3.1 Особенности применения систем среднечастотного индукционного нагрева в нефтегазовой промышленности

Нагрев или поддержание технологических температур в трубопроводах, резервуарах и емкостях - самый распространенный прием в различных технологических цепочках. При этом можно выделить следующие основ­ные технологические операции: компенсация теплопотерь в окружающую среду при транспортировке нефтепродукта по трубопроводам и разогрев для различных технологических целей (например, разогрев масла или вязкого нефтепродукта).

Индукционная электротехнология находит все большее применение в нефтяной промышленности. Особый интерес представляет технологический процесс нанесения защитного покрытия на нефтяные резервуары в зимних условиях с использованием индукционного нагрева.

С помощью индукционных установок возможен нагрев резервуаров, емкостей и цистерн любого размера.

Индуктирующему проводу конструктивно может быть придана любая форма в зависимости от типа нагреваемого объекта. Чаще всего это цилиндрическая спираль.

В качестве источника питания нагрузочного колебательного контура используется высокочастотный генератор, например, тиристорный преобразователь частоты.

Используя индукционную электротехнологию, было успешно осуществлено в зимних условиях (при минусовой температуре окружающей среды) нанесение защитного покрытия внутри резервуара (диаметром 21 м) РВСП-5000 нефтеперерабатывающей станции “Чернушка”.

3.2 Индукционный нагрев трубопроводов

В полевых условиях, когда для транспортировки жидких веществ (нефть, вода, газ и т.д.) используются открытые трубопроводы, необходим индукционный нагрев, который предотвращает отложения на стенках труб и затвердевание веществ. При низких температурах позволяет уменьшить вязкость транспортируемых веществ и обеспечить работоспособность этих трубопроводов. При эксплуатации газопроводов возможно образование конденсата и его замерзание, при том также необходим обогрев.

Подогрев труб может осуществляться горячей водой или паром. Экономические расчеты показывают, что при обогреве трубопроводов паром необходимы значительные капитальные затраты и высокие эксплуатационные расходы. Отечественная и зарубежная практика показывают, что при электрическом нагреве трубопроводов капитальные затраты в 1,5 раза меньше, чем при нагреве паром.

В настоящее время, например электрический нагрев, находит все большее применение при эксплуатации водоводов в условиях севера. Кроме того, электрический нагрев позволяет просто регулировать температуру, а конструкции систем электрического нагрева трубопроводов проще, чем конструкции нагрева паром.

Электронагрев трубопроводов может осуществляться тремя способами: косвенный нагрев сопротивлением, прямой резистивный нагрев, индукционный нагрев.

1. Косвенный нагрев

Для косвенного нагрева используют специальные нагревательные кабели, рассчитанные на работу при высоких температурах (до 650°С), или электронагреватели сопротивления (нагревательные ленты). Электрически выгоднее размещать кабель нагревателя внутри трубы, однако это не всегда целесообразно и возможно по технологическим соображениям.

При размещении нагревателя снаружи велики тепловые потери (температура нагревательных элементов выше температуры нагреваемой трубы) поэтому необходима теплоизоляция нагревателя. В связи с тем, что при косвенном нагреве температура нагреваемых элементов существенно превышает температуру нагреваемой трубы, такие нагреватели отличаются повышенной электро-, пожаро- и взрывоопасностью, что является существенным недостатком косвенного электронагрева трубопроводов.

2. Прямой нагрев

При прямом нагреве электрический ток пропускается по трубе. Хотя при этом не требуются специальные нагревательные кабели, ввиду малого сопротивления трубы, а также в соответствии с требованиями техники безопасности необходимо применять пониженное напряжение, т.е. применять трансформаторы, что приводит к удорожанию устройства. Кроме того, недостатком прямого злектронагрева является наличие электрического потенциала на оборудовании.

3. Индукционный нагрев

Индукционный нагрев характеризуется выделением тепла в проводящем нагреваемом объекте и бесконтактной передачей энергии, поэтому применение индукционного нагрева трубопроводов во многих случаях оказывается предпочтительным.

Если нагреваемый объект из металла поместить в электромагнитное поле проводника, по которому проходит переменный ток, то в объекте по закону электромагнитной индукции будут индуктироваться вихревые токи, вызывающие разогрев объекта. При этом проводник, по которому пропускается переменный электрический ток, называют индуктирующим проводом. Индуктирующему проводу конструктивно может быть придана любая форма в зависимости от типа нагреваемого объекта. Чаще всего-это цилиндрическая спираль. Устройство, выполненное на основе индуктирующего провода, называется индуктором.

Следует особо подчеркнуть тот факт, что наибольшее использование электромагнитной энергии будет в том случае, если коэффициент мощности индуктора будет равен единице. Этого можно добиться, если параллельно индуктору подключить компенсирующую батарею конденсаторов. Компенсирующая батарея конденсаторов и индуктор образуют нагрузочный колебательный контур, в котором реактивная энергия, запасенная в магнитном поле индуктора, передается конденсаторам, переходя в энергию электрического поля. В качестве источника питания нагрузочного колебательного контура используется высокочастотный генератор, например, тиристорный преобразователь частоты.

Индукционные нагреватели на сегодняшний день являются самым надежным, долговечным и безопасным оборудованием среди всех электронагревателей. Потребительские свойства индукционных нагревателей на токах промышленной частоты обеспечиваются запатентованной конструкцией, которая принципиально отличается от других типов электронагревателей - тэновых и электродных. К числу достоинств индукционных установок относятся их автономность, эффективность и хорошие экологические характеристики. К тому же такие нагреватели долговечны, неприхотливы и при этом обеспечивают высокую пожарную и электрическую безопасность. Это оборудование сохраняет свои свойства в самых сложных и неблагоприятных условиях, что проверено в ходе эксплуатации в нефтеносных районах Крайнего Севера.