Практические аспекты внедрения электрообогрева резервуаров и антиобледенительных кровель зданий

Автор: О.В. Крюков (НГТУ им. Р.Е. Алексеева).

Опубликовано в журнале Химическая техника №9/2018

В настоящее время на объектах транспорта, хранения и переработки углеводородного сырья [1–4]все большее применение находят системы электрообогрева технологических установок и производственных помещений [5–7]. Это касается в основном систем обогрева резервуаров и другихтехнологических объектов в зимний период для обеспечения оптимальных параметров горюче-смазочных материалов, участвующих в технологических операциях [8–11], а также систем антиобледенительной защиты кровель производственно-эксплуатационных зданий и сооружений насосных и компрессорных станций [12–15].

Электрообогрев резервуаров

Системы электрообогрева резервуаров (рис. 1) в первую очередь предназначены для компенсации тепловых потерь в окружающую среду[16–19]. Кроме того, они служат для предотвращения смены фаз продукта, контроля требуемой вязкости, поддержания заданных температур [20, 21].

Обогрев резервуаров до недавнего времени осуществлялся при помощи жидкого теплоносителя или при помощи ленточного греющего кабеля. В первом случае необходимо было выполнять сложную систему змеевиков с запорно-спускной арматурой и другими сопутствующими элементами. Электроснабжение осуществляется от центральных электросетей или от автономных энергоисточников [3, 9]. При этом часто возникали значительные трудности с эксплуатацией и обслуживанием таких систем.

Во втором случае для размещения греющего кабеля на поверхности обогреваемой емкости необходимо предусмотреть надежную систему крепления, что является проблемой, особенно, если монтаж происходит при низких температурах воздуха. Обогрев резервуаров ленточным греющим кабелем имеет ряд существенных недостатков. В частности, греющий кабель не обеспечивает эффективную передачу тепла обогреваемой поверхности в силу малой удельной площади нагрева, что влечет за собой увеличение энергопотребления.

В настоящее время для обогрева резервуаров специалисты-проектировщики применяют технические решения, предусматривающие использование греющих панелей, которые представляют собой высокопроизводительную гибкую площадь обогрева.

Преимущество панелей заключается в следующем (рис. 2):

• данные устройства распределяют тепло равномерно по всей поверхности и обеспечивают наиболее эффективную передачу тепла;
• обладают высокой удельной мощностью при малых размерах, что особенно актуально на открытых площадках;
• гибкая конструкция и низкий профиль панелей обеспечивают быстрый и надежный монтаж по сравнению с монтажом ленточного кабеля;
• стойкость против воздействия высоких температур (до 232° С).

Теплотехнический расчет производится при помощи специализированной расчетной программы, которая определяет тепловые потери резервуара в окружающую среду и рекомендует конкретную модель и число нагревательных панелей. В программе задается ряд параметров, необходимых для расчета.

Сравнение проектных решений для аналогичных объектов показывает, что при использовании греющих панелей уменьшение энергопотребления установки обогрева достигает 10–12 %.

Экономический эффект от применения панелей также заключается в снижении денежных средств на монтаж системы обогрева, техническое обслуживание и дальнейшую эксплуатацию.

Антиобледенительная защита кровель

Зима в Россию всегда приходит «внезапно», а погодные аномалии становятся нормой, при которых объем осадков в зимний период резко возрастает. Эти факторы приводят к тому, что замерзшей воды в виде снега и льда на крышах становится все больше, и обычные водосточные системы зданий в таких условиях уже не вы­полняют свои функции должным образом.

Как правило, на объектах для этих целей используется традиционный способ – механическая очистка кровли, или инновационный – сбивание сосулек лазерным лучом. Однако, как показывают зарубежный опыт и практика, легче предотвратить обледенение кровли, чем бороться с его последствиями. Данному вопросу в ПАО «Газпром» уделяется много внимания, о чем свидетельствует письмо Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа от 01.02.2011г. №03/0800/2-590.

В этой связи при проектировании объектов площадочных сооружений магистральных газопроводов принято решение об использовании кабельного обогрева кровли зданий. В основном кабельный обогрев кровли – это антиобледенительная система, в основе которой лежит электрический греющий кабель с главным назначением – обеспечить отвод талой воды по организованной водосточной системе здания. Данный вид обогрева предназначен для борьбы с последствиями перепадов температур и не является дополнительным источником теплоснабжения здания.

Появление наледи на кровлях опасно по следующим причинам:

• вероятность отрыва ледовых масс большого размера, как следствие, травматизм людей и повреждение оборудования, инженерных сетей, систем связи;
• увеличение нагрузки на элементы кровли, что может вызвать ее разрушение;
• задержка воды на элементах кровли в осенне-весенние периоды года служит причиной протечек и может привести к значительному материальному ущербу;
• необходимость механической очистки кровли, в результате чего снижается срок ее службы, кроме того, возникает необходимость содержания специального обслуживающего персонала.

Антиобледенительные системы кровли работают в основном в весенне-осенний период, а также зимой во время длительных оттепелей. Данная система, как правило, состоит из следующих основных элементов:

• блока управления;
• датчиков температуры, влаги и осадков;
• нагревательных кабелей;
• элементов крепления системы.

Обогреву подвергаются определенные элементы кровли: водосточные трубы; водосточные желобы и лотки; ендовы; воронки; капельники крыши; карнизы и пр. (рис. 3).

Управление системой происходит автоматически. Блок управления получает информацию от датчиков осадков, датчиков влаги и датчика температуры окружающего воздуха, и затем посылает сигнал в щит управления. Включение системы осуществляется при температуре воздуха плюс 5°С, а выключение – при минус 15°С. При температуре ниже минус 15°С, как правило, осадков уже не бывает. Указанная температура обусловлена тем, что при включении антиобледенительной системы кровли в условиях отрицательных температур заставляет работать греющие кабели сразу на максимальной мощности, что снижает их ресурс. К тому же высокие стартовые пусковые токи приводят к выключению автоматов электропитания.

Саморегулирующие греющие кабели прокладываются внутри трубопроводов с определенными температурными параметрами.

В результате гибкого автоматического режима работы кабельная система обогрева кровли рационально потребляет электроэнергию.

Данный способ управления работой антиобледенительной системы кровли позволяет снизить энергозатраты и повысить энергоэффективность объекта. Сопоставление вариантов укрупненных расчетов расходов на борьбу с обледенением кровли здания площадью 1700,0 м2 при расчетной норме выпавших осадков в месяц 25 см показал, что несмотря на относительно высокие капитальные вложения, кабельная система обогрева кровли полностью решает задачи, позволяя исключить травматизм и сохранить технику и оборудование. Все проектные и реализованные решения позволяют с наименьшими затратами обеспечить надежное функ­ционирование технологических процессов на объектах ПАО «Газ­пром» в любой сезон, повышают срок эксплуатации и живучесть оборудования.

При проектировании энергетических объектов необходимо осуществлять поиск новых технических решений, направленных на обеспечение технологических процессов в части теплового сопровождения коммуникаций с эффективным использованием энергоресурсов. Энергозатраты связаны с непрогревом транспортируемого продукта, исключая затраты на прогрев стенок трубопровода. Важным этапом является правильный подбор исполнения оболочки греющих кабелей, который производится совместно с заводом-изготовителем.

Список литературы

1. Крюков О.В. Прикладные задачи теории планирования эксперимента для инвариантных объектов газотранспортных систем//Труды IX Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления», SICPRO-12, 2012. С. 222–236.
2. Babichev S.A., Kryukov O.V., Titov V.G. Automated safety system for electric driving gas pumping units // Russian Electrical Engineering. 2010. Т. 81. №12. P. 649-655.
3. Крюков О.В. Анализ и техническая реализация факторов энергоэффективности инновационных решений в электроприводных турбокомпрессорах // Автоматизация в промышленности. 2010. №10. С. 50–53.
4. Бабичев С.А., Крюков О.В., Титов В.Г. Автоматизированная система безопасности электропри­водных ГПА // Электротехника. 2010. №12. С. 24–31.
5. Хлынин А.С., Крюков О.В. Реализация факторов энергоэффективности электроприводных газоперекачивающих агрегатов в проектах // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2014. Т. 1. №2. С. 32–37.
6. Крюков О.В. Комплексная система мониторинга и управления электроприводными газоперекачивающими агрегатами//Труды МНПК «Передовые информационные технологии, средства и системы автоматизации» AITA-2011. С. 329–350.
7. Крюков О.В.Виртуальный датчик нагрузки синхронных машин//Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2014. №3. С. 45–50.
8. Захаров П.А., Киянов Н.В., Крюков О.В. Системы автоматизации технологических установок для эффективного транспорта газа//Автоматизация в промышленности. 2008. №6. С. 6–10.
9. Васенин А.Б., Крюков О.В., Серебряков А.В. Алгоритмы управления электромеханическими системами магистрального транспорта газа//Труды VIII Международной конференции АЭП-2014. Саранск, 2014. Т. 2. С. 404–409.
10. Крюков О.В., Титов В.Г. Анализ пусковых режимов электроприводных ГПА//Изв. вузов: Электромеханика. 2012. №3. С. 29–35.
11. Бабичев С.А., Захаров П.А., Крюков О.В. Автоматизированная система оперативного мониторинга приводных двигателей газоперекачивающих агрегатов//Автоматизация в промышленности. 2009. №6. С. 3–6.
12. Крюков О.В. Опыт создания энергоэффективных электроприводов газоперекачивающих агрегатов//Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014 в 2 т. Саранск, 2014. Т. 2. С. 157–163.
13. Крюков О.В., Степанов С.Е., Бычков Е.В. Инвариантные системы технологически связанных электроприводов объектов магистральных газопроводов//Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014 в 2-х т. 2014. С. 409–414.
14. Крюков О.В., Серебряков А.В. Методы синтеза встроенных систем прогнозирования состояния высоковольтных двигателей//Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии. XVIII Бенардосовские чтения. 2015. С. 69–73.
15. Крюков О.В. Анализ моноблочных конструкций электрических машин для газоперекачивающих агрегатов//Машиностроение: СЭНЖ. 2015. Т. 3. №4. С. 53–58.
16. Крюков О.В. Синтез и анализ электроприводных агрегатов КС при стохастических возмущениях//Электротехника. 2013. №3. С. 22–27.
17. Пужайло А.Ф., Крюков О.В., Рубцова И.Е. Энергосбережение в агрегатах компрессорных станций средствами частотно-регулируемого электропривода//Наука и техника в газовой промышленности. 2012. №2 (50). С. 98–106.
18. Крюков О.В. Регрессионные алгоритмы инвариантного управления электроприводами при стохастических возмущениях//Электричество. 2008. №9. С. 45–51.
19. Kryukov O.V., Serebryakov A.V. Artificial neural networks of technical state prediction of gas compressor unit electric motors// Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2016. Т. 16. №1. С. 66–74.
20. Крюков О.В. Стратегии инвариантных газотранспортных систем//В книге: Интеллектуальные системы. Труды XI Международного симпозиума. – М.: РУДН, 2014. С. 458–463.
21. Крюков О.В., Горбатушков А.В., Степанов С.Е. Принципы построения инвариантных электроприводов энергетических объектов//Автоматизированный электропривод и промышленная электроника. Труды IV Всероссийской научно-практической конференции. Новокузнецк, 2010. С. 38–45.