Одним из направлений использования датчиков температуры и нормирующих преобразователей являются системы обогрева промышленных трубопроводов для нефти и газа. Наиболее распространенным способом обогрева стало применение греющих кабелей. Основными задачами при этом являются унификация и согласование сигналов в системе и их усиление. Кроме того, оборудование должно быть выполнено во взрывозащищенном исполнении. Компания ОВЕН предлагает все компоненты для автоматизации данного процесса: датчики температуры в исполнении Еx ia, нормирующие преобразователи НПТ‑3.Ех, барьеры искрозащиты НПТ‑1К.Ех и ИСКРА.
Зачем нужен обогрев трубопровода
Большая часть нефтяных и газовых месторождений в России находится в северных регионах, где отрицательная температура может доходить до –50 °C, а теплый сезон с температурами выше 0 °C продолжаться не более месяца в году. При таких климатических условиях повышается вязкость сырой нефти и нефтепродуктов, что затрудняет перекачивание продукта и сильно удорожает производственный процесс.
Последствия увеличенной вязкости продукта:
- насосы, перекачивающие нефтепродукты высокой вязкости, приходится выбирать на несколько типоразмеров больше;
- уменьшаются объемы перекачиваемой нефти;
- ускоряется износ и старение всей системы перекачки;
- возникает риск полного останова производства.
Обогрев трубопровода позволяет сократить все вышеперечисленные риски и обеспечить бесперебойный технологический процесс вне зависимости от погодных условий.
Взрывобезопасность системы
Нефтепродукты являются пожаро- и взрывоопасными средами. Самая опасная ситуация возникает при переходе части нефти в парообразное состояние, например когда емкость не до конца заполнена. Такая смесь может не только воспламениться от незначительного источника горения (искры) – из-за мгновенного нарастания давления возможен взрыв и быстрое распространение пожара. Если же энергии искры будет недостаточно, то взрыва не произойдет.
Постоянное удерживание энергии вероятной искры на уровне, недостаточном для воспламенения взрывоопасной смеси, достигается с помощью ограничения напряжения, тока, емкости и индуктивности в электрической цепи «датчик – прибор». Для этих целей компания ОВЕН предлагает искробарьеры: активный – ОВЕН НПТ-1К.Ех и пассивный – ОВЕН ИСКРА-АТ.03, о которых мы писали в одной из предыдущих публикаций*.
Датчики температуры ОВЕН в системе обогрева
Как контролировать температуру и вязкость нефти и нефтепродуктов при перекачке? Рассмотрим подробней обогрев трубопровода греющим кабелем. Данное решение позволяет контролировать температуру локально на каждом отдельном участке. При этом исключается перегрев трубы, который может привести к потере свойств перекачиваемого продукта. Система обогрева такого типа (рис. 1) является наиболее выгодной экономически.
Рис. 1. Общий принцип системы обогрева трубопровода
Греющий кабель размещается вдоль трубопровода, под системой теплоизоляции. Для контроля температуры поверхности трубопроводов используются «искробезопасные» датчики: накладные термосопротивления ДТС224 Ex ia и гибкие термопары на основе КТМС – с кабельным выводом ДТПКхх4 Ex ia и коммутационной головкой ДТПКхх5 Ex ia. Благодаря надежности конструкции монтажной части и ее диаметру от 1,5 мм такие датчики можно изогнуть и прикрепить к трубопроводу хомутами или даже навить на трубопровод.
В номенклатуре компании ОВЕН есть датчики как с выходным сигналом «сопротивление», «милливольты», так и унифицированным 4…20 мА. Выходной сигнал с датчика температуры передается на контроллер в шкаф управления.
Нормирующие преобразователи ОВЕН для согласования сигналов
Техническая задача, часто вызывающая сложности, – это согласование разных уровней автоматизации: необходимо согласовать выходной сигнал датчика температуры с контроллером.
Большинство контроллеров работают с нормированным сигналом типа токовая петля (0)4…20 мА, сигналом по напряжению 0…10 В и не имеют специального входа для термосопротивлений (РТ100, 50М и т. д.). Для решения этой задачи используются нормирующие преобразователи сигналов термометров сопротивлений и термопар в унифицированные сигналы тока и напряжения: 4…20 мА, 0…20 мА, 0…5 мА, 0…10 В, 0…5 В, 2…10 В (рис. 2).
Рис. 2. Согласование сигналов разных уровней автоматизации
Как правило, такие преобразователи бывают двух типов: в DIN-исполнении и встраиваемые в головку датчика. У ОВЕН это соответственно:
- НПТ-1К.Ех с маркировкой взрывозащиты [Ex ia Ga] IIC;
- НПТ-3.Ех с маркировкой взрывозащиты 0 Ex ia IIC «T6…Т4» Ga.
Какой нормировщик лучше применять
В первую очередь надо выбирать оборудование с сертификатом типа средств измерений. Все нормирующие преобразователи ОВЕН НПТ имеют такие сертификаты. Выбор исполнения зависит от системы обогрева и протяженности трубопровода.
Нормирующий преобразователь НПТ‑1К.Ех (рис. 3) подходит для трубопроводов протяженностью не более 200–300 м. Прибор устанавливается в шкафу управления. НПТ‑1К.Ех дополнительно является активным барьером искрозащиты, поэтому его применение обеспечивает взрывозащиту цепи.
Рис. 3. Нормирующий преобразователь ОВЕН НПТ‑1К.Ех
Нормирующий преобразователь НПТ‑3.Ех (рис. 4) применяют для линий протяженностью более 300 м. Как мы упоминали, возможно применение накладного термодатчика сразу с выходным сигналом 4…20 мА. Внутрь головки датчика устанавливается нормирующий преобразователь в исполнении «таблетка». Для эксплуатации в опасных зонах и сенсор, и нормировщик должны быть искробезопасными. В головку такого датчика устанавливается НПТ‑3.Ех – искробезопасный нормировщик, преобразующий милливольты от сенсора в токовый сигнал 4…20 мА. К контроллеру такой сигнал должен также подключаться через искробарьер, установленный во взрывобезопасной зоне. Искробарьер может быть как активным (ОВЕН НПТ-1К.Ех), так и пассивным (ОВЕН ИСКРА-ХХ.03).
Рис. 4. Нормирующий преобразователь ОВЕН НПТ‑3.Ех
Заключение
Использование нормирующих преобразователей в системе обогрева трубопроводов греющим кабелем обоснованно. Они прекрасно решают задачу унификации и согласования сигналов в системе и их усиления. Компания ОВЕН предлагает компоненты для автоматизации этого процесса, устанавливающиеся как во взрывоопасной (датчики температуры и нормирующие преобразователи НПТ‑3.Ех), так и во взрывобезопасной зоне (искробарьеры НПТ‑1К.Ех и ИСКРА). Такое комплексное решение позволяет защитить опасные объекты от пожаров и взрывов – в соответствии с требованиями проверяющих органов и нормативных документов.
________________________
*Барьер искрозащиты ОВЕН ИСКРА: искробезопасность на высшем уровне // ИСУП. 2020. № 3.
Опубликовано в журнале ИСУП № 1(91)_2021
Н.С. Молодцов, менеджер по продуктам «Датчики влажности» и «Нормирующие преобразователи»,
А.С. Сидорцев, менеджер по продукту «Датчики температуры»,
компания ОВЕН, г. Москва,
тел.: +7 (495) 641‑1156,
e‑mail: sales@owen.ru,
сайт: owen.ru