Расчет мощности скин-кабельной системы для электрообогрева трубопроводов и их технологических элементов

А. В. Рогачёв; М. А. Булатенко; М. А. Федин

doi:10.71759/0wwh-vd86

Расчет мощности скин-кабельной системы для электрообогрева трубопроводов и их технологических элементов

А. В. Рогачёв, М. А. Булатенко, М. А. Федин

Аннотация

Предложена инженерная методика расчета мощности скин-кабельной системы электрообогрева, обеспечивающей требуемый температурный режим магистральных трубопроводов и их технологических элементов. На основе конечно-элементного моделирования в среде COMSOL Multiphysics проведена серия из 700 вычислительных экспериментов для трубопроводов с внешними диаметрами от 14 до 610 мм, с толщиной теплоизоляции от 20 до 100 мм, при разнице температур между транспортируемым продуктом и окружающей средой от 30 до 80 °C. По результатам экспериментов методом полиномиальной регрессии с последующим исключением незначимых коэффициентов по критерию Стьюдента получена аналитическая зависимость тепловых потерь магистрального участка трубопровода от диаметра трубопровода, толщины теплоизоляции и разницы температур между транспортируемым продуктом и окружающей средой. Выполнено моделирование тепловых потерь технологических элементов трубопроводов: фланцевых соединений, опорных конструкций, запорной арматуры и фильтров, для каждого из которых выведены регрессионные модели.

Ключевые слова

индукционно-резистивный нагрев, индукционно-резистивная система нагрева, скин-система, скин-кабельная система, отбор мощности, обогрев трубопроводов, компьютерное моделирование, COMSOL Multiphysics

Полный текст:

PDF

Литература

Bingfan Li, Ziyuan Guo, Mingjun Du, Dongying Han, Jiang Han, Liming Zheng, Chao Yang; Research Status and Outlook of Mechanism, Characterization, Performance Evaluation, and Type of Pour Point Depressants in Waxy Crude Oil: A Review. Energy Fuels 2 May 2024; 38 (9): 7480 – 7509. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.3c04555.

Хасанов, И. И. Влияние состава асфальтосмолопарафиновых отложений на процесс парафинизации магистральных нефтепроводов / И. И. Хасанов, Д. А. Каширина // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2022. — № 3 – 4. — С. 26 – 31. DOI: 10.24412/0131-4270-2022-3-4-26-31.

Рыженков, А. В. О проблеме определения гидравлического сопротивления трубопроводов с модифицированной поверхностью / А. В. Рыженков, Г. П. Хованов, Е. А. Сухова // Промышленная энергетика. — 2011. — № 3. — С. 30 – 34.

Волков, А. В. О влиянии степени смачиваемости на скорость накопления отложений на теплообменных поверхностях / А. В. Волков, А. В. Рыженков, Н. В. Рыженкова // Промышленная энергетика. — 2015. — № 3. — С. 49 – 52.

Zhao, X.-G & Zhou, Y. & Zhao, J.-Y. (2013). Optimization of skin-effect current tracing in oil pipelines. 41. 36 – 39. DOI: 10.3969/j.issn.1005- 9954.2013.09.009.

Струпинский, М. Л. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли / М. Л. Струпинский, Н. Н. Хренков, А. Б. Кувалдин. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2023. — 524 с.

Гаррис, Н. А. Проблемы трубопроводного транспорта углеводородов в условиях мерзлоты и пути их решения / Н. А. Гаррис, О. Ю. Полетаева, Т. А. Бакиев // Транспорт и хранение нефтепродуктов. 2020. № 3. С. 64 – 67. DOI: 10.24411/0131-4270-2020-10311.

ГОСТ Р МЭК 62086-2–2005. Нагреватели сетевые электрические резистивные. Требования по проектированию, установке и обслуживанию. — М.: Стандартинформ, 2006. — 39 с.

Дегтярева, Е. О. Правила расчета мощности обогрева трубопроводов (по рекомендациям стандартов МЭК 62086 и 62395) / Е. О. Дегтярева // Промышленный электрообогрев и электроотопление. — 2011. — № 1. — С. 12 – 15.

Свод правил СП 61.13330.2012. СНиП 41-03–2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03–2003 (утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 27 декабря 2011 г. № 608) (с изменениями и дополнениями). — М., 2012.

РД 39-30-139–79. Методика теплового и гидравлического расчета магистральных трубопроводов при стационарных и нестационарных режимах перекачки ньютоновких и неньютоновских нефтей в различных климатических условиях. — Уфа: ВНИИСПТнефть, 1979. — 56 с.

Антипов, Ю. А. Оценка гидравлических и тепловых потерь в магистральных нефтепроводах в условиях холодного климата / Ю. А. Антипов, Х. Хассан, И. А. Жариков // Нефтегазовое дело. — 2018. — Т. 16, № 2. — С. 99 – 105. DOI: 10.17122/ngdelo-2018-299-105.

Машкова, Е. Г. Математическое моделирование теплогидравлических процессов в неизотермическом трубопроводе / Е. Г. Машкова, М. И. Юсупова // Инновационные аспекты развития науки и техники. — 2020. — № 3. — С. 45 – 51.

Плотникова, К. М. Методика теплового расчета полевого магистрального трубопровода при перекачке нефти и нефтепродуктов в неизотермических условиях / К. М. Плотникова, В. В. Середа, А. В. Елькин, Л. В. Сеоев // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. — 2021. — № 4(124). — С. 61 – 69. DOI: 10.33285/1999-6934-2021-4(124)-61-69.

Артур, М. Х. Численное моделирование температурного поля нефтепровода для теплового метода измерения толщины парафиновых отложений с учетом движения нефти / М. Х. Артур, Е. А. Рыжова, Е. Е. Ярославкина // Вестник Самарского университета. Естественно-научная серия. 2024. — Т. 30. № 4. — С. 92 – 100. DOI: 10.18287/2541-7525-2024-30-5- 92-100.

Николаев, А. В. Определение и анализ полного коэффициента теплопередачи на участках «горячего» нефтепровода внешнего транспорта, работающего в северных зимних условиях / А. В., Трейгер Л. М. Николаев // Proнефть. Профессионально о нефти. — 2021. — Т. 6. № 3. — С. 159 – 165. DOI: 10.51890/2587- 7399-2021-6-3-159-165.

Валуева, Е. П. Влияние теплового граничного условия на стенке плоского канала и аксиальной теплопроводности жидкости на теплообмен при ламинарном пульсирующем течении в квазистационарном режиме / Е. П. Валуева // Письма в журнал технической физики. — 2025. — № 51. — С. 18 – 21. DOI: 10.61011/PJTF.2025.11.60482.20253.

Логинова, Н. А. Обзор теплоизоляционных материалов, применяемых при строительстве и эксплуатации нефтепроводов и оборудования станций подогрева нефти / Н. А. Логинова, Е. Е. Лапин, А. А. Батраков, С. В. Григорьев, А. В. Рыженков, А. В. Волков // Нефтяное хозяйство. — 2015. — № 9. — С. 126 – 129.

DOI: http://dx.doi.org/10.71759/0wwh-vd86