент) терморегулятора.
9 - Обмотка (индуктирующая) выносного гибкого индуктора, выполненная из электроизолированного многожильного медного кабеля, залитая компаундом.
10 - Внешний защитный слой выносного гибкого индуктора, выполненный из прочной технической ткани.
Заявлена полезная модель «Обогреватель трубопроводной арматуры, трубопроводов и емкостей» (фиг.1), представляющая собой жесткий металлический или пластиковый корпус 1 и соединенный с ним выносной индуктор 4 со встроенным датчиком температуры 8, который выполнен в виде гибкого мата, устанавливаемого на обогреваемый участок оборудования. Внутри корпуса 1 расположены плата управления с терморегулятором и полупроводниковым преобразователем частоты, питающим обмотку выносного индуктора 4 током повышенной частоты. Корпус 1 с установленным в нем элементами и обмотка выносного индуктора 9, помещенная в защитную оболочку, состоящую из внешнего слоя 10 и внешнего слоя 5, заливается термостойким компаундом для герметизации. Со стороны внешнего слоя 5 расположена рабочая (греющая) поверхность индуктора (поверхность соприкосновения индуктора с поверхностью обогреваемого объекта), поэтому внешний слой 5 изготовлен из прочной технической ткани на основе композиционных полимерных материалов с низким удельным электрическим сопротивлением и низкой теплопроводностью. Кабельный ввод 6 обеспечивает герметичный ввод гибкого кабеля, соединяющего выносной индуктор 4 и корпус обогревателя 1. Внутри гибкого кабеля помещены  электрические провода 7 от обмотки индуктора 9, подключаемые к полупроводниковому преобразователю, и от датчика температуры 8, подключаемые к терморегулятору, которые в свою очередь размещены в корпусе 1.
Обмотка 9 индуктора выполнена в виде плоской многовитковой или одновитковой индукционной катушки (фиг. 2), заливаемой термостойким компаундом. Поскольку индуктор гибкий, то обеспечивается сопряжение с обогреваемым участком, и плотное прилегание индуктора к поверхности обогреваемого объекта. Поскольку внешний защитный слой из технической ткани 5 имеет низкую удельную теплопроводность, то существенно снижаются потери тепла от нагреваемой поверхности и ускоряется процесс нагрева за счет интенсивного разогрева именно той зоны металлической стенки нагреваемого объекта, к которой прислоняется индуктор (например, к корпусу трубопроводной арматуры).
Все расположенные в корпусе 1 и помещенные в защитные оболочки 5 и 10 элементы герметизированы термостойким компаундом, что обеспечивает высокий класс защиты обогревателя от влаги и пыли (внешних атмосферных воздействий). Для дополнительной защиты от внешних механических воздействий силовой питающий кабель, вводимый в корпус 1 через кабельный ввод 3, уложен в гибкую гофрированную трубу, стойкую к воздействию ударов и давления, например, металлическую гофрированную трубу.
Устройство работает следующим образом. Электромагнитное поле, формируемое обмоткой индуктора 9, обмотка которого подключена к источнику переменного тока промышленной или повышенной частоты (преобразователь электрической энергии расположен в корпусе 1), создает на некоторой глубине поверхности металлического корпуса трубопроводной арматуры, трубопровода или емкости вихревые токи (на глубине, равной глубине проникновения токов в металл, причем глубина зависит от частоты тока, протекающего через обмотку 9 индуктора, чем выше частота, тем меньше глубина проникновения). Вихревые токи  приводят к нагреву корпуса трубопроводной арматуры, трубопровода или емкости, что обеспечивает высокую надежность работы нефтехимического производства при низких температурах окружающей среды.
Таким образом, как и в прототипе для нагрева металлической стенки трубопроводной арматуры, трубопровода или емкости используется электрический нагревательный элемент - индуктор, создающий переменное электромагнитное поле повышенной или промышленной частоты.  Однако обмотка индуктора 9 и датчик температуры 8 (фиг.2) конструктивно вынесены из жесткого корпуса 1 (фиг. 1) обогревателя, и размещены в оболочке из прочных технических тканей, залиты внутри оболочки термостойким компаундом, то есть, выполнены в виде отдельного гибкого мата 4. Причем один слой защитной оболочки, представляющий собой греющую поверхность индуктора, выполнен из технической ткани на основе композиционных полимерных материалов с низким удельным электрическим сопротивлением и низкой теплопроводностью. Датчик температуры 8 отслеживает температуру нагреваемого объекта и при превышении температуры в зоне нагрева выше установленной в терморегуляторе, датчик температуры 8 выдает сигнал на исполнительный элемент терморегулятора, который обесточивает обмотку индуктора 9, или запрещает работу полупроводникового преобразователя, что приводит к прекращению нагрева. Как только температура в зоне нагрева снизится до минимума, определяемого уставкой терморегулятора, исполнительный элемент терморегулятора подключит индуктирующую обмотку 9, по ней начнет протекать переменный ток и объект снова начнет нагреваться.
Применение внешнего защитного слоя 5 оболочки  выносного индуктора 4, соприкасающегося с металлической поверхностью нагреваемого объекта (греющая поверхность выносного индуктора), выполненного из материала с низким удельным сопротивлением и низкой теплопроводностью позволяет, во-первых стекать в землю накопленным электростатикой зарядам на поверхности оболочки индуктора (поверхность нагреваемого объекта обычно заземлена), что в свою очередь не приведет к опасным уровням потенциала на оболочке, способного воспламенить среду на взрывоопасных объектах, во-вторых снизить тепловые потери с поверхности нагреваемого объекта, тем самым увеличив эффективность работы обогревателя.
Техническим результатом использования заявленного обогревателя трубопроводной арматуры является высокая универсальность в работе, высокий КПД за счет снижения тепловых потерь, малый вес, габариты, легкий монтаж и демонтаж устройства на обогреваемое оборудование без специальной подготовки трубопроводной арматуры, мобильность  и низкую стоимость как самого обогревателя, так и малые затраты на эксплуатацию оборудования.  Указанные преимущества полезной модели дают возможность широкого применения обогревателя, в том числе и на пожаро-взрывоопасных объектах.