1.3. Описание cкин-системы для обогрева труб

«Скин-эффект» - эффект затухания электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток, при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое [9, с. 177]. На этом свойстве материалов основана скин-система.

Скин-система предназначена для разогрева, поддержания температуры и защиты от замерзания сверхдлинных трубопроводов (от 2 до 200 км).

Принцип работы скин-систем основан на применении специальных нагревательных элементов, использующих явление скин-эффекта и эффекта близости в проводниках из ферромагнитных материалов на переменном токе промышленной частоты (50 Гц). Нагревательный элемент представляет собой трубку из специальной низкоуглеродистой стали с наружным диаметром от 20 до 60 мм., внутри которой располагается специальный проводник из немагнитного материала (меди или алюминия) сечением от 8 до 40 кв. мм (рис. 1.2). Проводник в конце плеча обогрева надежно соединяется со стальной трубкой, а в начале плеча между трубкой и проводником подается переменное напряжение, величина которого рассчитывается исходя из необходимого тепловыделения и длины участка обогрева.

Питающее напряжение прикладывается таким образом, что по медному проводнику ток течет в одном направлении, а по стальной трубке возвращается. Переменный ток течет по всему сечению внутреннего проводника, поскольку на промышленной частоте в немагнитном материале с хорошей проводимостью заметного поверхностного эффекта не возникает. В ферромагнитном внешнем проводнике (стальной трубке) скин-эффект ярко выражен, т.е. ток протекает не по всей толще стенки трубки, а в тонком (около 1 мм.) поверхностном слое. Причем этот слой расположен у внутренней поверхности стальной трубки.

Рис. 1.2. Схема принципа действия скин-систем

Ток протекает по внутренней поверхности трубки скин-нагревателя, а на внешней ее поверхности он практически отсутствует. Отсутствие электрических потенциалов делает систему безопасной для обслуживающего персонала. Этот эффект позволяет заземлять трубку в любом месте. На ближнем и дальнем концах системы обогрева трубка заземляется обязательно.

При протекании тока происходит выделение тепла в обоих проводниках. При правильном конструировании системы 60-80 % тепла выделяется в стальной трубке и только 20-40% — в проводнике с медной жилой. Электрически система строится так, чтобы обеспечить непрерывность как скин-проводника, так и трубки скин-нагревателя, представляющей собой обратный проводник.

Рабочий диапазон температур скин-системы составляет от -50 до +160°С. Напряжение питания — до 4,0 кВ, частота — 50 Гц. Удельное тепловыделение одного элемента до 100 Вт/м [10]. Достоинства и недостатки Скин-системы сведем в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Достоинства и недостатки скин-системы для ЭО трубопроводов

Достоинства	Недостатки
Большая монтируемая длина (до 200 км)	Сложность монтажа на непрямолинейных участках
Обеспечивает хороший тепловой контакт с трубопроводом	Большие капитальные затраты при длине трубопровода меньше 2 км, по сравнению с системами основанными на греющих кабелях
Являются электро- и взрывобезопасными
Срок службы не менее 25 лет
Симметрирование токов
Требует меньших капитальных затрат относительно других систем обогрева трубопроводов при длине трубопровода свыше 5 км

Одним из ведущих мировых производителей скин-системы является российская компания «Специальные системы и технологии», установившая свои системы на объектах, представленных в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Референс-лист ГК «ССТ». Проектирование и монтаж скин-систем

Заказчик	Объект	Выполненные работы
РАО «Газпром» ОАО «Газпром Добыча Ямбург»	Заполярное ГНКМ	Скин-система на межплощадочном водоводе длиной 18000 метров
РАО «Газпром» ООО «Уренгойгазпром»	Песцовое ГКМ	Скин-система на водоводе длиной 40000 метров и межплощадочных сетях − 5000 метров
РАО «Газпром» ОАО «Сибирская нефтегазовая компания»	Береговое ГНКМ	Скин-система на водоводе длиной 10000 метров
Total-Fina-Elf	Харьягинское нефтяное месторождение. Харьяга-III	Скин-система на нефтяных межплощадочных трубопроводах длиной 50000 метров
ОАО НК «ЛУКОЙЛ» ЗАО «ЛУКОЙЛ-СЕВЕР»	Южно-Инзырейское нефтяное месторождение Напорный нефтепровод от скв. № 253 до врезки в магистральный тр-д Печоранефть	Скин -система на трубопроводе длиной 12,5 км. Длина ИР-проводника 25 км. S=542 кВА. В работе с 2002 г.