RU2564731C1

RU2564731C1 - Device of heating of local sections of pipelines

Info

Publication number: RU2564731C1
Application number: RU2014120942/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Куликов; Владимир Николаевич Рогожников; Андрей Викторович Порсин; Бехарано Эмилио Диаз; Сандро Макиетто
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Уникат"
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2015-10-10
Also published as: WO2015183121A1

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: device comprises one or two separate sections: a radiation section, where heat is generated by catalytic combustion of gaseous fuel, and a convection fuel, where hot effluent gases provide for additional heating. The radiation section comprises one or several heating elements, a gas distribution system, a system of air supply and a start system. The convection section represents a double-pipe structure of "pipe in pipe" type.

EFFECT: device has small weight, wide range of regulation and high efficiency of energy use, which may be used during heat generation in a wide range by capacity, in wide temperature ranges on different fuel types, and in development of modular structures on its basis.

4 cl, 7 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к технологии и устройству для нагрева участков трубопровода и жидкости в нем, при использовании радиационных нагревателей, работающих на каталитическом сжигании газообразного углеводородного топлива, а также для нагрева отдельных участков других протяженных объектов, таких как рельсы и балки.The present invention relates to a technology and device for heating sections of a pipeline and liquid in it, using radiation heaters operating on the catalytic combustion of gaseous hydrocarbon fuel, as well as for heating individual sections of other extended objects, such as rails and beams.

Радиационные источники тепла широко используются для нагрева различных предметов, материалов, теплоносителя в теплообменных аппаратах, при приготовлении пищи, в качестве обогревателей внутренних помещений. Радиационный нагрев также используется для нагрева отдельных участков протяженных объектов с целью обеспечения равномерного прогрева и регулируемого охлаждения при таких технологических операциях, как сварка, нанесение полимерного покрытия в условиях низких температур, нагрева жидкого или газообразного теплоносителя, подаваемого по трубопроводу, для подогрева отдельных механизмов и устройств с целью предотвращения их от замерзания, для подогрева жидкости, транспортируемой по трубопроводу, например, с целью снижения вязкости и потерь на перекачивание.Radiation heat sources are widely used for heating various objects, materials, heat carrier in heat exchangers, during cooking, as heaters of indoor premises. Radiation heating is also used to heat separate sections of extended objects in order to ensure uniform heating and controlled cooling during technological operations such as welding, applying a polymer coating at low temperatures, heating a liquid or gaseous heat carrier supplied through a pipeline, to heat individual mechanisms and devices in order to prevent them from freezing, to heat the fluid transported through the pipeline, for example, to reduce viscosity and sweat pumping.

Тепло в данных устройствах получают за счет электрического нагрева или сжигания топлива. Стоимость тепла, получаемого с помощью электрического нагрева, в несколько раз выше стоимости тепла, получаемого за счет сжигания углеводородов. Кроме того, для этого требуется источник тока, что может представлять определенную проблему в отдаленных местах. Использование электрических нагревателей для нагрева протяженных объектов, например трубопроводов, служит источником электрических и магнитных нолей, может быть причиной электрической коррозии металла, что требует дополнительных мер защиты.Heat in these devices is obtained by electric heating or burning fuel. The cost of heat produced by electric heating is several times higher than the cost of heat generated by burning hydrocarbons. In addition, this requires a current source, which can be a problem in remote places. The use of electric heaters for heating extended objects, such as pipelines, serves as a source of electric and magnetic zeros, can cause electric corrosion of metal, which requires additional protective measures.

Факельное сжигание топлива дает высокую температуру (до 1100-1300°C), что приводит к образованию вредных оксидов азота. Кроме того, при таком сжигании трудно добиться направленного потока тепла. Для того чтобы избежать перегрева нагреваемого предмета, необходимо увеличивать расстояние между поверхностью радиационного излучения и нагреваемым предметом. Это неизбежно приводит к увеличению габаритов устройства.Flaring fuel gives a high temperature (up to 1100-1300 ° C), which leads to the formation of harmful nitrogen oxides. In addition, with such combustion it is difficult to achieve a directed heat flow. In order to avoid overheating of the heated object, it is necessary to increase the distance between the surface of the radiation and the heated object. This inevitably leads to an increase in the dimensions of the device.

Нагреватели на основе беспламенного каталитического сжигания газообразных углеводородов представляют собой экологически безопасную альтернативу для нагрева трубопроводов с возможностью достижения высокой эффективности использования энергии и сведения к минимуму негативного воздействия на транспортную инфраструктуру. Диффузионный режим горения при каталитическом сжигании является безопасным, поскольку отсутствует образование взрывоопасных газовых смесей. В этом случае топливо и воздух подводится к катализатору, на котором происходит окисление углеводородного топлива, с разных сторон (направлений). Температуру излучаемой поверхности можно регулировать при помощи изменения количества подаваемого топлива в диапазоне 200-450°C, обеспечивая при этом полное сжигание и отсутствие оксидов азота. Более низкие температуры излучаемой поверхности в сравнении с факельным сжиганием позволяют избежать перегрева нагреваемых предметов и создавать нагревательные устройства меньших габаритов. Максимальные нагрузки нагревателей при данном типе горения топлива ограничены скоростью диффузии кислорода к катализатору. Превышение максимальных нагрузок приводит к неполному сжиганию топлива и выбросу несгоревших углеводородов и монооксида углерода.Heaters based on flameless catalytic combustion of gaseous hydrocarbons are an environmentally friendly alternative for heating pipelines with the possibility of achieving high energy efficiency and minimizing the negative impact on transport infrastructure. The diffusion mode of combustion during catalytic combustion is safe, since there is no formation of explosive gas mixtures. In this case, fuel and air are supplied to the catalyst, on which the oxidation of hydrocarbon fuel occurs, from different sides (directions). The temperature of the emitted surface can be controlled by changing the amount of fuel supplied in the range of 200-450 ° C, while ensuring complete combustion and the absence of nitrogen oxides. Lower temperatures of the emitted surface in comparison with flaring allow avoiding overheating of heated objects and create heating devices of smaller dimensions. The maximum load of heaters for this type of fuel combustion is limited by the rate of diffusion of oxygen to the catalyst. Exceeding maximum loads leads to incomplete combustion of fuel and the release of unburned hydrocarbons and carbon monoxide.

В патенте US 6971380, F23D 14/18, 06.12.2005 и заявке US 2009/0053664, F23C 13/18, 26.02.2009 каталитические нагревательные устройства имеют нагревательный элемент цилиндрической формы, в котором топливо подается во внутреннюю полость и радиационный тепловой поток излучается радиально в направлении перпендикулярном оси цилиндра во внешнюю среду. В патенте US 6971380, F23D 14/18, 06.12.2005 используется подвижный рефлектор для изменения направления теплового потока. Рефлектор позволяет формировать тепловой поток в виде широкого сектора. Данные устройства предназначены для обогрева окружающей среды, и их использование для нагрева таких объектов как, например, трубопроводы неэффективно в виду высоких тепловых потерь в окружающую среду.In the patent US 6971380, F23D 14/18, 06/06/2005 and application US 2009/0053664, F23C 13/18, 02/26/2009, the catalytic heating devices have a cylindrical heating element in which fuel is supplied into the internal cavity and the radiation heat flux is radially radiated in the direction perpendicular to the axis of the cylinder into the external environment. In the patent US 6971380, F23D 14/18, 12/06/2005 a movable reflector is used to change the direction of the heat flux. The reflector allows you to form a heat flow in the form of a wide sector. These devices are intended for heating the environment, and their use for heating such objects as, for example, pipelines is inefficient due to high heat losses to the environment.

В патентах US 3731668 и US 4319125 предлагаются каталитические нагреватели радиального типа трубчатой формы, в которых используются продольные рефлекторы. В первом используется пара регулируемых рефлекторов плоской формы, а во втором - V-образной формы.US Pat. No. 3,731,668 and US Pat. No. 4,319,125 offer tube-shaped radial-type catalytic heaters that utilize longitudinal reflectors. The first uses a pair of adjustable flat-shaped reflectors, and the second uses a V-shaped.

В патенте US 7066730 предлагается нагревательное устройство для нагрева газового или жидкого потока в трубопроводе. Нагревательное устройство состоит из коробчатых каталитических нагревателей, расположенных в виде ромба в поперечном сечении трубы. Изобретение включает закрытый корпус с нагревателями и трубами внутри в виде змеевика, многократного пересекающего зону нагрева. Недостатком известного устройства является неравномерность нагрева поверхности трубы. Тепловой поток воздействует в максимальной степени на части трубы, ближайшие к излучающей поверхности нагревательного элемента, а на удаленные части трубы - в меньшей степени, что приводит к локальному неравномерному нагреву поверхности трубы. Значительные по длине участки ввода внутри бокса и «U» образный поворот не оснащены каталитическими нагревателями, следовательно, не отапливаются, что снижает эффективность системы подогрева.US 7,066,730 proposes a heating device for heating a gas or liquid stream in a pipeline. The heating device consists of box-shaped catalytic heaters located in the form of a rhombus in the cross section of the pipe. The invention includes a closed housing with heaters and pipes inside in the form of a coil, multiple crossing the heating zone. A disadvantage of the known device is the uneven heating of the pipe surface. The heat flux acts to the maximum extent on the pipe parts closest to the radiating surface of the heating element, and to a lesser extent on the remote pipe parts, which leads to local uneven heating of the pipe surface. Significant lengths of the input sections inside the box and the “U” shaped turn are not equipped with catalytic heaters, therefore, they are not heated, which reduces the efficiency of the heating system.

Описанные выше нагревательные устройства содержат прямоугольные коробчатые каталитические нагреватели, подобные известному устройству в Пат. US 6932593, состоящему из прямоугольного коробчатого корпуса, в нижней части оснащенного подводящими патрубками, газораспределительной панелью с отверстиями, образующими полость газораспределительной системы, металлической сеткой, на которую уложен катализатор в виде тонковолокнистого покрытия с нанесенным активным компонентом, покровной рамкой крепления и металлической сеткой. К недостаткам такого каталитического нагревателя, и как следствие изготовленного из таких нагревателей нагревательного устройства, относятся большие размеры и вытекающее из этого усложнение конструкции.The heating devices described above comprise rectangular box-type catalytic heaters similar to the known device in US Pat. US 6932593, which consists of a rectangular box-shaped case, at the bottom equipped with inlet pipes, a gas distribution panel with holes that form the gas distribution system cavity, a metal grid on which the catalyst is laid in the form of a thin-fiber coating with an active component deposited, a cover fastening frame and a metal grid. The disadvantages of such a catalytic heater, and as a consequence of a heating device made from such heaters, include the large size and the resulting complexity of the design.

В патенте US 5205732 описано кольцевое нагревательное устройство со схожими характеристиками. В данном изобретении также предлагается использование продольных плоских нагревателей, расположенных вокруг трубы и соединенных с механической поддержкой. В обоих изобретениях основным применением описанных нагревательных устройств является нанесение термоусадочных рукавов на незащищенные поверхности трубопроводов после сварки.US Pat. No. 5,205,732 describes an annular heating device with similar characteristics. The present invention also proposes the use of longitudinal flat heaters located around the pipe and connected with mechanical support. In both inventions, the main application of the described heating devices is the application of heat-shrinkable sleeves on unprotected surfaces of pipelines after welding.

В заявке US 2012/0090765 представлено нагревательное устройство, состоящее из двух полуцилиндрических частей, что позволяет монтировать устройство вокруг трубы, а также открывать и закрывать его. В качестве возможного метода нагрева упоминается инфракрасное излучение. Для соединения двух секций трубопровода друг с другом устройство имеет специальную форму с более узкой средней частью, предназначенной для установки усадочного рукава.In the application US 2012/0090765 a heating device is presented, which consists of two semi-cylindrical parts, which allows you to mount the device around the pipe, as well as open and close it. As a possible heating method, infrared radiation is mentioned. To connect two sections of the pipeline to each other, the device has a special shape with a narrower middle part, designed to install a shrink sleeve.

В патенте US 5037293 представлен полуцилиндрический нагреватель. В нагревателе, предназначенном для нагрева коротких участков трубопроводов, используется воздушно-газовая смесь, которая подается под давлением, и для достижения хорошего распределения вводится в нагреватель в нескольких местах. При этом достигается более равномерный нагрев, чем при использовании множества плоских прямоугольных нагревателей.US 5,037,293 discloses a semi-cylindrical heater. In a heater designed to heat short sections of pipelines, an air-gas mixture is used, which is supplied under pressure, and in order to achieve a good distribution, it is introduced into the heater in several places. In this case, a more uniform heating is achieved than when using multiple flat rectangular heaters.

Большинство из рассмотренных устройств непосредственно контактируют с окружающей средой и для нагрева используют прямое излучение от нагревателя. Горячие отходящие газы при достаточной высокой температуре выпускаются непосредственно в окружающую среду, что приводит к существенной потере энергии.Most of the considered devices are in direct contact with the environment and use direct radiation from the heater for heating. Hot exhaust gases at a sufficiently high temperature are released directly into the environment, which leads to a significant loss of energy.

Известно устройство, описанное в заявке US 20120037297, A1, B32D 37/04, F27D 11/00, 16.02.2012, содержащее прямоугольные коробчатые каталитические нагреватели, собранные на двух подвижных полукольцевых платформах. Этот тип устройства нагрева имеет такие преимущества, как удобство транспортировки и установки с использованием крепления в виде скобы, опоясывающей трубу, и минимальное или нулевое механическое воздействие на трубу. Однако прямоугольные коробчатые каталитические нагреватели имеют значительный объем и вес, что приводит к необходимости использования дополнительных поддерживающих приспособлений, таких как гидравлическая кольцевая система отпирания-запирания. Кроме того, громоздкость и высокая масса устройства требуют использования специальных погрузочно-разгрузочных транспортных средств.A device is known, described in the application US 20120037297, A1, B32D 37/04, F27D 11/00, 02.16.2012, containing rectangular box-shaped catalytic heaters assembled on two movable semi-ring platforms. This type of heating device has such advantages as ease of transportation and installation using a bracket in the form of a bracket surrounding the pipe, and minimal or zero mechanical impact on the pipe. However, rectangular box-shaped catalytic heaters have a significant volume and weight, which leads to the need to use additional supporting devices, such as a hydraulic ring unlock-lock system. In addition, the bulkiness and high mass of the device require the use of special handling vehicles.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к настоящему изобретению является нагревательное устройство, описанное в патенте DD 135232 от 18.04.79, содержащее радиационную секцию, в которой тепло генерируется при каталитическом сжигании горючих газов или паров легковоспламеняющихся/горючих жидкостей в каталитическом нагревателе, и секцию конвективного теплообмена, в которой отходящие газы, проходя кольцевой канал между трубопроводом и теплоизолированным кожухом передают теплоту жидкости (газу) в трубопроводе.The closest set of essential features to the present invention is the heating device described in patent DD 135232 dated 04/18/79, containing a radiation section in which heat is generated by the catalytic combustion of flammable gases or vapors of flammable / combustible liquids in a catalytic heater, and a convective heat exchange section , in which the exhaust gases passing the annular channel between the pipeline and the insulated casing transfer the heat of the liquid (gas) in the pipeline.

Недостатком этого изобретения является неразъемная конструкция нагревательного устройства, что приводит к затруднениям при монтаже и демонтаже нагревательного устройства. Также отсутствие теплоизоляции непосредственно на каталитическом нагревателе ведет к значительным тепловым потерям и снижению эффективности системы. Кроме того, конструкция устройства предполагает, что оно работает с использованием топливовоздушной смеси, т.е. воздух смешивается с горючими газами или парами легковоспламеняющихся/горючих жидкостей до подачи на катализатор. Такое смешение является опасным, т.к. при этом образуются взрывоопасные газовые смеси.The disadvantage of this invention is the integral design of the heating device, which leads to difficulties in the installation and dismantling of the heating device. Also, the lack of thermal insulation directly on the catalytic heater leads to significant heat losses and reduced system efficiency. In addition, the design of the device assumes that it operates using an air-fuel mixture, i.e. air is mixed with flammable gases or flammable / flammable liquid vapors before being fed to the catalyst. Such a mixture is dangerous because explosive gas mixtures are formed.

Несмотря на существование ряда изобретений с использованием каталитического нагрева трубопроводов, есть возможности для разработки легкого, удобного в обращении, мобильного, высокоэффективного устройства, использующего технологию каталитического нагрева в качестве источника тепла и применяемого на практике для кратковременного или продолжительного нагрева малых, средних и крупных трубопроводных систем. Эта проблема решается представленным изобретением.Despite the existence of a number of inventions using catalytic heating of pipelines, it is possible to develop a lightweight, easy-to-use, mobile, highly efficient device using catalytic heating technology as a heat source and used in practice for short or long-term heating of small, medium and large pipeline systems . This problem is solved by the present invention.

Таким образом, изобретение решает задачу разработки легкого, удобного в обращении, мобильного, высокоэффективного устройства нагрева локальных участков трубопровода или других линейных объектов.Thus, the invention solves the problem of developing an easy, easy to use, mobile, highly efficient heating device for local sections of the pipeline or other linear objects.

Изобретение относится к технологии и устройству для нагрева отдельных участков трубопровода и жидкости в нем в полевых условиях, также применимо для других протяженных объектов, таких как трубы, рельсы или балки. В частности, устройство сконструировано для нагрева жидкости или газа, транспортируемого по трубопроводу, при использовании радиационных нагревателей, работающих на основе каталитического сжигания газообразного углеводородного топлива.The invention relates to a technology and device for heating individual sections of the pipeline and the fluid in it in the field, also applicable to other extended objects, such as pipes, rails or beams. In particular, the device is designed to heat a liquid or gas transported through a pipeline using radiation heaters based on the catalytic combustion of gaseous hydrocarbon fuels.

Предложено устройство для нагрева локальных участков трубопровода или других линейных объектов, образующее с нагреваемым участком конструкцию типа труба в трубе, покрытое теплоизоляционным материалом для снижения тепловых потерь в окружающую среду и предотвращения попадания холодного воздуха в устройство, которое состоит из радиационной секции, в которой производится тепло за счет каталитического сжигания газообразного топлива и конвекционной секции, в которой используется тепло отходящих газов для дополнительного нагрева.A device is proposed for heating local sections of a pipeline or other linear objects, forming a structure like a pipe in a pipe with a heated section, coated with heat-insulating material to reduce heat loss to the environment and prevent cold air from entering the device, which consists of a radiation section in which heat is generated due to the catalytic combustion of gaseous fuels and convection section, which uses the heat of the exhaust gases for additional heating.

Устройство сконструировано как фиксирующее устройство, которое охватывает сектор трубопровода, требующее минимальных приспособлений при транспортировке и оказывающее минимальное воздействие на структуру трубопровода.The device is designed as a fixing device, which covers the sector of the pipeline, requiring minimal adaptation during transportation and having minimal impact on the structure of the pipeline.

Радиационная секция состоит из двух полуцилиндрических нагревательных элементов, системы распределения топлива, системы подачи воздуха и системы запуска. Полуцилиндрические нагревательные элементы включают в себя трубчатые каталитические нагреватели. При этом большое количество трубчатых каталитических нагревателей расположено вокруг трубопровода и закреплено, по крайней мере, на двух полукольцевых коллекторах, соединенных с подводящими патрубками, расположенных коаксиально трубопроводу в кольцевом сечении между трубопроводом и отражателем. Отражатель состоит из двух внутренних полуобечаек, снабженных теплоизоляцией, и кожуха.The radiation section consists of two semi-cylindrical heating elements, a fuel distribution system, an air supply system and a launch system. Semicylindrical heating elements include tubular catalytic heaters. At the same time, a large number of tubular catalytic heaters are located around the pipeline and mounted on at least two semi-ring collectors connected to the supply pipes located coaxially to the pipeline in an annular section between the pipeline and the reflector. The reflector consists of two internal half shells equipped with thermal insulation, and a casing.

Альтернативной конструкцией радиационной секции является конструкция, которая включает два полукольцевых каталитических нагревателя, которые полностью окружают трубопровод, обеспечивая однородный нагрев внешней поверхности трубы.An alternative design of the radiation section is a design that includes two semi-ring catalytic heaters that completely surround the pipeline, providing uniform heating of the outer surface of the pipe.

Конвекционная секция представляет двухтрубный теплообменник, в которой отходящие газы двигаются через кольцевое отверстие между трубопроводом и корпусом устройства.The convection section is a two-pipe heat exchanger in which the exhaust gases move through an annular hole between the pipeline and the device body.

Различные виды топлива могут быть использованы в устройстве, например пропан, бутан, пропан-бутановая смесь, природный газ, попутный нефтяной газ.Various types of fuel can be used in the device, for example propane, butane, propane-butane mixture, natural gas, associated petroleum gas.

Устройство представляет собой модуль, который включает несколько радиационных секций и конвекционных секций.The device is a module that includes several radiation sections and convection sections.

Устройство оснащено сенсорами и системой контроля работы устройства и регулирования каждого нагревателя как в комбинации, так и независимо друг от друга, при регулировании одним или более параметров, таких как расход топлива, отношение топлива к воздуху, на основе сигналов датчиков, установленных в устройстве, и опционально установленных на других устройствах, действующих на трубопроводе, и/или установленных на трубопроводе для определения условий эксплуатации транспортируемой по трубе жидкости.The device is equipped with sensors and a system for monitoring the operation of the device and regulating each heater both in combination and independently of each other, when regulating one or more parameters, such as fuel consumption, fuel-to-air ratio, based on the signals of sensors installed in the device, and optionally installed on other devices operating on the pipeline and / or installed on the pipeline to determine the operating conditions of the fluid transported through the pipe.

Устройство является безопасной системой, поскольку не образуется взрывоопасной топливо-воздушной смеси. Это достигается за счет того, что топливо и воздух подаются на катализатор с разных направлений. Топливо подается через систему подачи топлива непосредственно на катализатор через внутреннюю полость устройства, тогда как воздух подается принудительно через систему подачи воздуха в окрестность катализатора с противоположной (внешней) стороны катализатора. Непосредственно к поверхности катализатора кислород, содержащийся в воздухе, поступает за счет диффузии.The device is a safe system, since no explosive fuel-air mixture is formed. This is achieved due to the fact that fuel and air are supplied to the catalyst from different directions. Fuel is supplied through the fuel supply system directly to the catalyst through the internal cavity of the device, while air is forced through the air supply system to the vicinity of the catalyst from the opposite (external) side of the catalyst. Directly to the surface of the catalyst, the oxygen contained in the air enters through diffusion.

Устройство, смонтированное на трубопроводе, полностью окружает трубопровод или другой протяженный объект, и при этом установка и демонтаж проходят легко и быстро. Устройство покрыто слоем изоляционного материала, чтобы свести к минимуму потери тепла, и оснащено внешней металлической оболочкой, чтобы обеспечить механическую поддержку и устойчивость. Оболочка состоит из двух полуцилиндрических створок, соединенных шарниром, закрывающихся замком на противоположной стороне.A device mounted on a pipeline completely surrounds a pipeline or other extended object, and installation and disassembly are quick and easy. The device is coated with a layer of insulating material to minimize heat loss, and is equipped with an external metal sheath to provide mechanical support and stability. The shell consists of two semi-cylindrical valves connected by a hinge, locked by a lock on the opposite side.

Устройство состоит из двух секций. В первой, радиационной секции, тепло вырабатывается путем беспламенного каталитического сжигания газообразного топлива, при прохождении его через слой катализатора. В радиационной секции инфракрасное излучение равномерно нагревает стенку трубопровода, от которой теплота передается жидкости или газу внутри трубопровода. Радиационная секция содержит один или несколько каталитических нагревательных элементов, газораспределительную систему, систему подачи воздуха и систему зажигания. Вторая секция - дополнительная конвекционная секция, которая представлена в виде двухтрубного теплообменника, где высокая температура продуктов горения или паров используется для обеспечения дополнительного нагрева. Поток газа внутри устройства приводится в движение небольшим избыточным давлением на входе потоков воздуха и топлива. Отходящие газы при давлении близком к атмосферному давлению отводятся из устройства через систему отвода в конце конвекционной секции.The device consists of two sections. In the first radiation section, heat is generated by flameless catalytic combustion of gaseous fuel as it passes through the catalyst bed. In the radiation section, infrared radiation evenly heats the wall of the pipeline, from which heat is transferred to the liquid or gas inside the pipeline. The radiation section contains one or more catalytic heating elements, a gas distribution system, an air supply system and an ignition system. The second section is an additional convection section, which is presented in the form of a two-pipe heat exchanger, where the high temperature of the combustion products or vapors is used to provide additional heating. The gas flow inside the device is driven by a slight excess pressure at the inlet of the air and fuel flows. Exhaust gases at a pressure close to atmospheric pressure are removed from the device through the exhaust system at the end of the convection section.

Основная или предпочтительная конструкция радиационной секции включает в себя трубчатые каталитические нагреватели, тепловой поток в каждом из которых направлен радиально во внешнюю сторону (в направлении от воображаемой продольной оси трубчатого каталитического нагревателя). Трубчатые каталитические нагреватели расположены вокруг трубопровода, соединены, по крайней мере, с двумя полукольцевыми коллекторами через подводящие патрубки. С внешней стороны трубчатые каталитические нагреватели закрыты кожухом, который состоит из двух внутренних полуобечаек, выполняющих функцию рефлекторов, теплоизоляционного слоя и внешнего кожуха. В смонтированном состоянии устройства на трубопроводе трубчатые каталитические нагреватели расположены вдоль трубопровода параллельно и на одинаковом расстоянии от трубопровода. Альтернативные модификации с несколькими полукольцевыми коллекторами и различными полукольцевыми рефлекторами также рассмотрены в изобретении. Это устройство разработано для нагрева трубопроводов среднего и большого диаметра.The main or preferred design of the radiation section includes tubular catalytic heaters, the heat flux in each of which is directed radially to the outside (in the direction from the imaginary longitudinal axis of the tubular catalytic heater). Tubular catalytic heaters are located around the pipeline, connected to at least two semi-ring collectors through the inlet pipes. On the outside, the tubular catalytic heaters are covered by a casing, which consists of two internal half-shells that act as reflectors, a heat-insulating layer and an external casing. In the mounted state of the device in the pipeline, tubular catalytic heaters are located along the pipeline in parallel and at the same distance from the pipeline. Alternative modifications with several semi-ring collectors and various semi-ring reflectors are also contemplated by the invention. This device is designed for heating medium and large diameter pipelines.

Альтернативная конструкция радиационной секции содержит полуцилиндрический нагревательный элемент, состоящий из двух полукольцевых каталитических нагревателей, тепловой поток в котором направлен радиально во внутреннюю сторону (в сторону воображаемой оси радиационной секции). Эта конструкция предлагается для трубопроводов малых диаметров.An alternative design of the radiation section contains a semi-cylindrical heating element, consisting of two semi-ring catalytic heaters, the heat flux of which is directed radially to the inside (towards the imaginary axis of the radiation section). This design is offered for pipelines of small diameters.

Во всех модификациях изобретение включает в себя систему управления и датчики, подающие сигналы в систему управления, для отслеживания работы устройства и управления мощностью или тепловым потоком устройства, управляя одним или более параметрами, такими как расход топлива, состав топливной смеси, соотношение топлива к воздуху. Блок управления также может получать внешние сигналы от других нагревателей на трубопроводе и/или от других датчиков, фиксирующих параметры работы потока жидкости или условия окружающей среды. Если трубопровод нагревается несколькими устройствами или нагревательными модулями, сформированными одним или несколькими устройствами, описанными в этом изобретении, система управления может быть централизованной для мониторинга, контроля и оптимизации работы в целом всей системы нагрева трубопровода.In all versions, the invention includes a control system and sensors supplying signals to the control system for monitoring the operation of the device and controlling the power or heat flow of the device by controlling one or more parameters, such as fuel consumption, fuel composition, fuel to air ratio. The control unit can also receive external signals from other heaters in the pipeline and / or from other sensors that record the parameters of the fluid flow or environmental conditions. If the pipeline is heated by several devices or heating modules formed by one or more of the devices described in this invention, the control system can be centralized to monitor, control and optimize the operation of the entire pipeline heating system as a whole.

Устройство этого изобретения имеет высокий коэффициент полезного действия благодаря тому, что имеет две секции (радиационную и конвекционную) и образует с трубопроводом конструкцию типа «труба в трубе». Конструкция может быть установлена с минимальным воздействием на инфраструктуру трубопровода.The device of this invention has a high efficiency due to the fact that it has two sections (radiation and convection) and forms a pipe-in-pipe construction with a pipeline. The design can be installed with minimal impact on the pipeline infrastructure.

Каталитические нагревательные элементы имеют широкий диапазон регулирования мощности (возможность увеличения от минимальной мощности до максимальной на 400%). Система управления позволяет оптимизировать работу устройства для определенного катализатора и топлива и обеспечить низкий уровень выбросов оксидов азота и несгоревших углеводородов.Catalytic heating elements have a wide range of power control (the possibility of increasing from minimum power to maximum by 400%). The control system allows you to optimize the operation of the device for a particular catalyst and fuel and provide a low level of emissions of nitrogen oxides and unburned hydrocarbons.

Для запуска устройства может использоваться ряд известных способов, что и расширяет возможности эксплуатации устройства в части диапазона рабочих условий или вида доступного газового топлива.To start the device, a number of known methods can be used, which expands the capabilities of the device in terms of the range of operating conditions or the type of available gas fuel.

В основной конструкции устройства использование трубчатых каталитических нагревателей решает проблему упрощения конструкции, снижения ее веса и габаритов, что приводит к упрощению эксплуатации и технического обслуживания устройства.In the main design of the device, the use of tubular catalytic heaters solves the problem of simplifying the design, reducing its weight and dimensions, which simplifies the operation and maintenance of the device.

Технический результат - устройство нагрева участков трубопровода на базе трубчатых каталитических нагревателей имеет небольшой вес и габаритные размеры, что позволяет обслуживать устройство без использования специального дорогостоящего оборудования и с меньшим численным составом операторов, даже для трубопроводов, имеющим большой диаметр. Низкий вес конструкции не требует использования гидравлической системы отпирания-запирания. При необходимости это устройство может быть дополнено трубчатыми каталитическими нагревателями, чтобы увеличить мощность устройства. Полукольцевые каталитические нагреватели в модификации для трубопроводов малых диаметров и каждый из трубчатых каталитических нагревателей в модификации для трубопроводов больших диаметров потенциально могут использоваться независимо друг от друга с целью регулирования мощности нагрева, подводимой к трубопроводу.EFFECT: heating device of pipeline sections based on tubular catalytic heaters has a small weight and overall dimensions, which allows servicing the device without the use of special expensive equipment and with a smaller number of operators, even for pipelines with a large diameter. The low weight of the structure does not require the use of a hydraulic unlock-lock system. If necessary, this device can be supplemented with tubular catalytic heaters to increase the power of the device. Semi-ring catalytic heaters in the modification for pipelines of small diameters and each of the tubular catalytic heaters in the modification for pipelines of large diameters can potentially be used independently from each other in order to control the heating power supplied to the pipeline.

Конструкция полукольцевых каталитических нагревателей проще и устраняет необходимость применения рефлекторов, но ее применение ограничено применением для трубопроводов малых диаметров. Конструкция полукольцевых каталитических нагревателей позволяет получить такие же преимущества в габаритах, весе и простоте монтажа, как и в основной конструкции.The design of semi-ring catalytic heaters is simpler and eliminates the need for reflectors, but its use is limited to use for pipelines of small diameters. The design of semi-ring catalytic heaters allows you to get the same advantages in size, weight and ease of installation as in the main structure.

Устройство может использоваться как стационарный или мобильный автономный нагреватель, которое легко транспортируются автомобильным транспортом или другими средствами. Устройство может быть использовано для обеспечения течения жидкости или газа, предотвращая образование пробок в виде отложений или газовых гидратов в трубопроводах или устраняя пробки, образованные в результате непредвиденного снижения температуры на определенном участке трубопровода (например, но, не ограничиваясь этим примером, при разгерметизации трубопровода или сбросе давления, приводящее к снижению скорости потока). Конструкция устройства позволяет устанавливать ряд таких устройств последовательно друг за другом, создавая конструкционные модули тепловых станций.The device can be used as a stationary or mobile stand-alone heater, which is easily transported by road or other means. The device can be used to ensure the flow of liquid or gas, preventing the formation of plugs in the form of deposits or gas hydrates in pipelines or eliminating plugs formed as a result of an unexpected decrease in temperature in a certain section of the pipeline (for example, but not limited to this example, when the pipeline is depressurized or pressure relief resulting in a decrease in flow rate). The design of the device allows you to install a number of such devices sequentially one after another, creating structural modules of thermal stations.

Сущность изобретения иллюстрируется Фиг. 1-7.The invention is illustrated in FIG. 1-7.

Фиг. 1 показывает вид предпочтительной модификации устройства в продольном сечении, проходящем через осевую линию трубопровода.FIG. 1 shows a view of a preferred modification of a device in a longitudinal section passing through an axial line of a pipeline.

Фиг. 2 показывает вид устройства в поперечном сечении по линии 1.1-1.2, указанной на Фиг. 1, в предпочтительной модификации, в которой оболочка используется в качестве отражателей.FIG. 2 shows a cross-sectional view of the device along line 1.1-1.2 indicated in FIG. 1, in a preferred embodiment in which the shell is used as reflectors.

Фиг. 3 показывает поперечное сечение устройства, показанное на Фиг. 2, для альтернативной модификации, содержащей два ряда трубчатых каталитических нагревателей.FIG. 3 shows a cross section of the device shown in FIG. 2, for an alternative modification comprising two rows of tubular catalytic heaters.

Фиг. 4 показывает поперечное сечение устройства, показанное на Фиг. 2, для альтернативной модификации радиационной секции с индивидуальными отражателями для каждого трубчатого каталитического нагревателя.FIG. 4 shows a cross section of the device shown in FIG. 2, for an alternative modification of the radiation section with individual reflectors for each tubular catalytic heater.

Фиг. 5 показывает вид устройства в продольном сечении, проходящем через осевую линию трубопровода, для альтернативной модификации радиационной секции для трубопроводов малого диаметра.FIG. 5 shows a longitudinal section through the axial line of a pipeline for an alternative modification of the radiation section for small diameter pipelines.

Фиг. 6. показывает вид устройства в поперечном сечении по линии 1.1-1.2, указанной на Фиг. 5, для альтернативной модификации радиационной секции для трубопроводов малого диаметра.FIG. 6. shows a cross-sectional view of the device along the line 1.1-1.2 indicated in FIG. 5, for an alternative modification of the radiation section for small diameter pipelines.

Фиг. 7 показывает вид продольного сечения устройства, включая датчики и систему управления.FIG. 7 shows a longitudinal sectional view of a device, including sensors and a control system.

Предпочтительная модификация устройства показана на Фиг. 1 и Фиг. 2. Устройство, образующее с трубопроводом 2 систему типа «труба в трубе», полностью окружает трубопровод 2 для того, чтобы обеспечить равномерный нагрев стенки трубопровода. От нагретой стенки трубопровода тепло далее передается потоку жидкости 3. Устройство состоит из двух секций, каждая из которых названа по преобладающему в них типу теплопередачи: радиационная секция 10, где тепло генерируется за счет каталитического сжигания газового топлива, и конвекционная секция 11, где горячие продукты горения обеспечивают дополнительный нагрев. Радиационная секция устройства состоит из двух полуцилиндрических нагревательных элементов 4.1, 4.2, соединенных разъемным шарниром 5, с замком 6 на противоположной стороне, что позволяет открывать и закрывать устройство при установке и демонтаже. Наличие разъемного шарнира 5 позволяет разъединить и использовать оба полуцилиндрических нагревательных элемента 4.1 и 4.2 автономно независимо друг от друга.A preferred modification of the device is shown in FIG. 1 and FIG. 2. The device forming a pipe-in-pipe system with pipeline 2 completely surrounds pipeline 2 in order to ensure uniform heating of the pipeline wall. From the heated wall of the pipeline, heat is then transferred to the liquid flow 3. The device consists of two sections, each of which is named according to the type of heat transfer that predominates in them: a radiation section 10, where heat is generated by catalytic combustion of gas fuel, and a convection section 11, where hot products combustion provide additional heating. The radiation section of the device consists of two semi-cylindrical heating elements 4.1, 4.2, connected by a detachable hinge 5, with a lock 6 on the opposite side, which allows you to open and close the device during installation and removal. The presence of a detachable hinge 5 allows you to disconnect and use both semi-cylindrical heating elements 4.1 and 4.2 independently independently of each other.

Радиационная секция 10 и конвекционная секция 11 имеют слой изолятора 8, чтобы свести к минимуму потери тепла, и металлический корпус (внешний кожух) 9, который защищает внутренние элементы от внешнего воздействия и обеспечивает механическую прочность. Устройство закрыто по краям при помощи боковых стенок 7.1, 7.2.The radiation section 10 and the convection section 11 have a layer of insulator 8 to minimize heat loss, and a metal case (outer casing) 9, which protects the internal elements from external influences and provides mechanical strength. The device is closed at the edges using the side walls 7.1, 7.2.

Предпочтительная модификация радиационной секции 10 содержит множество трубчатых каталитических нагревателей 12. Тепловой поток в трубчатом каталитическом нагревателе направлен радиально во внешнюю сторону от его воображаемой оси. В устройстве могут быть использованы трубчатые каталитические нагреватели, как описано в патентах RU №№2315908, 2379589 2334169. Трубчатые каталитические нагреватели крепятся на двух полукольцевых коллекторах 13.1, 13.2, которые предназначены для подвода газа и соединены с подводящими патрубками 15.1 и 15.2. Топливо подается на каталитический слой через внутреннюю полость трубчатого каталитического нагревателя, отходящие газы отводятся снаружи трубчатого каталитического нагревателя. Часть радиационного излучения непосредственно направлено на трубопровод, но значительная часть направлена в разных направлениях. Излучение отражается при помощи отражателей 14.1 и 14.2, представляющих внутренние полуобечайки, соответствующих по форме полуцилиндрическим нагревательным элементам 4.1, 4.2. Полукольцевые коллекторы 13.1 и 13.2 расположены коаксиально трубопроводу 2 в кольцевом сечении между отражателями 14.1, 14.2 и трубопроводом 2.A preferred modification of the radiation section 10 comprises a plurality of tubular catalytic heaters 12. The heat flux in the tubular catalytic heater is directed radially outward from its imaginary axis. The device can be used tubular catalytic heaters, as described in patents RU No. 2315908, 2379589 2334169. Tubular catalytic heaters are mounted on two semi-ring collectors 13.1, 13.2, which are designed for gas supply and connected to the inlet pipes 15.1 and 15.2. Fuel is supplied to the catalytic bed through the internal cavity of the tubular catalytic heater, exhaust gases are discharged outside the tubular catalytic heater. Part of the radiation is directly directed to the pipeline, but a significant part is directed in different directions. The radiation is reflected using reflectors 14.1 and 14.2, representing the inner half shells, corresponding in shape to the semicylindrical heating elements 4.1, 4.2. Semicircular collectors 13.1 and 13.2 are located coaxially with the pipe 2 in an annular section between the reflectors 14.1, 14.2 and the pipe 2.

На Фиг. 3 представлена радиационная секция с использованием трубчатых каталитических нагревателей, которая является альтернативной модификацией модификации, представленной на Фиг. 2. Эта модификация также имеет два полукольцевых коллектора 13.1, 13.2 с соответствующими подводящими патрубками 15.1, 15.2 и оснащена двумя дополнительными полукольцевыми коллекторами 16.1, 16.2 с соответствующими дополнительными подводящими патрубками 17.1, 17.2. Другая альтернативная модификация радиационной секции на основе модификаций, представленных на Фиг. 2 и Фиг. 3, вместо отражателей 14.1, 14.2 имеет изогнутые отражатели 18, как показано на Фиг. 4, индивидуальные для каждого трубчатого каталитического нагревателя вдоль всей его длины.In FIG. 3 shows a radiation section using tubular catalytic heaters, which is an alternative modification to the modification shown in FIG. 2. This modification also has two semi-ring collectors 13.1, 13.2 with the corresponding supply pipes 15.1, 15.2 and is equipped with two additional semi-ring collectors 16.1, 16.2 with the corresponding additional supply pipes 17.1, 17.2. Another alternative modification of the radiation section based on the modifications shown in FIG. 2 and FIG. 3, instead of reflectors 14.1, 14.2 has curved reflectors 18, as shown in FIG. 4, individual for each tubular catalytic heater along its entire length.

Альтернативная модификация радиационной секции на основе полукольцевых каталитических нагревателей, представленная на Фиг. 5 и Фиг. 6, использует два полукольцевых каталитических нагревателя 19.1 и 19.2, расположенных коаксиально трубопроводу. Тепловой поток в полукольцевом каталитическом нагревателе направлен радиально в сторону воображаемой продольной оси симметрии радиационной секции. Топливо подается через подводящие патрубки 15.1 и 15.2 и сгорает при прохождении через катализатор. Горячие отходящие газы отводятся через кольцевое отверстие 20 между катализатором и трубопроводом 2 по направлению к конвекционной секции (направление потока обозначено на Фиг. 5 стрелками 21).An alternative modification of the radiation section based on semi-ring catalytic heaters shown in FIG. 5 and FIG. 6, uses two semi-ring catalytic heaters 19.1 and 19.2, located coaxially to the pipeline. The heat flux in the semicircular catalytic heater is directed radially towards the imaginary longitudinal axis of symmetry of the radiation section. Fuel is supplied through the supply pipes 15.1 and 15.2 and burns out when passing through the catalyst. Hot exhaust gases are discharged through an annular opening 20 between the catalyst and the pipe 2 towards the convection section (the flow direction is indicated in Fig. 5 by arrows 21).

В предпочтительной и в альтернативных модификациях радиационной секции отходящие газы отводятся от катализатора при высокой температуре, близкой к температуре катализаторного слоя. Затем отходящие газы поступают в конвекционную секцию 11, где происходит дальнейшая передача тепла от отходящих газов к трубопроводу с жидкостью или газом. Конвекционная секция вместе с трубопроводом представляет собой систему типа «труба в трубе», в которой горячие отходящие газа движутся через кольцевое отверстие 20 между трубопроводом 2 и полуцилиндрическими нагревательными элементами 4.1, 4.2 в направлении, как показано стрелками 21 на Фиг. 1, 5.In a preferred and alternative modification of the radiation section, the exhaust gases are removed from the catalyst at a high temperature close to the temperature of the catalyst layer. Then the exhaust gases enter the convection section 11, where there is a further transfer of heat from the exhaust gases to the pipeline with liquid or gas. The convection section together with the pipeline is a pipe-in-pipe system in which hot exhaust gases move through an annular opening 20 between the pipe 2 and the semi-cylindrical heating elements 4.1, 4.2 in the direction as shown by arrows 21 in FIG. fifteen.

Для того чтобы получить компактную конструкцию с хорошей теплопередачей, предпочтительнее использовать одностороннюю конвекционную секцию, когда конвекционная секция расположена с одной стороны радиационной секции, как показано на Фиг. 1 и Фиг. 5. В этом случае отходящие газы после катализатора двигаются только в одном направлении от радиационной секции. Кольцевое отверстие 20 маленького проходного сечения предпочтительно для того, чтобы увеличить скорость отходящих газов и теплопередачу. Противоток или направление потока отходящих газов, противоположное направлению потока жидкости (газа), более предпочтительно для увеличения теплопередачи, поскольку в этом случае достигается более высокая теплопередача между отходящими газами и жидкостью (газом) в трубопроводе 2.In order to obtain a compact design with good heat transfer, it is preferable to use a one-sided convection section when the convection section is located on one side of the radiation section, as shown in FIG. 1 and FIG. 5. In this case, the exhaust gases after the catalyst move only in one direction from the radiation section. An annular opening 20 of a small flow area is preferable in order to increase the speed of the exhaust gases and the heat transfer. A counterflow or flow direction of the exhaust gas, opposite the direction of flow of the liquid (gas), is more preferable to increase heat transfer, since in this case a higher heat transfer between the exhaust gas and the liquid (gas) in the pipe 2 is achieved.

Избыточное давление воздуха и топлива на входе достаточно для прохождения газов через каталитические слои и конвекционную секцию и выхода через отвод 22.The excess pressure of air and fuel at the inlet is sufficient for the passage of gases through the catalytic layers and the convection section and exit through the outlet 22.

Альтернативная модификация может включать две конвекционных секции, расположенные по каждую сторону от радиационной секции. Отходящие газы в этом случае после катализатора разделяются на два потока, движущиеся в противоположных направлениях. Такая конструкция предпочтительна, если необходимо обеспечить нагрев больших участков трубопровода.An alternative modification may include two convection sections located on each side of the radiation section. The exhaust gases in this case after the catalyst are divided into two streams moving in opposite directions. This design is preferred if it is necessary to provide heating of large sections of the pipeline.

Альтернативная модификация устройства может включать конвекционную секцию очень маленького размера или не включать конвекционную секцию совсем в случаях, когда эффективность использования энергии не так важна, например, в случаях, когда для обеспечения потока важен нагрев части трубопровода за короткий период времени.An alternative modification of the device may include a convection section of a very small size or not include a convection section at all in cases where energy efficiency is not so important, for example, in cases where heating a part of the pipeline in a short period of time is important to ensure flow.

Топливо подается через газораспределительную систему, включающую подводящие патрубки 15.1, 15.2 и коллекторы 13.1, 13.2, через внутреннюю полость нагревательного элемента непосредственно к слою катализатора. Подача воздуха осуществляется с помощью системы подачи воздуха 23 снаружи, во избежание образования взрывоопасной смеси. Тепло образуется в результате беспламенного каталитического сжигания газообразного топлива на катализаторе, к которому подводятся топливо и воздух. Для обеспечения полного сгорания отношение воздуха к топливу выше стехиометрического. На вход устройства газовое топливо и воздух подаются при температуре окружающей среды. Продукты реакции, или отходящие газы, нагреваются на катализаторе, обладающем развитой поверхностью, до высокой температуры в результате эффективной теплопередачи от катализатора отходящим газам.Fuel is supplied through a gas distribution system, including inlet pipes 15.1, 15.2 and manifolds 13.1, 13.2, through the internal cavity of the heating element directly to the catalyst layer. The air supply is carried out using the air supply system 23 from the outside, in order to avoid the formation of explosive mixtures. Heat is generated as a result of flameless catalytic combustion of gaseous fuel on a catalyst to which fuel and air are supplied. To ensure complete combustion, the air to fuel ratio is higher than stoichiometric. At the input of the device, gas fuel and air are supplied at ambient temperature. The reaction products, or exhaust gases, are heated on a catalyst having a developed surface to a high temperature as a result of efficient heat transfer from the catalyst to the exhaust gases.

Устройство и его модификации, рассматриваемые в изобретении, могут быть адаптированы к различным видам топливных газов. Основными различиями при использовании разных видов газа являются: теплота сгорания топливного газа, активный компонент катализатора и температура зажигания топливного газа на катализаторе (т.е. минимальная температура, до которой необходимо предварительно нагреть катализатор, для активации каталитического окисления углеводородов). В качестве топлива могут быть использованы пропан, бутан, пропан-бутановая смесь, имеющие температуру зажигания около 200°С, для которой в качестве активного компонента предпочтительнее использовать платину, или природный газ и попутный нефтяной газ (в основном, состоящие из метана), имеющий температуру зажигания около 450°С, для которого в качестве активного компонента предпочтительнее использовать палладий.The device and its modifications, considered in the invention, can be adapted to various types of fuel gases. The main differences when using different types of gas are: the heat of combustion of the fuel gas, the active component of the catalyst and the ignition temperature of the fuel gas on the catalyst (i.e., the minimum temperature to which the catalyst must be preheated to activate the catalytic oxidation of hydrocarbons). As fuel, propane, butane, a propane-butane mixture having an ignition temperature of about 200 ° C can be used, for which platinum, or natural gas and associated petroleum gas (mainly consisting of methane) having the ignition temperature is about 450 ° C, for which palladium is preferable as the active component.

Для запуска устройства необходимо разогреть катализатор до температуры выше температуры зажигания используемого топлива. Режим запуска может выполняться четырьмя способами: 1) разогрев при пламенном сжигании топлива; 2) разогрев при каталитическом сжигании водорода с использованием пусковой газовой смеси, содержащей водород; 3) разогрев с помощью электрического нагрева; 4) разогрев горячим воздухом, нагретым с помощью внешнего источника.To start the device, it is necessary to heat the catalyst to a temperature above the ignition temperature of the fuel used. The launch mode can be performed in four ways: 1) heating during flame combustion of fuel; 2) heating during catalytic combustion of hydrogen using a starting gas mixture containing hydrogen; 3) heating using electric heating; 4) heating with hot air heated by an external source.

Например, при первом способе запуска устройство устанавливается на трубопроводе, при этом полуцилиндрические нагревательные элементы изначально находятся в открытом положении, т.е. разведены. Газообразное топливо подается по патрубкам 15.1 и 15.2 в коллектор 13.1 и 13.2 с расходом в 2-3 раза больше, чем номинальный расход. Горение происходит в режиме открытого пламени, а положение полуцилиндрических нагревательных элементов в открытом (разведенном) состоянии предотвращает воздействие пламени на поверхность трубопровода. Горение в режиме открытого пламени продолжается до перехода в каталитический режим горения; ориентировочно время запуска составляет 2-5 минут при температуре окружающей среды 20°С. При переходе горения в каталитический режим устанавливается номинальный расход газа, и устройство закрывается, после чего устройство готово к использованию в нормальном режиме.For example, in the first start-up method, the device is installed on the pipeline, while the semi-cylindrical heating elements are initially in the open position, i.e. divorced. Gaseous fuel is supplied through pipes 15.1 and 15.2 to the manifold 13.1 and 13.2 with a flow rate of 2-3 times more than the nominal flow rate. Combustion occurs in the open flame mode, and the position of the semicylindrical heating elements in the open (diluted) state prevents the flame from affecting the surface of the pipeline. Burning in open flame continues until the transition to catalytic combustion; tentatively, the start-up time is 2-5 minutes at an ambient temperature of 20 ° C. When the combustion transitions to the catalytic mode, the nominal gas flow rate is set, and the device closes, after which the device is ready for use in normal mode.

Пусковой разогрев с помощью электрического нагревателя может выполняться двумя способами: а) когда электрический нагреватель встроен во внутреннюю полость каталитических нагревателей; б) когда электрический нагреватель крепится на/вблизи поверхности каталитического нагревателя. Встроенный электрический нагреватель имеет электрические разъемы на торцевой поверхности каталитического нагревателя.Starting heating with an electric heater can be performed in two ways: a) when the electric heater is built into the internal cavity of the catalytic heaters; b) when the electric heater is mounted on / near the surface of the catalytic heater. The built-in electric heater has electrical connectors on the end surface of the catalytic heater.

Пусковой разогрев с помощью горячего воздуха, нагретого от внешнего источника, может быть осуществлен при подаче горячего воздуха через кольцевое отверстие (щель) между устройством и трубопроводом или через внутреннюю полость нагревательных элементов с использованием коллекторов и подводящих патрубков, описанных выше. Горячий воздух подается до тех пор, пока температура катализатора не достигнет необходимой температуры. После разогрева катализатора до необходимой температуры подается топливный газ. Одновременно с этим прекращается подача горячего воздуха.Starting heating using hot air heated from an external source can be carried out by supplying hot air through an annular hole (slot) between the device and the pipeline or through the internal cavity of the heating elements using the collectors and inlet pipes described above. Hot air is supplied until the temperature of the catalyst reaches the required temperature. After heating the catalyst to the required temperature, fuel gas is supplied. At the same time, the supply of hot air is interrupted.

После запуска устройства температура катализатора поддерживается за счет экзотермической реакции. Температура зажигания топлива на катализаторе соответствует минимальной рабочей температуре поверхности катализатора. Температура катализатора может варьироваться от температуры зажигания (нижний предел) до 700°С и выше, что соответствует максимальному тепловому потоку данной технологии (верхний предел).After starting the device, the temperature of the catalyst is maintained by an exothermic reaction. The ignition temperature of the fuel on the catalyst corresponds to the minimum operating surface temperature of the catalyst. The temperature of the catalyst can vary from the ignition temperature (lower limit) to 700 ° C and above, which corresponds to the maximum heat flux of this technology (upper limit).

Во всех модификациях изобретение включает в себя датчики для контроля параметров работы устройства и блоки управления для регулирования подачи воздуха и/или топлива, и/или состава топлива. В модификации на Фиг. 7, где конструкция радиационной секции может соответствовать любой вышеописанной модификации, система управления может включать температурные датчики 24.1, 24.2, 25.1, 25.2 и 26 соответственно для измерения в одной или нескольких точках температуры нагревательного элемента, температуры стенки трубопровода в радиационной секции и температуры отходящих газов на выходе из устройства. Устройство также оснащено регулирующими клапанами 27.1 и 27.2 для контроля расхода и состава топлива, подаваемого в устройство, а также может включать датчики температуры, расхода и/или давления. Подачу топлива к каждому нагревательному элементу можно регулировать независимо друг от друга. Аналогичным образом устройство 28 включает в себя клапан для регулирования расхода воздуха, подаваемого в систему, и может включать в себя датчики температуры, расхода и/или давления. Сигналы датчиков передаются в систему управления 29, где преобразуются в цифровые данные и обрабатываются с помощью соответствующей аппаратуры, и передается в блок управления. Система управления может использоваться для контроля условий эксплуатации и управления устройством. Контроллер может выполнять обычный контроль параметров, управление, основанное на модели прогнозирования или других алгоритмах, производить корректировки на основе полученных данных. Система может регулировать расход и состав топлива или расход воздуха путем приведения в действие соответствующих клапанов для того, чтобы управлять мощностью устройства или тепловым потоком. Управление мощностью устройства и температурой внешней поверхности стенки трубопровода осуществляется регулированием или расходом и составом топлива или расхода воздуха путем приведения в действие соответствующих клапанов. При заданном с помощью контроллера соотношении воздуха к топливу и заданном расходе одного из реагентов, топлива или воздуха, расход другого реагента регулируется с помощью системы управления.In all modifications, the invention includes sensors for monitoring the operation parameters of the device and control units for controlling the supply of air and / or fuel and / or the composition of the fuel. In the modification of FIG. 7, where the design of the radiation section can correspond to any of the above modifications, the control system can include temperature sensors 24.1, 24.2, 25.1, 25.2, and 26, respectively, for measuring the temperature of the heating element, the temperature of the pipe wall in the radiation section, and the temperature of the exhaust gases at one or more points exit the device. The device is also equipped with control valves 27.1 and 27.2 to control the flow rate and composition of the fuel supplied to the device, and may also include temperature, flow and / or pressure sensors. The fuel supply to each heating element can be controlled independently of each other. Similarly, device 28 includes a valve for controlling the flow rate of air supplied to the system, and may include temperature, flow, and / or pressure sensors. The sensor signals are transmitted to the control system 29, where they are converted to digital data and processed using appropriate equipment, and transmitted to the control unit. The control system can be used to monitor operating conditions and control the device. The controller can perform normal parameter control, control based on a forecasting model or other algorithms, and make adjustments based on the data received. The system can control the flow rate and composition of the fuel or air flow rate by actuating the respective valves in order to control the power of the device or the heat flow. The power of the device and the temperature of the outer surface of the wall of the pipeline are controlled by controlling either the flow rate and the composition of the fuel or air flow by actuating the corresponding valves. When the ratio of air to fuel is set using the controller and the set flow rate of one of the reagents, fuel or air, the flow rate of the other reagent is controlled by the control system.

Подача топливного газа и воздуха в устройство регулируется в таком диапазоне, чтобы температура каталитического слоя, с одной стороны, была выше температуры зажигания, чтобы предотвратить затухание каталитического горения. С другой стороны, максимально допустимая температура катализатора ограничивается максимальной температурой стенки трубопровода, выше которой возможен перегрев, приводящий к повреждению трубы или нежелательному изменению свойств жидкости или газа. Устройство может функционировать в пределах этих двух значений температуры при контроле количества выделяемого тепла.The supply of fuel gas and air to the device is controlled in such a range that the temperature of the catalytic layer, on the one hand, is higher than the ignition temperature, in order to prevent the attenuation of catalytic combustion. On the other hand, the maximum allowable temperature of the catalyst is limited by the maximum temperature of the pipe wall, above which overheating is possible, leading to damage to the pipe or an undesirable change in the properties of the liquid or gas. The device can operate within these two temperature values while controlling the amount of heat generated.

В некоторых случаях в систему управления 30 могут подаваться другие сигналы. Эти сигналы могут включать в себя информацию о состоянии транспортируемой жидкости (газа), полученную в потоке жидкости (газа) выше и ниже устройства, например, температуру, расход и/или давление, параметры других нагревателей, установленных в трубопроводе. Таким образом, обеспечивается централизованное управление всей системой нагрева.In some cases, other signals may be provided to control system 30. These signals may include information on the state of the transported liquid (gas) obtained in the flow of liquid (gas) above and below the device, for example, temperature, flow rate and / or pressure, parameters of other heaters installed in the pipeline. Thus, centralized control of the entire heating system is ensured.

Claims

1. The device for heating local sections of the pipeline or other linear objects, forming with the local section of the pipeline or a linear object the pipe structure in the pipe, covered with a heat-insulating material, consisting of a radiation section in which heat is generated by catalytic combustion of gaseous fuel and a convection section in which the heat of the exhaust gases is used for additional heating, characterized in that the radiation section contains at least two tubular catalytic heaters, the fuel distribution system, the air supply system and the start-up system, while the tubular catalytic heaters are located around the pipeline and are mounted on at least two semi-ring collectors connected to the supply pipes and located coaxially to the pipe in an annular section between the pipe and the reflector, or the radiation section consists of two semicircular radial-type catalytic heaters that completely surround the pipeline.

2. The device according to p. 1, characterized in that the reflector consists of two internal half-shells equipped with thermal insulation, and a casing.

3. The device according to claim 1, characterized in that it is a module consisting of several radiation and convection sections.

4. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with sensors and a system for monitoring the operation of the device and regulating each heater both in combination and independently from each other, when controlling one or more parameters, such as fuel consumption, fuel to fuel ratio air, based on the signals of sensors installed in the device and optionally installed on other devices operating on the pipeline and / or installed on the pipeline to determine the operating conditions of the liquid transported through the pipeline .