Использование электрообогрева для надежной эксплуатации противопожарных водопроводов в природно-климатических условиях Арктики

В природно-климатических условиях Арктики транспортировка воды, в том числе на нужды пожаротушения, имеет свои специфические особенности, которые необходимо учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатации систем водоснабжения.

К примеру, в районе Норильска практически все трубопроводы систем водоснабжения имеют надземную прокладку, что обусловлено большим слоем вечной мерзлоты. При чрезвычайно низких температурах окружающего воздуха, характерных для  данного района, возможно частичное промерзание наружного слоя тепловой изоляции и, как следствие, уменьшение её термического сопротивления. Другой проблемой при эксплуатации трубопроводов в системах наружного противопожарного водоснабжения являются их аварийные отключения, поскольку в течение времени ликвидации аварии необходимо не допустить замерзания воды.

В аварийно-отключенном участке трубопровода при остановке подачи воды происходит быстрое остывание как самой жидкости, так и слоя тепловой изоляции, сопровождающееся ее частичным промерзанием. Иногда, при длительном перерыве в эксплуатации, возможно частичное замерзание воды. При этом следует отметить, что допускается замерзание до 25 % воды, находящейся в отключенном участке трубопровода.

Теплоизоляция, используемая для утепления труб, не предотвращает их замерзания, а только замедляет этот процесс.

В настоящее время для повышения энергетической эффективности и обеспечения надежной эксплуатации теплоизолированных трубопроводов стали применять их электрообогрев, который способен в ряде случаев минимизировать негативные последствия процессов, сопровождающих аварийные ситуации.

Применение кабельных систем обогрева трубопроводов обеспечивает полную или частичную компенсацию тепловых потерь, поддержание минимально допустимой температуры жидкости при остановке ее подачи,  разогрев трубопроводов до заданной температуры при возобновлении процесса после остановки (холодный пуск объекта), обеспечение надёжности и увеличение срока службы теплоизолированных трубопроводов.

 Преимущества кабельных систем обогрева перед водяными и паровыми очевидны: они обладают малой материалоемкостью, их легче устанавливать, они не подвержены коррозии, не боятся разморозки. Кроме того, они оснащаются автоматизированными системами управления, которые точно и по заданному алгоритму поддерживают выбранный режим, легко интегрируются с АСУ верхнего уровня и могут применяться на сложных и разветвленных водопроводных сетях.

Для трубопроводов сравнительно небольшой протяженности используются резистивные или саморегулирующиеся нагревательные кабели, а при необходимости обогрева трубопроводов протяженностью более 3000 м применяется система электрообогрева на основе индукционно-резистивной системы нагрева, или СКИН-система. Следует отметить, что такая система в настоящее время является единственным способом промышленного электрообогрева трубопроводов длиной до 30 километров, который не требует сопроводительной сети.

По показателям безопасности и надежности СКИН-система превосходит другие системы и считается оптимальным вариантом для дополнительного обогрева трубопроводов в условиях Арктики.

Доминирующее влияние на величину тепловых потерь оказывает термическое сопротивление тепловой изоляции, то есть ее толщина и теплопроводность. Чем больше толщина теплоизоляции и меньше ее теплопроводность, тем меньше тепловые потери и меньше требуемая мощность системы электрообогрева.

Однако, при чрезмерном увеличении толщины теплоизоляции, затраты на нее окажутся несоизмеримо больше затрат на электроэнергию. Выбор нагревательного кабеля представляет собой многофакторную задачу. С одной стороны, нагревательный кабель должен скомпенсировать тепловые потери трубопровода. С другой стороны, он должен быть защищен от перегрева и воздействия температуры, превышающей максимальную допустимую температуру его применения. Поэтому в некоторых случаях вместо применения более температуростойкого нагревательного кабеля целесообразно использовать двухслойную изоляцию с размещением кабеля не на трубопроводе, а по первому слою тепловой изоляции.