Frontier Materials & Technologies. 2022; : 90-101
Разработка гибкого индукционного нагревателя внутренней изоляции сварного стыка трубопроводов
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-4-90-101Аннотация
Для обеспечения качества нанесения антикоррозионной изоляции сварных соединений в трубопроводах с внутренним защитным покрытием необходимо с высокой точностью выдерживать температурные режимы заданной зоны нагрева сварного стыка, включая скорость нагрева и поддержание в течение определенного времени температуры нагрева антикоррозионной изоляции. Поскольку в настоящее время промышленность не выпускает компактные и удобные в эксплуатации устройства для нагрева сварного стыка трубопроводов небольшого диаметра при нанесении внутренней изоляции в полевых условиях, требуется провести исследования, направленные на разработку данного типа устройств, и определить эффективность их применения на практике. В исследовании применяется индукционный метод нагрева с использованием гибкого индукционного нагревателя сварного стыка трубопроводов. Нагреватель отличается простотой установки на трубопроводы и позволяет обеспечить необходимые технологические режимы нагрева изоляции внутри трубопроводов. Приведены результаты моделирования тепловых процессов, исследовано распределение температуры вдоль состыкованных трубопроводов с использованием пакета COMSOL Multiphysics. Выявлено, что вследствие неравномерности нагрева стыка трубопроводов могут возникать отклонения температуры, выходящие за пределы заданного диапазона. Предложено решение данной проблемы, заключающееся в конструктивном решении разработанного гибкого индуктора. Для обеспечения требуемых показателей нагрева применена определенная укладка обмотки индуктора. Получены экспериментальные зависимости изменения температуры от времени нагрева внутри состыкованных трубопроводов в заданных зонах нагрева, показывающие соответствие требованиям технологии нанесения изоляционного покрытия, при выходе на требуемые режимы нагрева. Для нагрева трубопроводов диаметром 159 мм и толщиной стенки 8 мм мощность индукционного нагревателя составила не более 3 кВт. Разработанные нагреватели обеспечивают возможность быстрой и удобной установки на трубопроводы, безопасность и автоматизацию работ по нанесению изоляции. Проведенные исследования позволили решить важный аспект проблемы практического применения технологии противокоррозионной защиты сварного раструбного соединения трубопроводов небольшого диаметра в нефтегазовой отрасли промышленности.
Список литературы
1. Гуменюк А.В. Увеличение срока службы нефтепромыслового оборудования за счет применения новых технических решений и современных антикоррозионных защитных покрытий // Нефть. Газ. Новации. 2016. № 5. С. 64–67. EDN: WGBUQT.
2. Ерченков В.В., Крылов Е.А. Защита газонефтепроводов от коррозии // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. 2009. № 2. С. 32–36. EDN: MTWVLJ.
3. Протасов В.Н. Теория и практика применения полимерных покрытий в оборудовании и сооружениях нефтегазовой отрасли. М.: Недра, 2007. 374 с. EDN: QNBNEH.
4. Протасов В.Н., Штырев О.О. Способ Протасова В.Н. противокоррозионной защиты сварного раструбного соединения: патент на изобретение РФ № 2584016. 2016.
5. Протасов В.Н., Коробов Д.А. Обеспечение требуемого уровня качества внутренней противокоррозионной изоляции сварных соединений стальных элементов нефтепромысловых трубопроводов с внутренним эпоксидным покрытием // Территория НЕФТЕГАЗ. 2018. № 12. С. 48–55. EDN: YPXOAH.
6. Кершенбаум В.Я., Протасов В.Н., Коробов Д.А., Штырев О.О. Методические основы разработки технических требований к противокоррозионной изоляции неразъемных соединений сложных технических систем на примере сварных соединений нефтепромысловых трубопроводов из стальных элементов с полимерными покрытиями // Территория НЕФТЕГАЗ. 2020. № 3-4. С. 70–78. EDN: UWJCVA.
7. Фонарев З.И. Электроподогрев трубопроводов, резервуаров и технологического оборудования в нефтяной промышленности. Л.: Недра, 1984. 148 с.
8. Струпинский М.Л., Хренков Н.Н., Кувалдин А.Б. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли. М.: Инфра-Инженерия, 2015. 270 с.
9. Пантелеймонов Е.А. Оборудование для термообработки сварных соединений трубопроводов // Автоматическая сварка. 2012. № 4. С. 53–56. EDN: TEBPXR.
10. Демидович В.Б. Развитие технологий индукционного нагрева (к 140-летию со дня рождения Вологдина Валентина Петровича) // Электричество. 2021. № 5. С. 51–55. DOI: 10.24160/0013-5380-2021-5-51-55.
11. Борисов В.Б. Изоляция стыков трубопроводов в трассовых условиях, проблемы и решения // Территория НЕФТЕГАЗ. 2012. № 4. С. 30–31. EDN: OXYKBH.
12. Петрусенко Е.В. Применение индукционного нагрева при изоляции сварных стыков труб в трассовых условиях // Территория НЕФТЕГАЗ. 2016. № 7-8. С. 58–61. EDN: WKGBGT.
13. Kuvaldin A.B., Fedin M.A., Strupinskiy M.L., Khrenkov N.N. Development and research of characteristics of linear inductors for heating of steel ferromagnetic plates and tubes // Acta Technica CSAV (Ceskoslovensk Akademie Ved). 2018. Vol. 63. № 3. P. 459–466. EDN: YBKWRN.
14. Макулов И.А., Никитин Ю.А. Оборудование и особенности применения индукционного нагрева в нефтегазовой промышленности // Промышленный электрообогрев и электроотопление. 2014. № 3. С. 50–53. EDN: SYPBWJ.
15. Рогинская Л.Э., Горбунов А.С., Меднов А.А. Преобразователи частоты для электротехнологических процессов, включающих индукционный нагрев // Интеллектуальная электротехника. 2021. № 2. С. 72–82. EDN: EMLNEZ.
16. Lucía O., Maussion P., Dede E.J., Burdío J.M. Induction Heating Technology and Its Applications: Past Developments, Current Technology, and Future Challenges // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014. Vol. 61. № 5. P. 2509–2520. DOI: 10.1109/TIE.2013.2281162.
17. Esteve V., Jordan J., Dede E.J., Sanchis-Kilders E., Martinez P.J., Maset E., Gilabert D. Optimal LLC Inverter Design with SiC MOSFETs and Phase Shift Control for Induction Heating Applications // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2022. Vol. 69. № 11. P. 11100–11111. DOI: 10.1109/TIE.2021.3121730.
18. Никитин Ю.А., Осипов В.В., Никитин А.Ю. Обогреватель трубопроводной арматуры, трубопроводов и емкостей: патент на полезную модель РФ № 165070. 2016.
19. Силкин Е.М. Транзисторные преобразователи частоты для индукционного нагрева // Электротехника. 2004. № 10. С. 24–30.
20. Kelemen A., Kutasi N. Modelling and Analysis of the Induction Heating Converters // Advances in Induction and Microwave Heating of Mineral and Organic Materials. 2011. P. 49–74. DOI: 10.5772/14057.
21. Муркин М.Н., Земан С.К., Ярославцев Е.В. Исследование коммутационных процессов в инверторе тока // Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 315. № 4. С. 111–116. EDN: KYRLJN.
22. Ngo T., Nguyen N. LLC Inverter Design Procedure for Induction Heating with Quantitative Analysis of Power Transfer // Science & Technology Development Journal Engineering and Technology. 2021. Vol. 4. № 1. P. 739–747. DOI: 10.32508/stdjet.v4i1.751.
Frontier Materials & Technologies. 2022; : 90-101
Development and research of a flexible induction heater of internal insulation of a welded joint of pipelines
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-4-90-101Abstract
To ensure the quality of applying anti-corrosion insulation of welded joints inside pipelines with the internal protective coating, it is necessary to keep temperature regimes of a welded joint specified heating zone with high accuracy, including the heating rate and keeping the heating temperature of anti-corrosion insulation for a certain time. Nowadays, the industry does not produce compact and easy-to-use devices for heating welded joints of small-diameter pipelines when applying internal insulation in the field environment, so it is necessary to study the development of such types of devices and identify the efficiency of their use in practice. During the study, the author applies the induction heating method using a flexible induction heater of a pipeline welded joint. The heater is easy-to-install and ensures the required technological modes of heating the insulation inside the pipelines. The paper presents the results of modeling thermal processes, and, using the COMSOL Multiphysics package, studies temperature distribution along the joined pipelines. The study identified that due to uneven heating of a pipeline joint, temperature deviations falling outside the specified range occur. The author proposes a solution for this problem, which is a structural solution for the developed flexible inductor. The author used a specific laying of inductor winding to ensure the required heating characteristics. The experimental dependences of temperature change on the heating time inside the joined pipelines at the specified heating zones, which indicate the compliance with the requirement for the technology of insulating coating application, when entering various heating modes are obtained. The induction heater power required for heating the pipeline with a diameter of 159 mm and wall thickness of 8 mm was no more than 3 kW. The developed heaters provide the possibility of quick and convenient installation on pipelines, safety, and automation of insulation application. The study solves an important aspect of the problem of practical use of the technology of anti-corrosion protection of a welded bell-and-bell joint of pipelines of small diameters in the oil-and-gas industry.
References
1. Gumenyuk A.V. Uvelichenie sroka sluzhby neftepromyslovogo oborudovaniya za schet primeneniya novykh tekhnicheskikh reshenii i sovremennykh antikorrozionnykh zashchitnykh pokrytii // Neft'. Gaz. Novatsii. 2016. № 5. S. 64–67. EDN: WGBUQT.
2. Erchenkov V.V., Krylov E.A. Zashchita gazonefteprovodov ot korrozii // Trudy Rossiiskogo gosudarstvennogo universiteta nefti i gaza imeni I.M. Gubkina. 2009. № 2. S. 32–36. EDN: MTWVLJ.
3. Protasov V.N. Teoriya i praktika primeneniya polimernykh pokrytii v oborudovanii i sooruzheniyakh neftegazovoi otrasli. M.: Nedra, 2007. 374 s. EDN: QNBNEH.
4. Protasov V.N., Shtyrev O.O. Sposob Protasova V.N. protivokorrozionnoi zashchity svarnogo rastrubnogo soedineniya: patent na izobretenie RF № 2584016. 2016.
5. Protasov V.N., Korobov D.A. Obespechenie trebuemogo urovnya kachestva vnutrennei protivokorrozionnoi izolyatsii svarnykh soedinenii stal'nykh elementov neftepromyslovykh truboprovodov s vnutrennim epoksidnym pokrytiem // Territoriya NEFTEGAZ. 2018. № 12. S. 48–55. EDN: YPXOAH.
6. Kershenbaum V.Ya., Protasov V.N., Korobov D.A., Shtyrev O.O. Metodicheskie osnovy razrabotki tekhnicheskikh trebovanii k protivokorrozionnoi izolyatsii neraz\"emnykh soedinenii slozhnykh tekhnicheskikh sistem na primere svarnykh soedinenii neftepromyslovykh truboprovodov iz stal'nykh elementov s polimernymi pokrytiyami // Territoriya NEFTEGAZ. 2020. № 3-4. S. 70–78. EDN: UWJCVA.
7. Fonarev Z.I. Elektropodogrev truboprovodov, rezervuarov i tekhnologicheskogo oborudovaniya v neftyanoi promyshlennosti. L.: Nedra, 1984. 148 s.
8. Strupinskii M.L., Khrenkov N.N., Kuvaldin A.B. Proektirovanie i ekspluatatsiya sistem elektricheskogo obogreva v neftegazovoi otrasli. M.: Infra-Inzheneriya, 2015. 270 s.
9. Panteleimonov E.A. Oborudovanie dlya termoobrabotki svarnykh soedinenii truboprovodov // Avtomaticheskaya svarka. 2012. № 4. S. 53–56. EDN: TEBPXR.
10. Demidovich V.B. Razvitie tekhnologii induktsionnogo nagreva (k 140-letiyu so dnya rozhdeniya Vologdina Valentina Petrovicha) // Elektrichestvo. 2021. № 5. S. 51–55. DOI: 10.24160/0013-5380-2021-5-51-55.
11. Borisov V.B. Izolyatsiya stykov truboprovodov v trassovykh usloviyakh, problemy i resheniya // Territoriya NEFTEGAZ. 2012. № 4. S. 30–31. EDN: OXYKBH.
12. Petrusenko E.V. Primenenie induktsionnogo nagreva pri izolyatsii svarnykh stykov trub v trassovykh usloviyakh // Territoriya NEFTEGAZ. 2016. № 7-8. S. 58–61. EDN: WKGBGT.
13. Kuvaldin A.B., Fedin M.A., Strupinskiy M.L., Khrenkov N.N. Development and research of characteristics of linear inductors for heating of steel ferromagnetic plates and tubes // Acta Technica CSAV (Ceskoslovensk Akademie Ved). 2018. Vol. 63. № 3. P. 459–466. EDN: YBKWRN.
14. Makulov I.A., Nikitin Yu.A. Oborudovanie i osobennosti primeneniya induktsionnogo nagreva v neftegazovoi promyshlennosti // Promyshlennyi elektroobogrev i elektrootoplenie. 2014. № 3. S. 50–53. EDN: SYPBWJ.
15. Roginskaya L.E., Gorbunov A.S., Mednov A.A. Preobrazovateli chastoty dlya elektrotekhnologicheskikh protsessov, vklyuchayushchikh induktsionnyi nagrev // Intellektual'naya elektrotekhnika. 2021. № 2. S. 72–82. EDN: EMLNEZ.
16. Lucía O., Maussion P., Dede E.J., Burdío J.M. Induction Heating Technology and Its Applications: Past Developments, Current Technology, and Future Challenges // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014. Vol. 61. № 5. P. 2509–2520. DOI: 10.1109/TIE.2013.2281162.
17. Esteve V., Jordan J., Dede E.J., Sanchis-Kilders E., Martinez P.J., Maset E., Gilabert D. Optimal LLC Inverter Design with SiC MOSFETs and Phase Shift Control for Induction Heating Applications // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2022. Vol. 69. № 11. P. 11100–11111. DOI: 10.1109/TIE.2021.3121730.
18. Nikitin Yu.A., Osipov V.V., Nikitin A.Yu. Obogrevatel' truboprovodnoi armatury, truboprovodov i emkostei: patent na poleznuyu model' RF № 165070. 2016.
19. Silkin E.M. Tranzistornye preobrazovateli chastoty dlya induktsionnogo nagreva // Elektrotekhnika. 2004. № 10. S. 24–30.
20. Kelemen A., Kutasi N. Modelling and Analysis of the Induction Heating Converters // Advances in Induction and Microwave Heating of Mineral and Organic Materials. 2011. P. 49–74. DOI: 10.5772/14057.
21. Murkin M.N., Zeman S.K., Yaroslavtsev E.V. Issledovanie kommutatsionnykh protsessov v invertore toka // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2009. T. 315. № 4. S. 111–116. EDN: KYRLJN.
22. Ngo T., Nguyen N. LLC Inverter Design Procedure for Induction Heating with Quantitative Analysis of Power Transfer // Science & Technology Development Journal Engineering and Technology. 2021. Vol. 4. № 1. P. 739–747. DOI: 10.32508/stdjet.v4i1.751.
