RU2755647C1 - Method for selecting electricity from linear part of inductive-resistive, inductive and resistive electric heating systems and node for implementing method (options) - Google Patents
Method for selecting electricity from linear part of inductive-resistive, inductive and resistive electric heating systems and node for implementing method (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755647C1 RU2755647C1 RU2020138265A RU2020138265A RU2755647C1 RU 2755647 C1 RU2755647 C1 RU 2755647C1 RU 2020138265 A RU2020138265 A RU 2020138265A RU 2020138265 A RU2020138265 A RU 2020138265A RU 2755647 C1 RU2755647 C1 RU 2755647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating
- resistive
- control device
- inductive
- power supply
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K49/00—Means in or on valves for heating or cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
- F16L53/30—Heating of pipes or pipe systems
- F16L53/35—Ohmic-resistance heating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для обогрева источников дополнительных тепловых потерь (задвижки, фильтры, клапаны, тройники - места ответвления трубопровода) промышленных объектов, таких как резервуары, цистерны, трубопроводы, для питания приводов исполнительных механизмов, а также элементов управления, контроля и прочего оборудования без построения сопроводительной сети.The invention is intended for heating sources of additional heat losses (valves, filters, valves, tees - pipeline branch points) of industrial facilities, such as tanks, tanks, pipelines, for powering actuator drives, as well as controls, monitoring and other equipment without building an accompanying networks.
Для обогрева промышленных трубопроводов большой протяженности общеизвестно применение резистивных, резистивно-индуктивных и индуктивных систем электрообогрева (например, система ИРСН – 15000 на основе скин-эффекта, Интернет-страница https://sstprom.ru/products/skin_system/). Все они работают на переменном токе и, как правило, на высоком напряжении (выше 1000 В). Основным преимуществом таких систем является то, что они могут обогреть участки трубопроводов большой длины с одной точки запитки. Однако эти системы имеют существенный недостаток – это невозможность обогрева источников дополнительных тепловых потерь, таких как задвижки, фильтры, клапаны, тройники (места ответвления трубопровода), которые могут встречаться на протяжении всей линейной части обогреваемого объекта. Данные элементы имеют большую металлоемкость, нежели линейная часть трубопровода, поэтому им требуется большая компенсация тепловых потерь. Указанные системы электрообогрева при проектировании рассчитываются на компенсацию тепловых потерь только линейной части. For heating industrial pipelines of a large length, the use of resistive, resistive-inductive and inductive electric heating systems is well known (for example, the IRSN-15000 system based on the skin effect, the Internet page https://sstprom.ru/products/skin_system/). All of them operate on alternating current and, as a rule, at high voltage (above 1000 V). The main advantage of such systems is that they can heat long pipe sections from a single feed point. However, these systems have a significant drawback - it is the impossibility of heating sources of additional heat losses, such as valves, filters, valves, tees (pipeline branch points), which can occur throughout the entire linear part of the heated object. These elements have a higher metal content than the linear part of the pipeline, therefore, they require a large compensation for heat losses. The specified electrical heating systems are designed to compensate for heat losses of only the linear part.
Известна система электрического обогрева трубопровода (патент RU2727717, МПК F16L 53/35, опубл. 23.07.2020 г.), содержащего трубу и теплоизоляцию вокруг нее, включает питающий трансформатор, питающие коробки, концевые коробки, сервисные коробки, расположенные между питающими и концевыми коробками, соединительные и концевые муфты среднего напряжения, систему контроля и мониторинга параметров, три нагревательных резистивных кабеля, соединенных с тремя фазами трехфазной системы питания. Каждый резистивный кабель размещен внутри отдельно расположенного направляющего элемента, закрепленного непосредственно на внешней стороне трубы под ее теплоизоляцией. Экраны каждого резистивного кабеля имеют промежуточные и концевые заземления, а также соединены между собой на концах трубопровода. A known system of electric heating of a pipeline (patent RU2727717, IPC F16L 53/35, publ. 23.07.2020), containing a pipe and thermal insulation around it, includes a supply transformer, supply boxes, end boxes, service boxes located between the supply and end boxes , medium voltage couplings and terminations, control and monitoring system of parameters, three heating resistive cables connected to three phases of a three-phase power system. Each resistive cable is housed inside a separately located guide element, which is fixed directly to the outside of the pipe under its thermal insulation. The shields of each resistive cable have intermediate and terminal grounds, and are also interconnected at the ends of the pipeline.
Известная система не предназначена для обогрева источников дополнительных тепловых потерь (задвижки, фильтры, клапаны, тройники - места ответвления трубопровода).The known system is not intended for heating sources of additional heat losses (valves, filters, valves, tees - pipe branches).
Технической проблемой, решаемой изобретением, является обогрев источников дополнительных тепловых потерь промышленных объектов, а также обеспечение питанием элементов управления, контроля и прочего оборудования, без построения сопроводительной сети.The technical problem solved by the invention is the heating of sources of additional heat losses of industrial facilities, as well as the supply of power to the controls, monitoring and other equipment, without building an accompanying network.
Технический результат – обеспечение питанием нагревательных элементов источников дополнительных тепловых потерь промышленных объектов или исполнительных механизмов, элементов управления, контроля и прочего оборудования, без построения сопроводительной сети.The technical result is the provision of power supply to the heating elements of sources of additional heat losses of industrial facilities or actuators, controls, monitoring and other equipment, without building an accompanying network.
Проблема решается, а технический результат достигается способом отбора электроэнергии с линейной части системы электрообогрева промышленного объекта, который осуществляют в двух вариантах.The problem is solved, and the technical result is achieved by the method of taking electricity from the linear part of the electric heating system of an industrial facility, which is carried out in two versions.
По первому варианту способ отбора электроэнергии с линейной части системы электрообогрева промышленного объекта заключается в том, что на нагревательном проводнике системы электрообогрева на определенном расстоянии друг от друга устанавливают два соединительных элемента, в каждом из которых сращивают нагревательный проводник через разветвительный соединитель, а к разветвленному концу соединителя подключают изолированный электрический провод соответствующего класса напряжения, посредством которого снимают электрический потенциал и заводят в устройство питания и управления нагревательным элементом источника тепловых потерь или приводом исполнительного механизма через ввод, соответствующий зоне установки источника тепловых потерь или исполнительного механизма, а нагревательный элемент источника тепловых потерь или привод исполнительного механизма также подключают к устройству питания и управления.According to the first variant, the method of taking electricity from the linear part of the electric heating system of an industrial facility consists in the fact that two connecting elements are installed on the heating conductor of the electric heating system at a certain distance from each other, in each of which the heating conductor is spliced through a branching connector, and to the branched end of the connector connect an insulated electrical wire of the corresponding voltage class, by means of which the electric potential is removed and introduced into the power supply and control device for the heating element of the heat loss source or the actuator drive through the input corresponding to the installation zone of the heat loss source or the actuator, and the heating element of the heat loss source or drive the actuator is also connected to a power supply and control device.
Согласно изобретению:According to the invention:
- в качестве системы электрообогрева применяют индуктивно-резистивную или индуктивную, или резистивную систему;- as an electrical heating system, an inductive-resistive or inductive or resistive system is used;
- в качестве соединительного элемента использована соединительная коробка;- a junction box is used as a connecting element;
- в качестве разветвительного соединителя использована разветвительная муфта, которая состоит из разветвительной гильзы и изоляционного материала с соответствующим классом изоляции и обеспечением герметичности;- a branching sleeve is used as a branching connector, which consists of a branching sleeve and an insulating material with an appropriate insulation class and ensuring tightness;
- в качестве устройства питания и управления используют коробку или шкаф управления, содержащий повышающий трансформатор, блок питания, устройство защитного отключения, пускозащитные автоматические выключатели, ограничители перенапряжения.- as a power supply and control device, a box or control cabinet is used, containing a step-up transformer, a power supply, a residual current device, start-up circuit breakers, overvoltage limiters.
По второму варианту способ отбора электроэнергии с линейной части системы электрообогрева промышленного объекта заключается в том, что в конце линии обогрева устанавливают устройство питания и управления модулями связи с приборами мониторинга и/или контроля, и/или управления обогреваемого промышленного объекта, на определенном расстоянии от которого на нагревательном проводнике системы электрообогрева устанавливают соединительный элемент, в котором сращивают нагревательный проводник через разветвительный соединитель, а к разветвленному концу соединителя подключают изолированный электрический провод соответствующего класса напряжения, посредством которого снимают электрический потенциал и заводят в устройство питания и управления через ввод, соответствующий зоне его установки, при этом другой потенциал снимают непосредственно в устройстве питания и управления в точке соединения фазного проводника с заземленной греющей трубкой, имеющей нулевой потенциал, в случае индуктивно-резистивной системы, или в точке соединения трехфазных проводников в одной точке в случае резистивной системы. According to the second version, the method of taking electricity from the linear part of the electric heating system of an industrial facility consists in the fact that at the end of the heating line, a power supply and control device for communication modules with monitoring and / or control devices and / or control of a heated industrial facility is installed, at a certain distance from which a connecting element is installed on the heating conductor of the electric heating system, in which the heating conductor is spliced through a branching connector, and an insulated electrical wire of the corresponding voltage class is connected to the branched end of the connector, by means of which the electrical potential is removed and introduced into the power and control device through an input corresponding to the zone of its installation , while the other potential is removed directly in the power supply and control device at the point of connection of the phase conductor with a grounded heating tube having a zero potential, in the case of an inductive-resistive with system, or at the point of connection of three-phase conductors at one point in the case of a resistive system.
Согласно изобретению:According to the invention:
- в качестве системы электрообогрева применяют индуктивно-резистивную или индуктивную, или резистивную систему;- as an electrical heating system, an inductive-resistive or inductive or resistive system is used;
- в качестве соединительного элемента использована соединительная коробка;- a junction box is used as a connecting element;
- в качестве разветвительного соединителя использована разветвительная муфта, которая состоит из разветвительной гильзы и изоляционного материала с соответствующим классом изоляции и обеспечением герметичности;- a branching sleeve is used as a branching connector, which consists of a branching sleeve and an insulating material with an appropriate insulation class and ensuring tightness;
- в качестве устройства питания и управления используют коробку или шкаф управления, содержащий стабилизатор напряжения, пускозащитные автоматические выключатели, устройство защитного отключения, ограничители перенапряжения, модуль контроля и управления, модем для приема/передачи данных с приборов мониторинга, контроля и управления обогреваемого промышленного объекта. - as a power and control device, a box or control cabinet containing a voltage stabilizer, start-up circuit breakers, a residual current device, surge suppressors, a monitoring and control module, a modem for receiving / transmitting data from monitoring devices, control and management of a heated industrial facility is used.
Технический результат достигается за счет заявленной совокупности действий ввиду следующего.The technical result is achieved due to the stated set of actions in view of the following.
Так как с изменением длины линии обогрева напряжение изменяется, т.е. происходит падение напряжения, то будет и разное падение напряжения, т.е. возникает разность потенциалов. Поэтому с соединительных элементов (например, муфт), установленных на обогревающем элементе системы электрообогрева (резистивных, резистивно-индуктивных, индуктивных) на определенном расстоянии друг от друга, можно снять потенциал и завести в устройство управления нагревательным элементом источника тепловых потерь для питания этого элемента. Также потенциал может сниматься с соединительного элемента (соединительная коробка с разветвительной муфтой), расположенного на определенном расстоянии от устройства питания и управления, и в самом устройстве (например, в виде шкафа управления), установленного в конце линии обогрева, в котором потенциал стремится к нулю. Между этими точками также будет возникать разность потенциалов.Since with a change in the length of the heating line, the voltage changes, i.e. there is a voltage drop, then there will be a different voltage drop, i.e. there is a potential difference. Therefore, from the connecting elements (for example, couplings) installed on the heating element of the electric heating system (resistive, resistive-inductive, inductive) at a certain distance from each other, it is possible to remove the potential and bring the heat loss source into the control device of the heating element to power this element. Also, the potential can be removed from a connecting element (junction box with a branching sleeve) located at a certain distance from the power supply and control device, and in the device itself (for example, in the form of a control cabinet), installed at the end of the heating line, in which the potential tends to zero ... There will also be a potential difference between these points.
Сущность изобретения поясняют иллюстрации, где показано:The essence of the invention is illustrated by illustrations, which show:
На фиг.1 - схема применения заявляемого способа с установкой оборудования условно в середине линии обогрева индукционно-резистивной системы электрообогрева (для питания нагревательного элемента источника тепловых потерь в виде трубопроводной арматуры, например, фильтров, клапанов, задвижек и пр., встречающихся на обогреваемом трубопроводе);Figure 1 is a diagram of the application of the proposed method with the installation of equipment conditionally in the middle of the heating line of the induction-resistive electrical heating system (for powering the heating element of the heat loss source in the form of pipeline fittings, for example, filters, valves, valves, etc., found on a heated pipeline );
На фиг.2 – график падения напряжения в проводнике индуктивно-резистивной системы с обозначением условного места снятия потенциалов - в середине линии электрообогрева;Figure 2 is a graph of the voltage drop in the conductor of the inductive-resistive system with the designation of the conditional place of potential removal - in the middle of the electric heating line;
На фиг.3 - принципиальная схема устройства питания и управления нагревательным элементом источника тепловых потерь или исполнительным механизмом;Figure 3 is a schematic diagram of a power supply and control device for a heating element of a heat loss source or an actuator;
На фиг. 4 – типовая схема обогрева трубопроводной арматуры (фильтры, клапаны, задвижки и пр.), встречающейся на ответвленных трубопроводах;FIG. 4 - a typical heating scheme for pipeline fittings (filters, valves, gate valves, etc.) found on branch pipelines;
На фиг.5 - типовая схема обогрева ответвленных трубопроводов от основного обогреваемого трубопровода;Figure 5 is a typical heating scheme of branch pipelines from the main heated pipeline;
На фиг.6 - типовая схема управления исполнительным механизмом – приводом задвижки;Figure 6 is a typical control circuit of the actuator - the gate valve drive;
На фиг.7 – типовая схема питания модулей мониторинга, контроля и управления обогреваемого объекта в случае применения способа и узла в конце линии обогрева (второй вариант изобретения);Fig. 7 shows a typical power supply diagram for monitoring, control and management modules of a heated object in the case of using the method and the node at the end of the heating line (second embodiment of the invention);
На фиг.8 – устройство питания и управления модулями мониторинга, контроля и управления обогреваемого промышленного объекта в увеличенном масштабе (второй вариант осуществления изобретения);Fig. 8 shows a power supply and control device for monitoring, control and management modules of a heated industrial facility on an enlarged scale (second embodiment of the invention);
На фиг.9 - график падения напряжения в проводнике индуктивно-резистивной системы с обозначением условного места снятия потенциалов - в конце линии электрообогрева;Figure 9 is a graph of the voltage drop in the conductor of the inductive-resistive system with the designation of the conditional place of potential removal - at the end of the electric heating line;
На фиг.10 - принципиальная схема устройства питания и управления модулями мониторинга, контроля и управления обогреваемого промышленного объекта по второму варианту осуществления способа.Figure 10 is a schematic diagram of a power supply and control device for monitoring, control and management modules of a heated industrial facility according to the second embodiment of the method.
На фигурах обозначено:The figures indicate:
1 – устройство питания и управления (нагревательным элементом источника тепловых потерь или приводом исполнительных механизмов, или модулями связи с приборами мониторинга, контроля и управления обогреваемого промышленного объекта) – шкаф управления;1 - power supply and control device (a heating element of a heat loss source or a drive of actuators, or modules for communication with devices for monitoring, control and management of a heated industrial facility) - control cabinet;
2 – соединительный элемент (коробка);2 - connecting element (box);
3 – разветвительный соединитель (муфта);3 - branching connector (coupling);
4 – провод для снятия потенциала;4 - wire for potential removal;
5 – нагревательный проводник системы электрообогрева;5 - heating conductor of the electric heating system;
6 – обогреваемый промышленный объект;6 - heated industrial facility;
7 – источник тепловых потерь;7 - source of heat losses;
8 – нагревательный элемент источника тепловых потерь (например, саморегулирующиеся греющие кабели, или кабели постоянной мощности, самоограничивающиеся кабели, зональные кабели, резистивные и индуктивные элементы и нагревательные элементы на основе скин-эффекта);8 - heating element of the heat loss source (for example, self-regulating heating cables, or constant power cables, self-limiting cables, zone cables, resistive and inductive elements and heating elements based on the skin effect);
9 – электропривод задвижки на трубопроводе;9 - electric drive of the valve on the pipeline;
10 – провод, которым снимают нулевой потенциал (по второму варианту способа);10 - wire used to remove the zero potential (according to the second variant of the method);
11 – провода, питающиеся в результате снятия потенциалов (по второму варианту способа);11 - wires powered as a result of potential removal (according to the second variant of the method);
12 – блок питания (БП);12 - power supply unit (PSU);
13 - модем для приема/передачи данных (например, мониторинга и управления);13 - modem for receiving / transmitting data (for example, monitoring and control);
14 – модуль ввода данных (МВД) с внешних приборов (например, мониторинга и контроля);14 - data input module (MVD) from external devices (for example, monitoring and control);
15 – аккумуляторная батарея (АКБ); 15 - storage battery (joint stock bank);
ОПН — ограничитель перенапряжения;OPN - overvoltage limiter;
QF — автоматический выключатель (силовые цепи);QF - automatic switch (power circuits);
SF1 и SF2 — автоматические выключатели (цепи управления);SF1 and SF2 - automatic switches (control circuits);
Т — трансформатор напряжения;T - voltage transformer;
НШУ — нагреватель шкафа управления;NSHU - control cabinet heater;
А0 — термостат;A0 - thermostat;
БП — блок питания;BP - power supply unit;
АКБ — аккумуляторная батарея; Joint stock bank - storage battery;
А1 — регулятор температуры (программируемый логический контроллер);A1 - temperature controller (programmable logic controller);
А2 — модем передачи данных;A2 - data transmission modem;
FD — устройство защитного отключения (УЗО);FD - residual current device (RCD);
КМ — силовой контактор;KM - power contactor;
KL — промежуточное реле.KL - intermediate relay.
Сущность изобретения поясняют примеры конкретного осуществления способа.The essence of the invention is illustrated by examples of specific implementation of the method.
Пример 1. Применение способа по первому варианту для обогрева источников дополнительных тепловых потерь - фильтры, клапаны, задвижки и прочая арматура.Example 1. Application of the method according to the first option for heating sources of additional heat losses - filters, valves, gate valves and other fittings.
На участке обогреваемого скин-системой трубопровода (например, в соответствии с фиг. 1, 4 и 5), необходимо запитать нагрузку мощностью 4,5 кВА. On the section heated by the skin system of the pipeline (for example, in accordance with Fig. 1, 4 and 5), it is necessary to supply the load with a power of 4.5 kVA.
Расчет тепловых потерь с обогреваемого трубопровода производится согласно ГОСТ 31610.30-2-2017 Приложение Е, СП 41-103-2000 с определенными условиями. Calculation of heat losses from a heated pipeline is carried out in accordance with GOST 31610.30-2-2017 Appendix E, SP 41-103-2000 with certain conditions.
Принимаем, что требуемая температура поддержания +5°С на обогреваемого трубопровода, трубопровод расположен на открытом воздухе. Расчетом не учитываются дополнительные тепловые потери с трубной арматуры (задвижки, фланцы, опоры и т.д.). Климатические параметры для определенной местности берутся согласно СП 131.13330.2018.We assume that the required maintenance temperature is + 5 ° С on the heated pipeline, the pipeline is located in the open air. The calculation does not take into account additional heat losses from pipe fittings (valves, flanges, supports, etc.). Climatic parameters for a specific area are taken in accordance with SP 131.13330.2018.
В примере рассмотрен стальной надземный трубопровод с наружным диаметром 325мм с толщиной стенки 7мм. Данный трубопровод находится в регионе с температурой воздуха наиболее холодной пятидневки, минус 39°С, обеспеченностью 0,92. Толщина теплоизоляционного слоя 75мм с коэффициентом теплопроводности 0,045 Вт/м°С. Температура поддержания обогреваемого трубопровода не менее +5°С. In the example, a steel elevated pipeline with an outer diameter of 325mm and a wall thickness of 7mm is considered. This pipeline is located in a region with an air temperature of the coldest five-day period, minus 39 ° C, and a provision of 0.92. The thickness of the insulating layer is 75 mm with a thermal conductivity coefficient of 0.045 W / m ° C. The temperature for maintaining the heated pipeline is not less than + 5 ° С.
В соответствии с расчетами, выполненными по ГОСТ 31610.30-2-2017 Приложение Е по выше приведенным данным, тепловые потери с обогреваемого трубопровода составляют 32,27 Вт/м. К данным тепловым потерям прибавляется коэффициент запаса по мощности в размере 10% (данный запас определяется нормативными документами заказчика, либо внутренними документами организации, занимающейся расчетами). Итого тепловые потери с обогреваемого трубопровода с коэффициентом запаса составляют 35,5 Вт/м. Выделяемая системой электрообогрева погонная активная мощность должна быть не менее 35,5 Вт/м, для того, чтобы обеспечить температуру обогреваемого трубопровода не менее +5°С. Учитывая, что линейная часть индуктивно-резистивной системы имеет коэффициент мощности не менее 0,92, определяем полную погонную мощность (Cosφ = Руд/Sуд. → Sуд.=Руд./Cosφ = 35,5/0,92= 38,6 ВА/м). Для отбора дополнительной мощности для питания дополнительных нагрузок с существующей системы электрообогрева и для поддержания температуры на трубопроводе не ниже +5°С, необходимо к общей мощности добавить мощность дополнительной нагрузки. In accordance with the calculations performed in accordance with GOST 31610.30-2-2017 Appendix E based on the above data, heat losses from the heated pipeline are 32.27 W / m. To these heat losses, a power reserve factor of 10% is added (this reserve is determined by the customer's regulatory documents, or by the internal documents of the organization engaged in calculations). Total heat losses from a heated pipeline with a safety factor is 35.5 W / m. The linear active power allocated by the electric heating system must be at least 35.5 W / m in order to ensure the temperature of the heated pipeline at least + 5 ° С. Considering that the linear part of the inductive-resistive system has a power factor of at least 0.92, we determine the total linear power (Cosφ = Rud / Ssp. → Ssp. = Rud. / Cosφ = 35.5 / 0.92 = 38.6 VA / m). To take additional power to supply additional loads from the existing electric heating system and to maintain the temperature on the pipeline not lower than + 5 ° C, it is necessary to add the power of the additional load to the total power.
Предположим, что мощность дополнительной нагрузки, которую необходимо запитать от существующей системы, составляет 4500ВА. Отбор дополнительной мощности с существующей системы будем производить на участке в 260 метров (данное расстояние определяется проектной документацией и может изменяться в зависимости от мощности системы и от мощности нагрузки). Разделив мощность дополнительной нагрузки на длину участка, получим значение погонной мощности, которую необходимо добавить к мощности системы (S/L=Sуд. 4500/260=17,3 ВА/м). Итак, общая мощность системы с учетом дополнительной нагрузки будет 38,6+17,3=55,9 ВА/м. Suppose the additional load that needs to be supplied from the existing system is 4500VA. We will take additional power from the existing system at a site of 260 meters (this distance is determined by the design documentation and may vary depending on the power of the system and on the load power). Dividing the power of the additional load by the length of the section, we obtain the value of the linear power, which must be added to the power of the system (S / L = Ssp. 4500/260 = 17.3 VA / m). So, the total power of the system, taking into account the additional load, will be 38.6 + 17.3 = 55.9 VA / m.
Зная необходимую погонную мощность системы 55,9 ВА/м, сечение токоведущего проводника 15 мм2, параметры нагревателя труба 32х3 ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8733-74, рассчитываются основные электрические параметры системы, такие как ток и напряжение (в соответствии с учебником «Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли»/М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков, А.Б. Кувалдин. Глава 6. Системы электрообогрева на основе индукционно-резистивного нагрева (скин-системы)). Ток составит 113 А. Зная ток, определяем падение напряжения (В/м):Knowing the required linear power of the system 55.9 VA / m, the cross-section of the current-carrying conductor is 15 mm 2 , the parameters of the heater pipe 32x3 GOST 8734-75, GOST 8733-74, the main electrical parameters of the system are calculated, such as current and voltage (in accordance with the textbook " Design and operation of electrical heating systems in the oil and gas industry "/ ML Strupinsky, NN Khrenkov, AB Kuvaldin.
Sуд.=Uуд.I→Uуд.=Sуд./I =55,9/113=0,494 В/мSsp. = Usp. I → Usp. = Ssp. / I = 55.9 / 113 = 0.494 V / m
На участке в 260 метров при падении напряжения в проводнике 0,494 В/м разница потенциалов составит 260*0,494=128,4В. Данное напряжение заводится в шкаф управления 1, для повышения напряжения до стандартного значения 220В в шкафу управления устанавливается повышающий трансформатор. On an area of 260 meters, with a voltage drop in the conductor of 0.494 V / m, the potential difference will be 260 * 0.494 = 128.4 V. This voltage is fed into
С данного шкафа управления возможно запитать дополнительную нагрузку мощностью 4500ВА без вреда обогрева основного трубопровода. From this control cabinet it is possible to supply an additional 4500VA load without harming the heating of the main pipeline.
Таким образом, на расстоянии 260 метров друг от друга устанавливаются соединительные коробки 2 с разветвительными муфтами 3, при помощи которых выполняется ответвление проводами 4. Соединительный элемент 2 устанавливают на обогреваемой трубе 6, в которую заходит нагревательный проводник 5. В данной соединительной коробке происходит сращивание нагревательного проводника через разветвительный соединитель (муфта) 3. К разветвленному концу соединителя 3 подключается проводник для снятия потенциала 4, который через специальное уплотнительное отверстие коробки 2 выходит и заводится в устройство питания и управления 1. Сам разветвленный соединитель при этом изолирован диэлектрическим материалом. Разветвительная муфта 3 состоит из разветвительной гильзы (обжимная, либо со срывными болтами) и изоляционного материала (термоусаживаемая муфта, либо набор из специальных изоляционных лент и термоусаживаемой муфты) с соответствующим классом изоляции и обеспечением герметичности.Thus, at a distance of 260 meters from each other,
Все необходимое электрическое оборудование размещается в шкаф управления 1 согласно принципиальной схеме (фиг. 3) для обогрева источника тепловых потерь 7 нагревательным элементом 8. Для преобразования в стандартные напряжения 220 В или 380 В шкаф управления содержит преобразующий (повышающий) трансформатор. All the necessary electrical equipment is placed in the
Пример 2. Применение способа для питания и управления приводом задвижки.Example 2. Application of the method for power supply and control of the gate valve drive.
На обогреваемом трубопроводе находится задвижка с электроприводом (фиг.6), которую необходимо запитать от индуктивно-резистивной системы электрообогрева. Потребляемая мощность задвижки, допустим, 400ВА. Расчетные тепловые потери с предполагаемого обогреваемого трубопровода принимаем 50 ВА/м (согласно ГОСТ 31610.30-2-2017 Приложение Е, СП 41-103-2000 аналогично примеру 1) с учетом 10% запаса по мощности при температуре поддержания +30° С и учетом коэффициента мощности 0,92. On the heated pipeline there is a gate valve with an electric drive (Fig. 6), which must be powered from an inductive-resistive electric heating system. The power consumption of the valve is, say, 400VA. The calculated heat losses from the prospective heated pipeline are assumed to be 50 VA / m (according to GOST 31610.30-2-2017 Appendix E, SP 41-103-2000 similar to example 1), taking into
Ток определяется в соответствии с учебником «Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли»//М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков, А.Б. Кувалдин. Глава 6. Системы электрообогрева на основе индукционно-резистивного нагрева (скин-системы) и составит 107 А. Зная ток, определяем падение напряжения (В/м):The current is determined in accordance with the textbook "Design and operation of electrical heating systems in the oil and gas industry" // ML. Strupinsky, N.N. Khrenkov, A.B. Kuvaldin.
Sуд.=Uуд.I→Uуд.=Sуд./I =50/107=0,467 В/мSsp. = Usp. I → Usp. = Ssp. / I = 50/107 = 0.467 V / m
Учитывая небольшую мощность для питания задвижки, возможно использовать 10% запас по мощности, то есть не более 5 ВА/м без ущерба обогрева основного трубопровода (50 ВА/м*10%=5ВА/м), на участке не менее 400/5=80 метров (где 400 – мощность задвижки, ВА; 5 – мощность с погонного метра, которую можно использовать без ущерба для обогрева участка основного трубопровода (между двумя точками снятия потенциала, ВА/м. На 80 метрах, при падении напряжении 0,467 В/м, разница потенциалов составит 37,36 В (80м*0,467В/м=37,36В). Данное напряжение необходимо привести к стандартному 48 В за счет увеличения расстояния между соединительными коробками, (48В/0,467В/м=103м). Соединительные коробки 2 необходимо разместить на расстоянии 103 метра, при этом разница потенциала на проводнике составит порядка 48 В, максимальная подключаемая полная мощность нагрузки не должна превышать более 400 ВА (максимальная полная мощность в данном случае, которую можно снять с участка обогрева индуктивно-резистивной системой без ущерба (риска замерзания) между точками снятия потенциалов (103 м). Given the low power to power the valve, it is possible to use a 10% power reserve, that is, no more than 5 VA / m without damage to the heating of the main pipeline (50 VA / m * 10% = 5VA / m), in the section at least 400/5 = 80 meters (where 400 is the gate valve power, VA; 5 is the power per running meter, which can be used without damage to heating the main pipeline section (between two points of potential removal, VA / m. At 80 meters, with a voltage drop of 0.467 V / m , the potential difference will be 37.36 V (80m * 0.467V / m = 37.36V). This voltage must be brought to the standard 48V by increasing the distance between the junction boxes, (48V / 0.467V / m = 103m). 2 must be placed at a distance of 103 meters, while the potential difference on the conductor will be about 48 V, the maximum connected total power of the load should not exceed 400 VA (the maximum total power in this case, which can be removed from the heating section of the inductive-resistive system without damage (risk of freezing) between the points of potential removal (103 m).
Таким образом, на расстоянии 103 метра друг от друга устанавливается соединительные коробки 2 с разветвительными муфтами 3, при помощи которых выполняется ответвление. Все необходимое электрическое оборудование размещается в шкафу управления 1 согласно принципиальной схеме на фиг. 3. Thus, at a distance of 103 meters from each other,
Пример 3. Применение заявляемого способа для питания приборов мониторинга, контроля и управления обогреваемого трубопровода согласно второму варианту способа (фиг 7). Example 3. Application of the proposed method for power supply of monitoring devices, control and management of a heated pipeline according to the second variant of the method (Fig. 7).
Возьмем для примера длину обогреваемого трубопровода 2500 метров, принимаем температуру поддержания обогреваемого трубопровода не ниже +5 °С, тепловые потери с обогреваемого трубопровода, при заданной толщине и коэффициенте теплопроводности теплоизоляции, составляют 40 ВА/м (согласно ГОСТ 31610.30-2-2017 Приложение Е, СП 41-103-2000 аналогично примеру 1). Зная погонную мощность (ВА/м), рассчитываются основные электрические параметры системы по книге «Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли», М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков, А.Б. Кувалдин. Глава 6. Системы электрообогрева на основе индукционно-резистивного нагрева (скин-системы). В данном случае для компенсации расчетных тепловых потерь (40 Вт/м) ток будет составлять 94,7 А. Зная ток, определяем падение напряжения (Uуд.=Pуд./I, Uуд.=40/94,7=0,422В/м). Take, for example, the length of the heated pipeline 2500 meters, we take the temperature of maintaining the heated pipeline not lower than +5 ° C, heat losses from the heated pipeline, at a given thickness and thermal conductivity coefficient of thermal insulation, are 40 VA / m (according to GOST 31610.30-2-2017 Appendix E , SP 41-103-2000 analogously to example 1). Knowing the running power (VA / m), the main electrical parameters of the system are calculated according to the book "Design and operation of electrical heating systems in the oil and gas industry", M.L. Strupinsky, N.N. Khrenkov, A.B. Kuvaldin.
Для получения разницы потенциалов в 12 В (минимальное стандартное напряжения для питания электронного оборудования, чтобы по возможности избежать нестандартного оборудования) на проводнике расстояние будет соответствовать 12/0,42=28,6 метров (L=U/Uпог). To obtain a potential difference of 12 V (the minimum standard voltage for powering electronic equipment, in order to avoid non-standard equipment if possible), the distance on the conductor will correspond to 12 / 0.42 = 28.6 meters (L = U / Up).
Таким образом, на расстоянии 29 метров от шкафа управления 1, расположенного в конце линии электрообогрева, на нагревательном проводнике 5 системы электрообогрева устанавливается соединительная коробка 2 с разветвительной муфтой 3 (фиг.7), при помощи которой выполняется ответвление проводника 4 для снятия потенциала. Съем другого потенциала происходит непосредственно в шкафу 1 в точке N (фиг.7 и 8). Thus, at a distance of 29 meters from the
Точка «N» - наличие нулевого потенциала в конце линии обогрева:Point "N" - the presence of zero potential at the end of the heating line:
- это место соединение фазного проводника с заземленной греющей трубкой, имеющей нулевой потенциал, в случае с индуктивно-резистивной системой;- this is the place where the phase conductor is connected to a grounded heating pipe, which has zero potential, in the case of an inductive-resistive system;
- это место соединения трех фазных проводников в одной точке (в «звезду») в соответствии с первым законом Кирхгофа, в случае резистивной системой.- this is the junction of three phase conductors at one point (in a "star") in accordance with the first Kirchhoff's law, in the case of a resistive system.
Позицией 10 показан провод, которым снимают нулевой потенциал в шкафу 1.
11 – провода, питающиеся в результате снятия потенциалов. 11 - wires powered by potential removal.
Данные с приборов мониторинга, контроля и управления заводятся напрямую в модем 13, если небольшое количество сигналов, либо через модуль ввода данных 14. Приборы мониторинга и контроля устанавливаются на контролируемых объектах (датчики температуры, тока, давления и пр.) вне устройства питания и управления 1. Некоторые приборы контроля могут размещаться внутри устройства питания и управления 1 (например, измерительные трансформаторы). Питающими проводами 11 запитывается блок питания 12 (в частных случаях может устанавливаться повышающий трансформатор). Блок питания, в свою очередь запитывает модем 13 и модуль ввода данных 14. В модуль ввода данных 14 заводится информация с внешних приборов мониторинга и контроля. Данная информация через модем 13 передается далее, например, с использованием технологии GSM или другой. Также может устанавливаться аккумуляторная батарея 15 для обеспечения автономной работы в случае отключения системы по температурному режиму или аварийным сигналам.Data from monitoring, control and management devices are entered directly into the
Все необходимое электрическое оборудование размещается в шкафу 1 согласно принципиальной схеме (фиг.10). Преобразование заведенных сигналов может происходить в частных случаях при помощи применения повышающего трансформатора. В основном же напряжения для питания приборов расчетное. Блок питания 12 выполняет роль стабилизатора, но в отдельных случаях может преобразовывать напряжение в стандартное, например, в 220 В.All the necessary electrical equipment is placed in
Таким образом, изобретение обеспечивает питание нагревательных элементов источников дополнительных тепловых потерь промышленных объектов, ответвленных трубопроводов от основного обогреваемого объекта, встречающихся на трубопроводах большой протяженности, обогреваемых системами электрообогрева, а также для питания элементов управления и контроля и прочего оборудования собственных нужд без построения сопроводительной сети.Thus, the invention provides power to the heating elements of sources of additional heat losses of industrial facilities, branch pipelines from the main heated facility, found on long pipelines heated by electrical heating systems, as well as to supply control and monitoring elements and other equipment for their own needs without building an accompanying network.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020138265A RU2755647C1 (en) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Method for selecting electricity from linear part of inductive-resistive, inductive and resistive electric heating systems and node for implementing method (options) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020138265A RU2755647C1 (en) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Method for selecting electricity from linear part of inductive-resistive, inductive and resistive electric heating systems and node for implementing method (options) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755647C1 true RU2755647C1 (en) | 2021-09-17 |
Family
ID=77745665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020138265A RU2755647C1 (en) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Method for selecting electricity from linear part of inductive-resistive, inductive and resistive electric heating systems and node for implementing method (options) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755647C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2821850C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-06-26 | Михаил Леонидович Струпинский | Power takeoff device and pipeline electric heating system containing such device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1204405A (en) * | 1967-03-22 | 1970-09-09 | Chisso Corp | Method for supplying electricity to a heat-generating pipe utilizing skin effect of a.c. |
US6371693B1 (en) * | 1999-08-27 | 2002-04-16 | Shell Oil Company | Making subsea pipelines ready for electrical heating |
RU93130U1 (en) * | 2009-10-07 | 2010-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-технический центр "Энергосбережение" | HEATED PIPELINE |
US20150048079A1 (en) * | 2012-02-17 | 2015-02-19 | Aker Subsea As | Subsea heating assembly and method of heating a subsea component |
RU2662635C2 (en) * | 2016-11-02 | 2018-07-26 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Интерм" | Induction-resistive electric heating system |
RU2727717C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-07-23 | ГаммаСвисс СА | Electrical heating system for pipelines |
-
2020
- 2020-11-23 RU RU2020138265A patent/RU2755647C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1204405A (en) * | 1967-03-22 | 1970-09-09 | Chisso Corp | Method for supplying electricity to a heat-generating pipe utilizing skin effect of a.c. |
US6371693B1 (en) * | 1999-08-27 | 2002-04-16 | Shell Oil Company | Making subsea pipelines ready for electrical heating |
RU93130U1 (en) * | 2009-10-07 | 2010-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-технический центр "Энергосбережение" | HEATED PIPELINE |
US20150048079A1 (en) * | 2012-02-17 | 2015-02-19 | Aker Subsea As | Subsea heating assembly and method of heating a subsea component |
RU2662635C2 (en) * | 2016-11-02 | 2018-07-26 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Интерм" | Induction-resistive electric heating system |
RU2727717C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-07-23 | ГаммаСвисс СА | Electrical heating system for pipelines |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2821850C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-06-26 | Михаил Леонидович Струпинский | Power takeoff device and pipeline electric heating system containing such device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NL2007780C2 (en) | Thermally isolated heated pipeline made of double casing sections and laying process for such a pipeline. | |
NO328383B1 (en) | Direct electric heating system with high efficiency | |
US20100101663A1 (en) | System and method for pipeline heating | |
US20220275898A1 (en) | Pipeline electric heating system | |
Hazel et al. | Taking power distribution under the sea: design, manufacture, and assembly of a subsea electrical distribution system | |
RU2755647C1 (en) | Method for selecting electricity from linear part of inductive-resistive, inductive and resistive electric heating systems and node for implementing method (options) | |
CA1047087A (en) | System for controlling electrical power in an internal wire impedance heating system | |
EP0347124A1 (en) | Apparatus and method for maintaining a minimum temperature for liquids in pipes | |
EP4179179B1 (en) | Subsea induction heating system and related method | |
Burrell | Application of Oil-cooling in High-pressure Oil-filled Pipe-cable Circuits | |
RU2785805C1 (en) | Method for melting ice on overhead power line wires without interruption of power supply to consumers | |
Kehl et al. | Cross-bonding for MV cable systems: advantages and impact on accessories design | |
US4704515A (en) | Method for supplying electrical power to proximity-effect heat-tracing circuits | |
US12074438B2 (en) | High voltage AC transmission systems and methods | |
CN105020881B (en) | The intelligent heating system of storage tank | |
Curci et al. | Replacement of pipe type cables with cross-linked polyethylene (XLPE) cables by utilizing the existing steel pipe | |
RU2694103C2 (en) | Heating element of device for heating of industrial facility | |
EP3719378A1 (en) | System for supplying power to a one phase load from a three phase grid | |
US2066320A (en) | Electric cable system | |
EP4087075A1 (en) | Superconducting power cable system | |
D'Souza et al. | Power system design for a large dynamic natural gas field | |
GB2591483A (en) | A high voltage AC transmission system and a method for preventing/reducing overvoltage at an offshore plant | |
Ristanovic et al. | Medium voltage single core cable armor grounding issues and solutions | |
RU41201U1 (en) | INSTALLATION FOR GLASS MELTING ON THE ELECTRIC TRANSMISSION AIR-LINES | |
JP2023039176A (en) | Overload protection control system and overload protection control method |