Системы электрообогрева на основе индукционно-резистивного греющего кабеля (СКИН - системы)

Назначение:

Индукционно-резистивная система обогрева (СКИН-система) предназначена для защиты от замерзания, поддержания температуры и разогрева протяженных трубопроводов от 3-5 км и длиннее, оснований резервуаров и платформ. 

Нагревательный элемент СКИН системы представляет собой конструцию, состоящую из следующих элементов:

• Стальной цельнотянутой трубки или индукционно-резистивный нагревателя (ИРН). ИРН изготавливается из особой углеродистой стали с заданными ферромагнитными параметрами наружным диаметром от 16-60мм и толщиной стенки 2,5-4 мм. ИРН крепится к наружной стенке обогреваемого объекта.

• СКИН-проводника или индукционно-резистивного проводника (ИРП). ИРП состоит из медной многопроволочной жилы и изоляционной оболочки. Наружная изоляционная оболочка проводника выполнена из термостойкого пластиката или фторполимера. Напряжение питания СКИН проводника составляет от 2 до 5кВ(50-60Гц), а максимальная рабочая температура от -60С до 260С. ИРП прокладывается внутри ИРН.

Нагревательный элемент СКИН-системы способен выделять мощность обогрева до 100Вт/м. Конструкция СКИН-проводника условно показана на рис.1

Рис.1

Принцип работы:

Тепловыделение от нагревательного элемента СКИН-системы происходит благодаря наличию так называемого СКИН-эффекта. СКИН-нагреватель (ИРН) монтируется так, чтобы обеспечить надежный тепловой контакт с объектом обогрева. СКИН-проводник (ИРП) помещается в ферромагнитный стальной СКИН-нагреватель. На дальнем конце СКИН-проводник накоротко соединяется со СКИН-нагревателем. На обоих концах СКИН-нагреватель заземляется. На ближнем конце между СКИН-проводником и СКИН-нагревателем прикладывается питающее напряжение промышленной частоты (50-60Гц). 

Питающее напряжение прикладывается таким образом, что по ИРП ток течет в одном направлении, а по ИРН возвращается. При этих условиях сопротивление ИРП практически не отличается от сопротивления на постоянном токе. Иные процессы происходят в ИРН. Так как относительная магнитная проницаемость стали равна 800-1000, за счет взаимного влияния протекающих токов происходит вытеснение тока к внутренней поверхности ИРН. За счет магнитных свойств ИРН в нем имеет место быть хорошо выраженный поверхностный эффект (СКИН-эффект), т.е. ток протекает не по всей толще стенки ИРН, а в тонком поверхностном слое толщиной около 1 мм у внутренней поверхности ИРН. Поверхностный эффект приводит к тому, что сопротивление ИРН на переменном токе заметно больше, чем на постоянном. При протекании тока происходит выделение тепла в ИРП и в ИРН. Это тепло вместе с теплом от внутреннего проводника передается обогреваемому объекту. При правильном конструировании системы 60-80% тепла выделяется в ИРН и только 20-40% в ИРП. В результате тепловой режим работы ИРП, проходящего внутри ИРН, не вызывает его существенного перегрева, что служит фундаментом высокой надежности системы.

Важным свойством СКИН-системы является ее электрическая безопасность. Ток протекает по внутренней поверхности ИРН, а на внешней ее поверхности ток практически отсутствует, и нет электрических потенциалов. Электрически система строится так, чтобы обеспечить непрерывность, как ИРП, так и ИРН, представляющего собой обратный проводник. ИРН, как было указано выше, надежно заземляется.

Крепление нагревательного элемента к объекту обогрева производится металлическими хомутами при помощи специального инструмента или точечной сваркой. Поверх нагревательного элемента монтируется слой теплоизоляции с защитным покрытием.

Принцип работы системы на примере обогрева участка трубопровода показан на рис.2-4.

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Преимущества СКИН-систем:

• Экономичность. Экономия капитальных затрат на покупку оборудования и материалов системы обогрева при создании систем обогрева протяженностью 3-5 км и более по сравнению с затратами на внедрение саморегулирующихся систем и Long Pipe систем за счет возможности питания системы обогрева с одного конца.
• Возможность обогрева протяженного трубопровода. Высокое напряжение питания (до 5кВ) в сочетании с малым сопротивлением системы на метр длины позволяет питать от одного источника плечи обогрева длиной до 20 км.
• Электробезопасность. Наружная поверхность обогреваемого элемента заземлена и имеет нулевой потенциал, что гарантирует электробезопасность СКИН-системы.
• Хороший тепловой контакт. Металлический нагревательный элемент приваривается или крепится непосредственно к трубопроводу.
• Простота монтажа. Основной тепловыделяющий элемент (ИРН) не имеет наружной электрической изоляции, которую можно повредить при монтаже.
• Надежность. Стальной ИРН обеспечивает механическую прочность и защиту ИРП от повреждений, что особенно важно для трубопроводов, проложенных под землей или под водой. Подходящие для применения при высокой температуре до 200 °C материалы для использования в процессе поддержания температуры. Рабочий диапазон температур СКИН-проводника от -60°C до +260°C. Диапазон температур окружающей среды при эксплуатации систем от -55°C до +70°C.
• Ремонтопригодность. Наличие достаточного количества протяжных коробок упрощает доступ к СКИН-проводнику без повреждения теплоизоляции.

Состав системы:

СКИН-система обогрева состоит из двух подсистем:

1. Подсистема электрообогрева.

2. Подсистема питания и управления.

Подсистемы электрообогрева, питания и управления условно показаны на рис. 5-6.

Рис.5

 Рис.6

Специалисты ООО «Пром-А Урал» всегда готовы проконсультировать Вас по вопросам применения СКИН-систем электрообогрева, а также оказать услуги по расчету, проектированию и внедрению систем электрообогрева на базе оборудования представленных заводов-изготовителей.