Российский рынок промышленных систем электрического обогрева: курс на импортозамещение

Опубликовано: 31 мая 2016 г. в 08:00, 99 просмотровКомментировать

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

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.