Системы электрообогрева

Системы электрического обогрева дома. Насколько они эффективны?

Ни для кого не секрет, что по сей день существует множество желающих обеспечить свой дом электрическими системами обогрева. Особенно в тех локациях, где отсутствует газ. Вариантов электрообгрева существует немалое количество. Давайте разберем популярные и посмотрим на основные плюсы и минусы.

Преимущества и недостатки

Преимуществами систем электрообогрева дома является отсутствие загрязняющих окружающую среду выбросов. Продуктами работы обогревающих котлов, работающих на топливе, является количество вредных, неприятных выбросов. Электроотопительные системы такого недостатка лишены и экологически безопасны. Используя электронику покупатель сохраняет нервы, силы, финансы, ведь не придется строить специальную инфраструктуру, которую предполагают котлы, работающие на топливе: дымохода, котельной, поленницы. Сравнительная безопасность электрического обогрева распространяется с окружающей среды и природы на самого пользователя. Используя электронные системы, вы уменьшаете риски ожогов, пожаров, взрывов, так как не контактируете с топливом: углем, керосином, газом. Коэффициент полезного действия электронных систем очень высок, все электрические системы обогрева сконцентрированы только на создание высокой температуры. Электрообогреватели обладают уникально удобными, приятными, понятными интерфейсами, информация о температуре легко читается и сама температура проста в регулировании неподготовленному пользователю.

Недостатками являются денежные вопросы. Электроэнергия стоит дорого, система использует её постоянно при работе. Сэкономить на системе электрообогрева дома не получится. Дешевое оборудование обладает особенностью неэффективно использовать энергию, полностью отбивать низкую цену квитанцией за электроэнергию. Не учитывая, что дешёвое оборудование склонно ломаться при постоянном использовании. Все электрические отопительные системы зависимы от качества электро-коммуникаций офиса, квартиры. Нужны толстенькая проводка для бесперебойной работы электрических обогревателей. Слабая проводка приведет к плохой работе оборудования или в худшем случае – пожару. Недостижимо действительно отопить помещение, используя единственный обогреватель, необходимо комбинировать системы, увеличивать число обогревателей.

Варианты электрического обогрева

Современные технологии, развитие общества потребления предлагают нам великое множество способов повышения температуры помещения с использованием электричества. Но не все смогут самостоятельно обогреть жилище.

Обогрев полом

Деталь, предающая жилищу настоящий уют, используется для полноценного отопления определённых помещений. Принцип работы системы электрообогрева полом прост: под половым покрытием проводится нагревательный элемент и кабель к источнику электроэнергии. Поступает электрический ток, нагревается отопительный элемент, разогревает воздух вокруг себя. Происходит естественная циркуляция воздуха согласно законам физики и разницы массы холодных и теплых газов. Производится отопление помещения. Но стоит считаться с существенным недостатком – невероятность достичь действительно высокой температуры, ведь пол обязан оставаться пригодным для перемещения, не мудрено повредить его покрытие высокой температурой. Поэтому теплый пол используют в комбинациях с несколькими источниками тепла.

Конвекторы

Простая, надежная, удобная, непривередливая конструкция электрообогрева, способная самостоятельно обогревать помещения. Берет свое название от принципа работы – конвекции, движения газов с разной температурой в пространстве, когда теплый газ стремится наверх, а холодный вниз. Похожим образом работают обычные батареи центрального отопления в квартирах.

Масляный обогрев

Очень популярная система электрического обогрева дома — есть практически у каждого. Масляный обогреватель обладает определенным количеством положительных качеств. Бесспорные качества и обеспечили ему популярность на Российском рынке. Принцип действия максимально примитивен: нагревательный элемент разогревает масло внутри конструкции и производит устойчивый источник тепла.

• Система мала в габаритах, отлично поместится в любом помещении, впишется в любой интерьер.
• Простое горизонтальное перемещение обеспечивают маленькие колесики.
• Работает абсолютно беззвучно.
• Безопасны в эксплуатации, исключена возможность ожогов.
• Низкая цена моделей. Обогреватель не сушит воздух.

Из недостатков — призрачная возможность отопить объемные помещения одной моделью. Высокая инерционность одновременно плюс и минус.

Кондиционер

Кондиционер в голове основной массы людей — устройство, охлаждающее офис, кафе, ресторан, комнату. Но современные технологии давно шагнули дальше понижения температуры помещения, сегодня кондиционеры могут и успешно используются в качестве систем электрообогрева помещений. Способ обогрева предельно примитивный. Устройство накачивает помещение воздухом, жидкость внутри кондиционера конденсируется, перемещая тепло. Нагрев происходит кипящим фреоном. Газообразный фреон конденсируется благодаря высокому давлению. Преимущества известны – приятный поток горячего воздуха в любое время с гибкой системой управления. Но главный недостаток покрывает все преимущества – лучшие кондиционеры работают в системе обогрева только при температуре окружающей помещение среды не ниже пятнадцати градусов.

Обладая определенным количеством недостатков электрические системы обогрева дома, безусловно, выигрывают в вариативности использования.

Электрообогрев кровли

Один из примеров уникальных систем с использованием электрических нагревательных элементов – это система обогрева кровли. Система призвана, справится с обледенением крыш, водостоков зданий в холодное время года, нестабильной погоды. Принцип работы системы строится на множестве нагревающихся кабелей. Отопительные элементы топят снег, лед на крыше, обеспечивая его удаление по водопроводу в виде воды. Теплая кровля – не игрушка/ каприз, а система безопасности, спасающая от сосулек и обрушения существенных комков снега. Установив подобную систему на крышу предполагается увеличить срок службы кровли и водоотводов, спасти имущество или даже жизнь от обрушения масс замерзшей воды.

Электрообогрев труб

Особенно актуальная для загородных коттеджей на севере страны проблема – замерзание жидкости внутри трубопровода, невозможность впоследствии нормально использовать водные коммуникации. Помимо наличия возможности использовать воду, электрообогрев труб дает ещё множество полезных преимуществ. Установив на трубы систему электрического обогрева, становится реальным:

• Увеличить срок службы водопровода.
• Увеличить температуру жидкости внутри водопровода.
• Получить возможность регулировать температуру на отдельном участке гидросистемы.

Существует несколько разновидностей установки электрообогрева труб. Наружный способ предполагает наматывание нагревательного элемента непосредственно на трубы. Примитивный в монтаже своими руками у способа имеется ряд недостатков.

1. Тепло будет тратиться на обогрев окружающей трубу среды.
2. Не все материалы могут быть разогреты таким способом без дополнительных манипуляций (полимерам необходима дополнительная изоляции нагревательного провода)

Внутренний способ нагрева представляет собой прочный отопительный провод, просунутый в трубу водопровода. Легко монтируется, отлично подходит для труднодоступных мест – глубоких установленных трубах, высоких системах. Но специалисты запрещают использовать способ обогрева для труб с питьевой водой.

Электрический котел для обогрева

Тяжелой артиллерией мира электрообогрева являются электрические отопительные котлы. Российский рынок наполнен электрокотлами. Российский покупатель приобретает отопительные котлы, ориентируясь на коэффициент полезного действия. Правильная установка отопительного котла гарантирует почти 100% показатель качественного использования электрической энергии. Устройство котла предельно примитивное – нагревательный элемент, панель управления, теплоноситель.

Качествами электрокотла являются:

• Высочайший коэффициент полезного действия.
• Скромные габариты.
• Доступная цена.
• Бесшумная работа.
• Простота эксплуатации.
• Пожарная безопасность.
• Экологическая чистота.
• Дешевый ремонт, обслуживание, монтаж
• Простая регулировка температуры.
• Автоматизация системы.
• Отсутствие топливных резервуаров.
• Приемлемая цена.

Минусами системы электрообогрева отопительным котлом выделяют:

• Частоту поломок (жесткая вода, перебои электроэнергии).
• Затраты энергии.

ТЕРМ: 7 вопросов об обогреве трубопроводов

Обогрев трубопроводов в российской действительности – неизбежное условие их полноценной эксплуатации. Традиционные средства (рециркуляция, совместная прокладка горячего и холодного трубопроводов) имеют ряд существенных недостатков, а наиболее оптимальным способом является электрообогрев. Несмотря на то, что этот метод используется достаточно давно, его применение до сих пор вызывает у производственников ряд вопросов. На наиболее часто встречающиеся ответили специалисты компании ТЕРМ:

Из каких элементов состоит система промышленного обогрева?

Система промышленного электрообогрева обычно состоит из нескольких подсистем: нагревательная часть, силовая часть, крепления, управления и диспетчеризации. Нагревательная часть, в свою очередь, состоит из нагревательного кабеля (саморегулирующийся, резистивный), комплектов для заделки (герметизации) кабеля, соединительных муфт и распределительных коробок.

Силовая часть состоит из силового питающего кабеля, распределительных силовых коробок. Подсистема крепления состоит из бандажей, крепежных лент, кронштейнов и других элементов, предназначенных для крепления нагревательного кабеля и распределительных коробок. Подсистема управления состоит из контрольных кабелей и кабелей передачи данных, термостатов, терморегуляторов и шкафа управления. Обязательный элемент системы электрообогрева – тепловая изоляция, назначение которой свести к минимуму, как величину тепловых потерь, так и мощность системы обогрева.

Для создания надежного теплового контакта и улучшения условий передачи тепла от нагревательных элементов к обогреваемому объекту в системах обогрева используются различные теплопроводные пасты. Применение паст особенно рекомендуется для высокотемпературных систем обогрева (t>100°С). Для подачи питания на резистивные и саморегулирующиеся нагревательные секции требуется сопроводительная электрическая сеть, по которой подается напряжение к каждой секции.

Чем длиннее и разветвленнее трубопровод, тем более сложная сопроводительная сеть требуется системе. При относительно малой длине трубопровода (до

150 м) величина сопроводительной сети минимальна и мала ее доля в общей стоимости системы. Трубопроводы длиной 200–500 м также обычно обогреваются резистивными и саморегулирующимися кабелями, но в этом случае стоимость сопроводительной сети становится сопоставимой с затратами на нагревательные кабели. Для трубопроводов длиной >500 и до 3000 м экономически обоснованным является применение специальных резистивных нагревательных кабелей.

Минимальные затраты на обогрев трубопроводов длиной 3-30 км обеспечивает скин-система, действующая без сопроводительной сети. Электропитание системы для трубопровода длиной до 15 км подается с одной стороны, для трубопроводов длиной 25–30 км – с двух сторон или в промежуточной точке трубопровода.

Каковы преимущества применения систем электрообогрева?

При обогреве трубопроводов и резервуаров различают три варианта обогрева: паровой, водяной и электрический (кабельный обогрев).

Преимущества кабельных систем обогрева перед водяными и паровыми состоят в следующем:

• обладают малой материалоёмкостью;
• их легче устанавливать;
• не подвержены коррозии;
• запитываются от общей системы электроснабжения предприятия;
• оснащаются автоматизированными системами управления, которые точно и по заданному алгоритму поддерживают выбранный режим;
• легко интегрируются с АСУ верхнего уровня;
• могут применяться на сложных и разветвленных сетях трубопроводов и на резервуарах практически любой формы.

Экономическая эффективность электрообогрева обусловлена, в первую очередь тем, что в такой системе горячим элементом является только нагревательный кабель. Таким образом, потери на подвод энергии к теплоспутнику сведены к минимуму. Это является основной отличительной особенностью по сравнению с системами парообогрева, где горячими являются и трубопровод подачи пара, и распределительные гребенки, и трубопроводы отвода конденсата. Даже при использовании самой лучшей теплоизоляции существуют потери тепла. Кроме того эксплуатационные затраты на электрообогрев в среднем в 5-7 раз ниже, чем на парообогрев.

Где могут применяться системы промышленного электрообогрева?

Системы промышленного электрообогрева используются на:

• нефтегазовых месторождениях
• предприятиях черной и цветной металлургии
• заводах всех отраслей промышленности
• ГРЭСах
• ТЭЦах
• и т.д.

Системы электрообогрева используются для обогрева измерительного оборудования на трубопроводах (манометров, счетчиков, импульсных трубок), шкафов управления и КИП, нефтяных и водяных резервуаров, технологических трубопроводов.

Какие виды электрообогрева предлагает компания ТЕРМ?

Компания ТЕРМ много лет предоставляет своим заказчикам услуги по проектированию, внедрению и обслуживанию систем электрообогрева трубопроводов и резервуаров. Это уникальная система, эффективно применяющаяся как в промышленном производстве, так и в быту. Обогрев трубопроводов предотвращает замерзание трубопроводов и поддерживает нужную температуру транспортируемых продуктов, будь то вода, нефть или любой другой продукт. С помощью электрообогрева можно создать единую обогревающую систему для промышленного предприятия со всеми объектами, нуждающимися в поддержании определенной температуры. Кабельный обогрев остается единственным ответом на проблему поддержания стабильной температуры в резервуарах не только с водой, но и с более сложными веществами. Нефть и нефтепродукты, такие как мазут, битум, гудрон; масло, химикаты, растворы, суспензии, органические массы – все эти составы при замерзании могут сгущаться и затвердевать, что приводит к появлению пробок и даже аварийной остановке трубопровода и, следовательно, к значительным тратам на его восстановление.

Универсальность системы электрообогрева делает ее важной частью промышленного производства. Сохранение нормальных свойств жидкости, увеличение скорости транспортировки, возможность запустить полный или частично заполненный трубопровод после его остановки, быстро слить остатки продукта – все эти проблемы эффективно решаются с помощью электрических систем кабельного обогрева. Не менее эффективно система электрообогрева трубопроводов справляется и с проведением газообразного содержимого, в случае чего ее задача – предотвратить выпадение конденсата при остывании газа и обеспечить защиту от перегрева и опасности взрыва.

Что включают в себя работы по установке системы электрического обогрева?

Работы по установке системы электрообогрева включают в себя монтаж нагревательных секций кабеля и соединительных коробок, установку шкафов управления и датчиков температуры, прокладку силового и контрольного кабелей и другие действия по подключению системы, а также заботливое сервисное обслуживание. Высококачественный монтаж, выполненный опытнейшими специалистами компании «ТЕРМ», гарантирует высокую надежность и долговечность работы нагревательной системы. Установка нагревательных кабелей обеспечит бесперебойную работу труб, резервуаров и других промышленных объектов в любое время года.

Каковы особенности эксплуатации систем электрообогрева?

Системы электрообогрева удобны в эксплуатации, долговечны и особого технического ухода не требуют. Заводская гарантия на нагревательный кабель составляет ≥5 лет. По окончании основного гарантийного срока существует возможность его продления, после проведения необходимых испытаний или заключение договора на дальнейшее сервисное обслуживание. Также непосредственно на объекте проводится обучение местной эксплуатирующей организации.

Каковы перспективы развития систем промышленного обогрева?

Промышленный обогрев с каждым годом все чаще применяется на предприятиях всех отраслей промышленности. Например, одной из зон развития являются нефтегазовые месторождения. Перспективы развития нефтедобычи в России связаны с освоением разведанных нефтяных запасов. Правительство РФ утвердило «Энергетическую стратегию России на период до 2020 г.», в которой предусматриваются повышение роли восточных районов в нефтяной и газовой промышленности России, диверсификация экспорта с выходом на рынок АТР.

Предполагается, что основой формирования новых крупных центров нефтяной и газовой промышленности на востоке страны, обеспечения внутренних потребностей этих регионов и организации долгосрочных поставок нефти и газа в страны АТР, в частности в Китай, будут месторождения Западной Сибири, Восточной Сибири и Республики Саха (Якутия).

Вместе с развитием нефтедобычи возрастет количество и новых месторождений, будет продолжаться модернизация и реконструкция старых месторождений. Вместе с тем увеличится и потребность в системах промышленного обогрева, которые сегодня не имеют альтернативы по техническим характеристикам и преимуществу в эксплуатации.

«Без систем электрообогрева сегодня не сдается ни один нефтепровод»

— Наращивание добычи энергоресурсов в северных, арктических районах требует эффективной системы обогрева трубопроводов и резервуаров. Как вы оцениваете состояние этого сегмента нефтегазовой отрасли в России?

— Действительно, системы обогрева трубопроводов — это критически важная составляющая для эффективной и экологически безопасной добычи, транспортировки, переработки и хранения нефти и нефтепродуктов. Без таких систем сегодня не сдается ни один нефтепровод, ни один резервуар, ни один нефтеперерабатывающий завод в стране, особенно в арктических и субарктических условиях.

Раньше трубопроводы обогревали в пределах предприятия паром, так называемыми пароспутниками. Но такой способ всегда связан со значительными затратами на генерацию «острого» пара, это около 200°С, и на устройство системы, в том числе на организацию замкнутого контура для циркуляции теплоносителя. Обогрев паром — это еще и постоянная борьба с коррозией и отводом конденсата: если вы когда-нибудь были зимой на старых нефтеперегонных заводах, то могли видеть привычную для них картину — огромные сосульки на трубах.

Сейчас практически во всем мире перешли на электрический обогрев. Эти системы при высокой степени энергосбережения гарантируют легкую транспортировку нефти любой вязкости и нефтепродуктов. Почему это очень важно? Представьте нефтепровод длиной 20 км, и из-за каких-то неполадок прокачка прекращается. Это экстренная ситуация, но такое бывает. Что делать с нефтью в трубопроводе, как вы считаете?

— Предполагаю, что ее нужно удалять или откачивать.

— Верный ход мыслей. А куда? Сливать на землю невозможно, это серьезнейшее экологическое преступление. Альтернатива — строительство сопутствующего резервуарного парка — обойдется очень дорого, на него нужны разрешения, включая землеотвод.

Есть более эффективная технология — электрообогрев. Оборудование не занимает места, система отличается низким энергопотреблением, проста в обслуживании.

Система промышленного электрообогрева состоит из нагревателя, подсистемы электроснабжения и подсистемы управления. В качестве нагревателя используются нагревательные кабели разных типов, которые крепятся непосредственно на трубопровод, резервуар или технологическое оборудование. Аппаратура подсистемы управления позволяет регулировать мощность обогрева. Датчики замеряют температуру обогреваемой поверхности или воздуха — при достижении определенного показателя обогрев включается или выключается автоматически, что делает систему автономной.

Преимущества кабельных систем перед уже упомянутым обогревом паром — легкий монтаж, низкие капитальные затраты, оптимальный расход энергии, безопасность применения во взрывоопасных средах и универсальность. Сегодня системы электрообогрева устанавливаются от Африки до Арктики.

Наши системы установлены по всему миру. Это и крупнейшие российские нефтегазовые объекты, такие как «Ямал СПГ», ВСТО и Куюмба — Тайшет», Ямбургское, Харьягинское и Заполярное месторождения, морские ледостойкие платформы им. Ю. Корчагина и В. Филановского, Таманский комплекс, Усть-Луга, МНПЗ, «ЛУКойл — Нижегороднефтеоргсинтез» и др. И международные: терминал Vopak Horizon Fujairah в ОАЭ, месторождения Кумколь в Казахстане и Урга в Узбекистане, платформа «Жданов-А» в туркменской части Каспийского моря.

Мы производим нагреватели длиной от 1 м до самых длинных в мире — 75, 80, 100 километров одно плечо. ГК «ССТ» входит в тройку компаний на международном рынке с наиболее широкими линейками решений в данной области, и мы не зависим от иностранных поставщиков.

— Чем вызвана необходимость разрабатывать сверхдлинные системы?

— Длина нагревателей меняет экономику проекта. Если речь идет об очень длинном трубопроводе, например «Силе Сибири», то для систем обогрева необходимо предусмотреть точки питания, которые стоят денег, поскольку к каждой из них нужно подвести кабель или установить газотурбинную станцию. Если вы увеличиваете плечо обогрева в три раза, вы в три раза уменьшаете число этих точек, и ваш проект становится более конкурентоспособным.

До недавнего времени пределом были системы обогрева 15–20 км. За последние восемь месяцев мы разработали самую длинную систему электрообогрева в мире — до 150 км с подачей питания из одной точки, и я считаю, что это суперпроект в своей нише. До нее лидером по протяженности была система обогрева на основе скин-эффекта, на которую мы в этом месяце получили сертификат Евросоюза ATEX.

— В чем эффективность саморегулирующихся кабелей, на линейку которых вы также получили сертификат ЕС?

— Саморегулирующиеся кабели, которые с понижением температуры увеличивают теплоотдачу, — это мудрое изделие. Оно работает даже не на наноуровне, а на квантовом. Саморегулирующийся кабель состоит из двух проводников, заключенных в специальную матрицу из электропроводящего полимерного материала. Сопротивление матрицы меняется в ответ на изменения окружающей среды, и таким образом кабель самостоятельно меняет выдачу тепла в каждой точке длины.

Выпускать электропроводящий полимер — сложная задача, ведь пластмасса является диэлектриком. При этом саморегулирующиеся кабели применяются на 60–70% нефтепроводов, и этот продукт полностью импортировался. Мы начали локализацию его производства в 2013 году — создали в Московской области современную технологическую и испытательную базу, разработали рецептуру полимерных материалов и саму технологию производства саморегулирующихся кабелей.

Продукция ГК «ССТ» производится в России и при этом соответствует мировому уровню качества. Одним из подтверждений этому служит получение группой европейского сертификата ATEX и международных IECEx и VDE на линейку саморегулирующихся кабелей, участие предприятий группы в международных проектах.

До нас саморегулирующиеся кабели производили всего несколько компаний в мире, включая два завода в США. Теперь мы построили новое предприятие, и это большой шаг для российских специалистов, которые смогли реализовать такой прорывной проект. Всего на заводах группы работают 1500 человек, и сегодня мы входим в тройку крупнейших производителей систем электрообогрева в мире. Поэтому Минэкономразвития РФ признало нашу компанию «Национальным чемпионом» по результатам участия в приоритетном проекте «Поддержка частных высокотехнологических компаний-лидеров».

— Какие международные рынки вам доступны?

— Сегодня мы активно предлагаем и продаем нашу продукцию в 47 странах мира. В планах — работа над расширением географии продаж.

— Насколько конкурентен рынок систем промышленного электрообогрева в России?

— Ввиду востребованности продукции это один из самых конкурентных сегментов в электротехнической отрасли, здесь работают 40–50 компаний. ГК «ССТ» занимает лидирующую позицию в России и входит в тройку крупнейших производителей систем электрообогрева в мире.

— Есть какие-либо специальные разработки для добывающей промышленности?

— Это технология обогрева скважин. Ее востребованность будет расти с уходом легкой нефти. Разработка высоковязкой нефти требует современных технологий, которые повысят рентабельность месторождений. Одно из таких решений — наша система электрообогрева Stream Tracer, которая упрощает добычу тяжелой нефти и защищает от образования пробок в насосно-компрессорной трубе скважины.

— Каковы перспективы рынка систем промышленного электрообогрева?

— Сейчас активный рост применения электрических нагревательных систем наблюдается в тех регионах, где идет реализация крупных объектов ТЭК. И Россия — один из таких рынков. Углеводороды остаются важным энергоносителем, и технологии электрообогрева будут оставаться востребованными во всех сферах нефтегазовой отрасли.

Российский рынок промышленных систем электрического обогрева: курс на импортозамещение

Российский рынок промышленных систем электрообогрева за 25 лет изменился кардинально: от полного доминирования зарубежных поставщиков и отсутствия конкуренции до перехода крупнейших потребителей на системы отечественного производства.

Значение СЭО в промышленности и ТЭК

Современные системы электрического обогрева (СЭО) представляют собой комплексное решение, заменившее, в силу своих очевидных преимуществ, прочие способы обогрева технологического оборудования, трубопроводов и резервуаров.

Современные СЭО — удобный, гибкий и экономичный инструмент поддержания необходимого температурного режима на различных объектах. Преимуществами таких систем являются малая материалоемкость, простой монтаж, устойчивость к коррозии и автоматическое управление, обеспечивающее поддержание оптимального температурного режима с необходимой точностью и в соответствии с заданными параметрами.

Системы электрообогрева используются в промышленности для решения следующих задач:

• поддержание требуемой технологической температуры, которая может быть выше температуры окружающей среды на протяжении всего года;
• защита от замерзания оборудования в зимний период;
• разогрев нефти и нефтепродуктов, технических жидкостей и химических веществ при их транспортировке и хранении;
• защита от обледенения зданий и сооружений;
• противоконденсационный нагрев.

Развитие российского рынка промышленных СЭО обусловлено двумя ключевыми факторами. Во-первых, последовательным движением добычи нефти в северные и восточные районы нашей страны. В климатических условиях Российского Севера применение систем электрообогрева является необходимой технологией обеспечения безопасной и непрерывной работы промышленных предприятий и систем жизнеобеспечения.

Во-вторых, техническая доступность и простота эксплуатации СЭО существенно снижают затраты на строительство, монтаж и обслуживание. СЭО дают возможность контролировать температуру обогреваемого объекта и управлять обогревом с помощью современных информационных систем.

Проектирование, производство, монтаж и эксплуатация СЭО в совокупности стали представлять собой подотрасль промышленности, которая обслуживает топливно-энергетический и оборонно-промышленный комплексы, сферу жилищно-коммунального хозяйства, строительство и другие стратегические отрасли российской промышленности.

Согласно статистике Группы компаний «Специальные системы и технологии» (ГК «ССТ»), крупнейшего российского разработчика и производителя нагревательных кабелей и СЭО, основными потребителями систем электрообогрева являются предприятия нефтегазовой отрасли. Их доля в общем числе проектов составляет 70% (Рис. 1). Оставшиеся 30 % проектов СЭО приходятся на архитектурно-строительные объекты, 74% из которых — системы обогрева кровли и водостоков, 26% — системы обогрева открытых площадей (Рис. 2).

На предприятиях нефтегазового комплекса СЭО обеспечивают бесперебойное функционирование трубопроводного транспорта при сборе и транспортировке нефти и нефтепродуктов, резервуарных парков при хранении и перевалке, технологических установок при переработке. В условиях российского климата и активного освоения Российского Севера, применение СЭО на объектах ТЭК является безусловной необходимостью и одной из ключевых технологий для отрасли.

На рисунке 3 приведена статистика ГК «ССТ» по реализованным проектам в нефтегазовой отрасли. На долю добычи (кусты скважин, трубопроводы поддержания скважного давления, трубопроводы пластовой воды, и скважной жидкости) приходится 31% проектов, на перерабатывающие заводы 19%, на подготовку к транспортировке и саму транспортировку нефтепродуктов — 40%, на долю терминалов и резервуарных парков — 10%.

Надежность СЭО напрямую влияет на безопасную и непрерывную работу объектов на всех этапах добычи и переработки в нефтегазовом комплексе. Поэтому заказчики предъявляют к ним ряд обязательных требований:

• выполнение основной задачи, то есть устойчивое выделение расчетной мощности в соответствии с заданным алгоритмом работы;
• надежная работа системы в течение длительного периода (от 10 до 50 лет), без падения функционала и с минимальным обслуживанием;
• оптимальная стоимость, обеспечивающая функционал и надежность системы.

Основные элементы

Каждая система электрического обогрева состоит из следующих обязательных компонентов:

• греющая часть, обеспечивающая основную функцию СЭО;
• система питания и управления, контролирующая работу СЭО в наиболее экономичных режимах и обеспечивающая требования к безопасности.

В состав СЭО могут также входить тепловая изоляция, крепежные и вспомогательные элементы.

Греющая часть СЭО может быть выполнена на основе резистивных нагревательных кабелей постоянной мощности, индукционного-резистивных нагревателей (скин-системы) или саморегулирующихся нагревательных кабелей (СРК).

На рисунке 4 представлено распределение проектов СЭО в нефтегазовой отрасли по типам нагревательных элементов.

Проекты СЭО на основе СРК занимают 61%. Эти системы применяются на объектах добычи, переработки и хранения, где необходим обогрев трубопроводов небольшой протяженности и технологического оборудования.

Проекты СЭО на основе СКИН-систем, занимающие 33%, и на основе резистивных кабелей (6%) используются на объектах транспортировки нефтепродуктов, где необходимо обогревать протяженные трубопроводы.

К резистивным нагревательным кабелям постоянной мощности относятся те, в которых выделение тепла происходит за счет эффекта Джоуля-Ленца при прохождении электрического тока по нагревательной жиле. Нагревательная секция из резистивного кабеля (ленты) конструируется таким образом, чтобы на всей длине нагревательной жилы имело место полное падение приложенного напряжения, но при этом не происходил перегрев элементов секции выше допустимых значений. Длина нагревательной секции обычно составляет от нескольких до сотен метров. Резистивные кабели и ленты могут иметь одну, две или несколько параллельных нагревательных жил, имеющих линейную или спиральную форму. Произвольная резка резистивных кабелей и лент по длине недопустима.

Нагревательные кабели постоянной мощности обычно представлены решениями в виде многожильных кабелей для обогрева протяженных трубопроводов, нагревателей с полимерной изоляцией для обогрева трубопроводов средней длины и нагревателями в металлической оболочке с минеральной изоляцией для работы в условиях сверхвысоких (до 600°С) температур.

Индуктивно-резистивный нагреватель — это короткозамкнутая коаксиальная линия, внутренний изолированный проводник которой свободно помещен в ферромагнитную трубку. Проводник в конце плеча обогрева электрически соединяется с трубкой, а в начале плеча между трубкой и проводником подается переменное напряжение от источника электропитания.

Протекающий по жиле проводника ток индуцирует магнитное поле, взаимодействующее с током обратного направления, протекающим по трубке. Нагрев стальной ферромагнитной трубки осуществляется за счет тепла, выделяющегося от протекающего в ней тока обратного направления и индукционного нагрева трубы в переменном электромагнитном поле, созданном прямым током проводника, т.е. за счет комбинированного индукционно-резистивного нагрева.

Индукционно-резистивный нагреватель монтируется на обогреваемом трубопроводе так, чтобы обеспечить с ним надежный тепловой контакт. Конструктивно один или несколько нагревательных элементов прикрепляются (или привариваются) к теплоизолированному трубопроводу по всей его длине (Рис. 5). От нагревательных элементов тепло за счет теплопередачи передается трубопроводу и транспортируемому продукту.

Индукционно-резистивные СЭО, называемые также СКИН-системами, обладают целым рядом важных достоинств:

• запитка с одного конца. По своей конструкции такая система предусматривает подачу питания с одного конца обогреваемого участка, что позволяет отказаться от сопроводительной электросети.
• электробезопасность. Наружная поверхность нагревательного элемента заземлена и имеет нулевой потенциал относительно земли.
• экономичность при больших длинах трубопроводов. Самый эффективный способ обогрева любых магистральных трубопроводов большой длины без сопроводительной сети.
• высокая прочность и надежность. Это обеспечивается самой конструкцией СКИН-системы за счет того, что индуцирующий магнитное поле высоковольтный кабель помещен в стальную трубку и надежно защищен от внешних воздействий.

Удельная мощность нагревателей такой системы обычно составляет 20-60 Вт/м, но может достигать 120 Вт/м. Рабочие температуры, поддерживаемые намтрубо-проводе от +5°С до 140°С. Напряжение питания до 5 кВ.

Наиболее эффективным и часто используемым элементом греющей части промышленных СЭО является саморегулирующийся кабель (СРК).

Саморегулирующиеся кабели — нагревательные элементы со специальными свойствами, в которых тепловыделяющим элементом является проводящий полимерный материал, называемый матрицей.

Благодаря сильной зависимости сопротивления матрицы от температуры обогреваемого объекта, саморегулирующиеся нагревательные кабели способны изменять свое тепловыделение локально.

Если на обогреваемом объекте в какой-либо зоне температура повышается, то тепловыделение саморегулирующегося кабеля в этой зоне падает (Рис. 6).

Саморегулирующиеся кабели обладают рядом существенных преимуществ перед другими типами нагревательных элементов. Уникальные свойства таких кабелей исключают возможность самоперегрева системы и перегрева объекта. Применение СРК дает возможность вести монтаж непосредственно на объекте, используя отрезки СРК необходимой длины. Автоматическое реагирование СРК на внешние температурные воздействия позволяет интегрировать СЭО на основе СРК в системы внешнего управления и контроля. Одним из важных преимуществ СРК является энергоэффективность. Для обогрева объекта расходуется ровно столько энергии, сколько необходимо. Конструктивное исполнение кабелей, а именно материал проводников, изоляционных и защитных оболочек, зависят от условий эксплуатации: наличия влаги, агрессивных сред, солнечной радиации, и диапазона поддерживаемых или воздействующих температур.

Важной особенностью СРК являются значительное отличие пусковых токов от токов, потребляемых кабелем в установившемся режиме, причем каждый тип кабеля характеризуется своим видом зависимости. Это свойство влияет на построение питающей силовой сети и определение номинала пускозащитной аппаратуры.

Сегодня СЭО на основе СРК используются для обогрева нефтепроводов, водоводов на территории кустов скважин, технологических площадях ДНС, установок предварительного сброса воды и газа, площадок ЦПС и др. СРК подходят для обогрева трубопроводов, особенно разветвленных, переменного сечения, со встроенными фитингами, насосами и прочим технологическим оборудованием. Их основной недостаток — ограничение по длине, причем, чем больше линейная мощность, тем меньше максимальная длина нагревательной секции. У кабелей с линейной мощностью 15-25 Вт/м максимально допустимая длина при отрицательных температурах составляет 190-120 м, а при линейной мощности 45-60 Вт/м не превышает 80-60 м, для мощности 80-95 Вт/м составит 40-50 м.

ГК «ССТ» объявила о запуске полного цикла производства проводящих пластмасс и саморегулирующихся нагревательных кабелей на их основе. Новое производство развернуто на базе Особого конструкторского бюро «Гамма», входящего в ГК «ССТ».

Замещение импорта — новая реальность

Основной объем потребляемых промышленными предприятиями СЭО приходится на системы на основе саморегулирующихся кабелей. Российская промышленность потребляет порядка 7,5 тысяч километров СРК ежегодно, причем доля нефтегазового сектора составляет около 70%. Наибольшие доли рынка занимают ГК «ССТ» (Россия) и несколько производителей из США и стран Евросоюза. Несколько российских производителей кабельно-проводниковой продукции выпускают ограниченный ассортимент нагревательных кабелей специального назначения, но их доля в общем объеме потребления мала. Помимо этого, в Россию ввозится продукция из Юго-Восточной Азии, которая не всегда соответствует критериям качества и надежности.

В 2016 году на российском рынке СЭО произошло знаковое событие, которое в ближайшем будущем может существенно снизить долю зарубежных производителей. ГК «ССТ» объявила о запуске полного цикла производства проводящих пластмасс и саморегулирующихся нагревательных кабелей на их основе. Новое производство развернуто на базе Особого конструкторского бюро «Гамма», входящего в ГК «ССТ».

Запуск полного цикла производства СРК завершил процесс формирования инфраструктуры для реализации процесса импортозамещения в сфере промышленных СЭО. Предприятия ТЭК, ОПК и других стратегических отраслей могут использовать все необходимые элементы для систем электрообогрева, теплоизоляции и термической защиты оборудования отечественного производства. В России работает отраслевой центр проектирования и сеть профессиональных инжиниринговых компаний, которые сопровождают СЭО на всех этапах жизненного цикла.

На базе ГК «ССТ» в России создан единый центр компетенций и ответственности, который гарантирует надежность всех компонентов СЭО, применение наиболее точных проектных решений, качество монтажа и технического обслуживания систем. Надежность российских СЭО обеспечивает сквозная система контроля качества: от отдельных элементов до готовых решений, от экспертизы проектов до мониторинга параметров эксплуатации.

Применение СЭО российского производства позволяет исключить техногенные риски в стратегических отраслях и обеспечить:

надежную работу промышленных объектов и предприятий нефтегазовой отрасли во всех климатических поясах, на суше, под землей и на море независимо от времени года;

• возможность остановки производства и последующего штатного запуска его в работу;
• снижение аварийности и замены «замерзшего» оборудования;
• снижение энергоемкости производства, по сравнению с другими методами обеспечения непрерывной эксплуатации.

Помимо этого, появление СЭО, на 100% произведенных в России, позволит очистить отечественных рынок от некачественных и контрафактных продуктов, снизить зависимость российских потребителей от импортных нагревательных кабелей для систем электрообогрева, а также повысить уровень энергетической и технологической безопасности объектов топливно-энергетического и оборонно-промышленного комплекса России.

Литература:

1. Струпинский М. Л., Хренков Н. Н., Кувалдин А. Б. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой области. Справочная книга. – М.; Изд-во «Инфра – Инженерия», 2015. – 272 с.
2. Струпинский М. Л. «Саморегулирующиеся кабели отечественного производства – элемент системы энергобезопасности промышленности и ТЭК России», доклад на Научно-практической конференции «Полный цикл производства проводящих пластмасс и саморегулирующихся нагревательных кабелей в России: технологический прорыв и важный этап реализации программы импортозамещения» 24 марта 2016 г.
3. Прокофьев М. В., Хренков Н. Н. «25-летний опыт и экспертиза Группы компаний «ССТ» в области проектирования систем электрического обогрева на основе саморегулирующихся кабелей», доклад на Научно-практической конференции «Полный цикл производства проводящих пластмасс и саморегулирующихся нагревательных кабелей в России: технологический прорыв и важный этап реализации программы импортозамещения» 24 марта 2016 г.

Источник: ©Артур МИРЗОЯН, материал опубликован в журнале «Электротехнический рынок» №2 (68) Март-Апрель

СЭО (система электрообогрева)

Основное назначение кабельной систем электрообогрева– компенсация тепловых потерь технологического оборудования (трубопроводов, ёмкостей, резервуаров, запорной арматуры, насосного оборудования), предпусковой разогрев технологического оборудования (как пустого, так и с продуктом).

В настоящее время СЭО реализуется на основе нагревательных проводов и кабелей, а также на основе трубчатых электронагревателей, используемых как внутри, так и снаружи оборудования.

Принцип работы – выделение тепла при прохождении тока по резестивному проводнику.

Основные компоненты СЭО:

1. Нагревательные элементы, установочные изделия, датчики температуры, клеммные коробки, устанавливаемые на оборудовании;
2. тепловая изоляция, обеспечивающая регламентируемый уровень тепловых потерь оборудования и регламентируемую температуру поверхности;
3. шкафы (щиты) управления с коммутирующей и защитной аппаратурой, устанавливаемые в электропомещении;
4. щиты (панели) сигнализации с сигнальной аппаратурой, приборами контроля, регулирования и индикации температуры, устанавливаемые в помещении операторов;
5. кабельные сете – силовые и контрольные кабели между клеммными коробками и щитами.

СЭО с высокой эффективностью применяются для обеспечения требуемого температурного режима технологического оборудования (до 200 0 С, до 400 0 С); защиты от замерзания первичных приборов КИП, водоводов, трубопроводов с конденсирующимися газообразными продуктами, ливнестоков; защиты от обледенения производственных площадок с насосным и другим оборудованием.

СЭО имеет значимые видимые преимущества.

Применение СЭО взамен существующих систем обогрева (паровых, ВОТ, масляных, водяных) в большинстве случаев даёт значительный прямой экономический эффект (при переводе с паровой системы на СЭО достигается эффект уменьшения прямых затрат на обогрев в 6…8 раз.

Дополнительный эффект потребитель получает за счёт снижения затрат на обслуживание и ремонт оборудования, а также за счёт повышения точности регулирования температуры и управляемости технологическим процессом.

С Внедрением СЭО вы избавляетесь от следущего:

для паровых систем:

1. трудность регулирования температуры;
2. не технологические утечки пара;
3. не всегда у потребителей имеется пар с тербуемой температурой;
4. частый ремонт пароспутников;
5. невозможность отключения пароспутника в холодное время года;
6. существенные потери тепла при транспортировании теплоносителя от источника до потребителя.

для масляных систем:

1. неравномерность обогрева в случае разветвлённых и протяжённых систем;
2. утечки, выгорание теплоносителя требует постоянного пополнения системы;
3. высокая пожароопасность;
4. низкая надёжность из-за использования в системе насосных агрегатов, работающих при высоких температурах;
5. повышенные теплопотери из-за завышения температуры теплоносителя и увеличенной поверхности теплоотдачи в окружающую среду (традиционно для трубопроводов используется конструкция «труба в трубе», а для аппаратов – рубашка;
6. существенные потери тепла при транспортировании теплоносителя от источника до потребителя.

для водяных систем:

1. утечки;
2. низкая надёжность (в морозы при малых расходах возможно промерзание спутников);
3. трудность регулирования температуры;
4. неравномерность обогрева при разветвлённых и удалённых системах;
5. частый ремонт спутников;
6. существенные потери тепла при транспортировании теплоносителя от источника до потребителя.

Продуктивность работы СЭО обеспечивают приборы контроля и регулирования.

В зависимости от требуемых условий применения в СЭО используются терморегуляторы различного исполнения.

В случае небольшого количества обогреваемых объектов, удалённых от электропомещения и операторной, целесообразно применять терморегуляторы непосредственного управления нагревательными элементами. Такие терморегуляторы устанавливаются вблизи объекта обогрева, в том числе и во взрывоопасных зонах.

В случае большого количества обогреваемых объектов, когда система получается сильно разветвлённой, имеет смысл применять в качестве вторичных приборов контроля и регулирования многоканальные терморегуляторы, устанавливаемые внутри шкафов управления или на панели сигнализации. В качестве первичных датчиков контроля температуры применяются термометры сопротивления (медные или платиновые) или термопары (ХК). Во взрывоопасных зонах указанные датчики подключаются к приборам через барьеры искрозащиты.

В автоматических системах регулирования применяется обратная связь по температуре объекта и, в большинстве случаев, позиционное регулирование.

Важным фактором является и наличие защитной и коммутирующей аппаратуры.

В качестве силовой защитной и коммутирующей аппаратуры используются автоматические выключатели с электромагнитным и тепловым расцепителями, устройства защитного отключения (отключают при токах утечки в защищаемой цепи 30; 100 mА), магнитные пускатели.

Для некоторых объектов (реакционное оборудование) вместо магнитных пускателей применяются оптореле и ПИД-регуляторы температуры для более точного поддержания требуемых температур.

К оценке экономического эффекта от внедрения систем электрообогрева трубопроводов при замене пароспутников

С 1994 по 1999 гг. на битумной установке НПЗ г. Ярославля вводились в эксплуатацию системы электрообогрева (СЭО) битумопроводов в замен демонтируемых пароспутников. Основные мощности введены в 98-99гг.

Качественная оценка экономического эффекта от использования электрообогрева определяется следующими моментами.

1. Возможность выключения в зимний период на любой срок без опасности «размораживания» паропроводов. Этот момент становится весьма актуальным для битумного хозяйства, работающего зимой с малой производительностью.
2. Работа СЭО в автоматическом режиме позволяет снизить потребление энергии до уровня компенсации теплопотерь, чего невозможно добиться при использовании пара.
3. Снижаются потери тепла связанные с пароутечками, недостаточной эффективностью возврата конденсата, трудностью автоматического поддержания требуемой температуры оборудования.

Прямые количественные оценки экономического эффекта как правило затруднены, т.к. требуют установки не только локальных электросчетчиков, но и расходомеров пара на отдельных продуктопроводах, поэтому наиболее распространены косвенные оценки, основывающиеся частью на опытных данных, частью – на известных допущениях.

В служебной записке генеральному директору АО «Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез» (НПЗ), подготовленной сотрудниками завода в феврале 1997г, сделано экономическое обоснование устройства СЭО битумопроводов общей длиной 950 м. Эффект составил 1,5 млрд. руб при величине кап. затрат 750 млн. неденоминированных рублей (в ценах 02.1997г.) и сроке окупаемости 6 мес. Исходные данные взяты из опыта эксплуатации битумопровода с электрообогревом протяженностью 130 м.

Нашим предприятием рассчитан ориентировочный экономический эффект внедрения СЭО битумопроводов той же установки общей длиной 1200 м. За один 1998 год он составил прибл. 2 млн. руб ( в ценах 1999 г.) при стоимости 1Гкалл пара 112руб и 1000 квт.час – 270 руб. Около половины сэкономленного составляют обычно производившиеся затраты на поддержание пароспутников в рабочем состоянии в зимний период (простои установки прибл. в течение 3-х месяцев в год).

Системы электрообогрева

Система электрообогрева указателей уровня и выносных камер предназначена для поддержания температуры измеряемой среды, находящейся внутри выносной камеры указателя уровня, в заданных границах и обеспечивает низкую вязкость жидкостей и расчетную производительность. Главным компонентом данной системы является саморегулирующийся греющий кабель.

• Подробное описание
• Технические характеристики
• Применение
• Чертежи

Система электрообогрева указателей уровня и выносных камер предназначена для поддержания температуры измеряемой среды, находящейся внутри выносной камеры указателя уровня, в заданных границах, обеспечивает низкую вязкость жидкостей и расчетную производительность. Осуществляется путем применения саморегулирующегося греющего кабеля.

Саморегулирующийся кабель – самый перспективный из всех существующих видов греющего кабеля. Он способен «подстраиваться» под климатические условия: при повышении температуры воздуха на улице сопротивление кабеля автоматически снижается, что ведет к понижению потребляемой мощности и, следовательно, к уменьшению затрат на электроэнергию. Причем мощность обогрева может быть неодинаковой на разных участках утепленной трубы. При применении саморегулирующегося греющего кабеля можно обойтись без терморегуляторов.

Cаморегулирующийся греющий кабель(см. рис.1) выпускается в виде ленточного электрического нагревателя, параллельные проводники которого разделены тепловыделяющей полупроводниковой полимерной матрицей. Важной особенностью матрицы, являющейся сердцевиной нагревательного кабеля, является непрерывность нагрева, что позволяет:

• ; проводить обрезку кабеля в любом нужном месте, не опасаясь возникновения холодных зон;
• увеличивать/уменьшать количество вырабатываемого тепла в зависимости от изменения температурных показателей внешней среды.

Токопроводящие жилы окружены саморегулирующейся полупроводниковой матрицей, в которой и происходит выделение тепла. Саморегулирующаяся полупроводниковая матрица характеризуется существенной зависимостью проводимости от температуры, а температурный коэффициент сопротивления проводящих пластмасс на порядок больше, чем у меди или стали. Это обеспечивает саморегулирование тепловой мощности нагревательного кабеля. Саморегулирующийся нагревательный кабель изменяет свою мощность локально, его тепловыделение саморегулируется в ответ на изменение температуры выносной камеры (трубы); это свойство позволяет создавать безопасные системы обогрева трубопроводов и резервуаров, в том числе с переменными по длине трубопровода условиями теплоотдачи. Металлическая оплетка кабеля выполняет роль заземления, а дополнительная пластиковая оболочка защищает кабель от агрессивной среды, ультрафиолета, искрообразования. Для правильной защиты от поражения электрическим током, необходимо использовать устройство защитного отключения (УЗО) и автомат защиты. Для уменьшения тепловых потерь при нагреве и предотвращению чрезмерного охлаждения уровнемера используется теплоизоляция . При использовании такого кабеля возможна пароочистка трубопровода.

Каждый участок самонагревающегося кабеля способен приспосабливаться к внешним условиям, причем это никаким образом не отражается на работе других его частей. За счет нормирования тепловыделения для стандартизованных условий, указываемых в наименовании кабеля, система обогрева не может на практике перегреться в принципе. Наличие двух слоев изоляции позволяет обеспечить изделию:

• диэлектрическую прочность;
• защиту от истирания и ударных нагрузок;
• влагоустойчивость;
• защита от воздействия химических соединений.

Система электрообогрева уровнемеров состоит из:

1. Саморегулирующийся греющий кабель.
2. Первичный утеплитель (вспененный каучук).
3. Вторичный утеплитель (базальтовая вата)
4. Коробка соединительная.
5. Внешняя экранирующая оболочка со смотровым отверстием.

Все конструктивные элементы уровнемера, а также дополнительное оборудование (магнитные выключатели/сигнализаторы уровня, герконовые/магнитострикционные датчики уровня) монтируются на камеру указателя уровня под тепловую изоляцию. Это необходимо по той причине, что действие дополнительного оборудования зависит от удаленности от поплавка выносной камеры, и позволяет защитить от холода также и навесное электрооборудование.

Система электрообогрева поставляется только в смонтированном на уровнемер виде. Для подключения электрообогрева из-под теплоизоляционного слоя наружу выведена соединительная коробка, которая комплектуется в зависимости от требований заказчика различными кабельными вводами и световой индикацией.

Система электрообогрева уровнемеров имеет уровень взрывозащиты вида «e» по ГОСТ Р 51330.8-99.

Система электрообогрева указателей уровня предназначена для поддержания температуры измеряемой среды, находящейся внутри выносной камеры уровнемера, в заданных границах.

Данная система применяется в случаях:

• Монтаж уровнемера в помещениях и на открытом воздухе в условиях, когда температура окружающей среды может оказать влияние на измеряемую среду (кристаллизация, полимеризация и т.д.) или материалы составных частей LGB(увеличение хрупкости при низких отрицательных температурах);
• Защита от обледенения уровнемера;
• Необходимость поддержания требуемой температуры внутри камеры уровнемера (защита от тепловых потерь);
• Необходимость увеличения или поддержания текучести измеряемой среды (масел, углеводородов и др.)