ПУТЕВЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ НЕФТИ: УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП РАБОТЫ, ЗАДАЧИ РАСЧЕТА ПУТЕВЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ

IN-LINE INDUCTION OIL HEATERS: DESIGN, OPERATING PRINCIPLE, AND CALCULATION TASKS

Artem Postnikov

student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Vitalii Kalinin

student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Tatyana Ivanova

student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Yanina Denisova

Scientific supervisor, candidate of Sciences in Biology, associate professor, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

Поиск эффективных методов эксплуатации нефтяных месторождений играет важную роль в обеспечении устойчивого энергетического развития и долгосрочной экономической стабильности. В статье рассматриваются путевые подогреватели нефти — устройства, предназначенные для подогрева нефти в процессе транспортировки по трубопроводам. Исследование направлено на анализ принципов работы и методов расчета путевых подогревателей для оптимизации процесса транспортировки нефти и повышения эффективности эксплуатации трубопроводных систем. Полученные результаты имеют важное значение для нефтяной промышленности, инженерных решений в области трубопроводного транспорта и устойчивого управления энергоресурсами.

ABSTRACT

The search for effective methods of oil field exploitation plays a crucial role in ensuring sustainable energy development and long-term economic stability. The article examines oil flow heaters—devices designed to heat oil during pipeline transportation. The research focuses on analyzing the operating principles and calculation methods of oil flow heaters to optimize the oil transportation process and enhance the efficiency of pipeline systems. The findings are significant for the oil industry, engineering solutions in pipeline transport, and sustainable energy resource management.

Ключевые слова: путевые подогреватели, нефть, катушки индуктивности, теплообменник.

Keywords: flow heaters, oil, inductive coils, heat exchanger.

Путевой подогреватель предназначен для нагрева нефти и нефтяной эмульсии различной вязкости в технологических схемах подготовки углеводородов на промыслах, а также при их транспорте. В качестве топлива для  автоматического нагревателя используется электричество [2].

Данная установка представляет собой автоматизированный путевой подогреватель нефти или печь подогрева нефтепродуктов в блочном исполнении, которая состоит из следующих частей: модулей теплогенерации и теплообмена, блок подготовки теплоносителя, автоматики и безопасности.

ПП представляет собой единую конструкцию (рис 1), состоящий из следующих частей, в которых размещено оборудование, обеспечивающее работу печи подогрева:

1. Модуль теплогенерации. В нем расположены нагреватели в виде катушек индуктивности , система автоматики и безопасности, приборы КИПиА, трубопроводы и трубопроводная арматура, насосы.

2. Модуль теплообмена. Здесь расположены теплообменные аппараты(50 – 250 кВт), в которых продукт, подлежащий нагреву, нагревается за счет тепла, отдаваемого продуктами сгорания через топку промежуточному теплоносителю.

3. Блок подготовки теплоносителя (вода, масло, антифриз). Представляет собой: индукционный нагреватель (катушки индуктивности, теплообменик)

4. Система автоматики и безопасности. Устройство нагрева нефти оснащено средствами автоматизации, которые включают полевой КИП, систему автоматизации, отслеживание параметров технологического процесса, рабочую и аварийную сигнализацию с автоматической защитой при отклонении от нормы контролируемых параметров.

5. Металлоконструкции. Каждый элемент представляет собой теплоизолированную раму, на которой размещены торцевые и продольные стены толщиной 80 мм, а также теплоизолированная крыша.

Рисунок 1. Устройство путевого подогревателя

Принцип действия и описание работы подогревателя нефти

Физический принцип действия индукционного нагревателя основан на передаче тепла через стенку нагреваемому  продукту от теплоносителя, нагреваемого до температуры 85 С за счет нагревания теплоносителя благодаря катушкам индуктивности [1].

Технологический процесс нагрева осуществляется следующим образом.

Магнитные поля, вырабатываемые катушками индуктивности, нагревают стенки теплообменника, которые в свою очередь нагревают теплоноситель (вода, масло, технологическая жидкость). Модульное исполнение узла нагревания нефти обеспечивает эксплуатацию в любых климатических условиях благодаря установленным системам вентиляции, отопления. А современные технологии помогают управлять дистанционно процессом нагрева. После нагрева теплоносителя, он поступает через трубопровод в теплообменник, где подогревает нефть, далее по обратному трубопроводу идет на повторное нагревание.

Задачи расчета путевых подогревателей нефти связаны с обеспечением эффективного и безопасного поддержания необходимой температуры нефти в трубопроводах на различных этапах ее транспортировки и хранения [3]. Эти расчеты необходимы для предотвращения застывания нефти, снижения вязкости и обеспечения плавного потока. Основные задачи включают:

Определение тепловой мощности подогревателя: рассчитать необходимую тепловую мощность для поддержания нефти при нужной температуре. Это включает учет теплопотерь через стенки трубопровода, окружающую температуру, длину и диаметр трубопровода, а также свойства транспортируемой нефти (вязкость, температура застывания и т.д.).

Распределение тепла по длине трубопровода: определить оптимальное распределение тепла вдоль трубопровода, чтобы обеспечить равномерный прогрев нефти. Это включает расчет интервалов между нагревательными элементами и их мощностью.

Монтаж и техническое обслуживание: разработать план монтажа системы подогрева, включая размещение нагревательных элементов, прокладку кабелей, установку датчиков и контрольных приборов.

Теплоизоляция: рассчитать и выбрать материалы для теплоизоляции трубопровода, чтобы минимизировать теплопотери и повысить эффективность системы подогрева.

Экономический анализ: оценить затраты на установку и эксплуатацию системы подогрева, включая капитальные затраты на оборудование и материалы, эксплуатационные затраты на энергоресурсы и обслуживание. Сравнить эти затраты с потенциальными убытками от простоев, аварий и ремонта трубопровода из-за застывания нефти.

Экологические аспекты: проанализировать экологические последствия использования различных типов подогревателей, включая выбросы парниковых газов и других загрязнений.

Аварийные и резервные системы: разработать аварийные планы и резервные системы подогрева на случай выхода из строя основных подогревателей или отключения электроснабжения.

Список литературы:

1. Иванов, А. П. Путевые подогреватели нефти и их применение в нефтепроводной системе / А. П. Иванов // Нефть и Газ. – 2020. – № 4. – С. 23-29.
2. Рябов, Д. И. Моделирование тепловых процессов в путевых подогревателях нефти / Д. И. Рябов // Компьютерные технологии в промышленности. – 2020. – № 3. – С. 87-95.
3. Шаймарданов, В. Х. Процессы и аппараты технологий сбора и подготовки нефти и газа на промыслах / В. Х. Шаймарданов. – Москва : УдГУ, 2013. – 508 с.