3. Исследование системы электрического обогрева трубопровода. Выбор типа регулятора температуры. Расчет оптимальных настроек регулятора

3.1. Теплотехнический расчет трубопровода

Рассмотрим индукционно-резистивную систему обогрева вихревыми токами.

Обогреваемый предмет - трубопровод диаметром 108 мм, протяженностью 5000 м.

Предмет исследования расположен на объекте «Вакуумная компрессорная станция на УПСВ-7 Уренгойского нефтяного месторождения». Климат района резко континентальный, с холодной продолжительной зимой и коротким тёплым летом. Район строительства в соответствии со СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» относится к северной строительно-климатической зоне, к климатическому подрайону IД [13]. Для обеспечения нормальной работы и защиты от замерзания трубопровода необходимо:

• определить необходимую мощность нагревателя и проверить выбранную мощность по условию температуры;

• выбрать тип регулятора температуры (если требуется), произвести расчет его настроек;

• выбрать технические средства измерения и регулирования.

Общие данные трубопровода подлежащего электрическому обогреву приведены в табл. 3.1. Данные по обогреваемым трубопроводам приведены в табл. 3.2

Таблица 3.1

Общие данные обогреваемого трубопровода

Технолог­ическая температура, С	Норм.	+27		Теплоемкость жидкости, Дж/кг∙°С				880
	Макс.	+33		Способ прокладки трубопровода				Надзем.
Допустимая температура для продукта, С	Мин.	+25		Тип теплоизоляции		ППУ
	Макс	+60		Коэффициент теплопроводности изоляции при +20С, Вт/(мград)				0,033
Температура окружающей среды, С	Мин.	-46
	Макс	+36		Температурный класс взрывоопасной смеси , Т1…Т6				Т3
Температура пропарки, С			Нет
Напряжение цепей обогрева, В			-		Материал трубы		сталь
Скорость ветра, м/с			2

Таблица 3.2

Данные по обогреваемым трубопроводам

№ п/п	Обозначе­ние линии	Наружный диа­метр тру­бы, мм	Толщина теплоизо­ляции, мм	Длина трубы, м
1	Нефть	325	100	5000

Расчет произведем согласно методике описанной выше.

Определяется количество потерь с поверхности трубопровода на 1 метр, для этого воспользуемся формулой (2.1):

Подставим в формулу (2.8) полученное значение необходимой мощности нагревательного элемента и определим максимальную температуру нагревателя, при условии, что он работает в худших условиях ( ):

Так как максимально допустимая температура, до которой может нагреться трубопровод превысила температуру максимально-допустимую классом взрывоопасной зоны (200 С), найдем нормально допустимую мощность нагревательного устройства по формуле (2.9):

Нормально допустимая мощность нагревательного устройства составила Вт/м, что больше тепловых потерь с трубопровода, таким образом, выполняется условие :

Проверим метод расчета максимальной температуры до которой может нагреться нагревательное устройство. Для этого смоделируем тепловой режим работы нагревательного устройства в программном комплексе Elcut 6.

Картина распределения температуры по сечению трубопровода, с установленным на нем нагревательным устройством, приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Картина распределение температуры в месте установки нагревательного устройства

Путем анализа картины поля получены следующие данные:

- в точке Т1 температура нагревательного элемента составила 132,2 С

- в точке Т2 температура нагревательного элемента составила 128,2 С

Полученное в процессе моделирования значение температуры Т1 отличается от расчетной температуры на 0,2С. Так как погрешность вычисления незначительна, то метод расчета считаю допустимым для применения. Для того чтобы обеспечить энергоэффективное потребление мощности ИРСН, предлагается осуществлять точное регулирование температуры. Расчет технических средств регулирования приводится ниже.