Development of a Methodology for Calculating a Skin-cable System for Electrically Heating Industrial Pipelines
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-4-39-46Keywords:
skin-cable system, skin electric heating system, pipeline heating, induction-resistive heating system, current transformer, power take-off deviceAbstract
The purpose of the study is to develop a scientifically grounded methodology for calculating a skin-cable system for electrically heating industrial pipelines, which provides power supply to the heating cables for heating technological elements (valves, flanges, supports, and filters) by taking power directly from the linear part of the main skin system without making an additional accompanying network. The methodological approach is based on the principle of decomposing the system into a mains section and separate technological elements, followed by coordinating their thermal and electrical parameters. The main components of the optimization problem for selecting a circuit design for the implementation of a power take-off device that is part of a skin-cable electric heating system, are determined. A comprehensive methodology for calculating a skin-cable electric heating system has been developed, which includes collection of initial data, thermal calculation of the pipeline and its technological elements, determination of the skin system parameters, selection of heating cables, determination of the power take-off device parameters, and documenting of the results. Analytical expressions for the equivalent load resistance of the power take-off device have been obtained. The methodology is intended for designing electric heating systems for industrial pipelines of the oil and gas complex, chemical industry, and housing and communal services in regions with low ambient temperatures. The developed technique makes it possible to design an electric heating skin system with power take-off devices that ensure the operation of current transformers in the maximum output power mode, taking into account the design and electrical limitations of the heating cables powered by them.
References
1. Савенок О.В. и др. Компьютерное моделирование технологических параметров и методов предотвращения образования гидратов // Известия Томского политехн. ун-та. Серия «Инжиниринг георесурсов». 2024. Т. 335. № 5. С. 202—218.
2. Хасанов И.И., Хасанова З.Р., Дорофеева О.А. Оценка экономической эффективности применения покрытий для предотвращения выпадения парафиновых отложений в нефтепроводах // Инновации и инвестиции. 2024. № 3. С. 259—264.
3. Li B. e. a. Research Status and Outlook of Mechanism, Characterization, Performance Evaluation, and Type of Pour Point Depressants in Waxy Crude Oil: a Review // Energy & Fuels. 2024. V. 38(9). Pp. 7480—7509.
4. Yu J. e. a. Heat Transfer Characteristics of Subsea Long-distance Pipeline Subject to Direct Electrical Heating // Geoenergy Sci. Eng. 2024. V. 234. P. 212679.
5. Бубнов В.Б., Репин Д.С. Разработка научно-обоснованных рекомендаций по эксплуатации и проектированию противопожарных водопроводов для природно-климатических условий Арктики // Современные проблемы гражданской защиты. 2023. № 4(49). С. 120—128.
6. Морозов М.А. и др. Расчет трубопроводных систем с учетом степени гидрофобности внутренних поверхностей // Нефтяное хозяйство. 2016. № 4. С. 130—133.
7. Рыженков А.В., Сухова Е.А. Снижение гидравлического сопротивления трубопроводных систем // Энергетик. 2012. № 1. С. 42—44.
8. Лавринович М.В., Антонов Д.В., Стрижак П.А. Интегральные характеристики резистивного, индукционного и поверхностного электрообогрева трубопроводов // Известия Томского политехн. ун-та. Серия «Инжиниринг георесурсов». 2026. Т. 337. № 4. С. 181—191.
9. Щербинин А.Г., Терлыч А.Е., Черняев В.В., Наумов М.Д. Экспериментальное и численное исследование индукционно-резистивной системы обогрева трубопроводов // Электротехника. 2023. № 11. С. 10—13.
10. Николаев А.К., Зарипова Н.А., Пшенин В.В. Повышение эффективности эксплуатации систем надземных нефтепроводов, оборудованных электрообогревом // Технологии нефти и газа. 2021. № 4(135). С. 50—55.
11. Santoso S.B.W., Sommeng A.N., Dianita C. The Effect of Heat Tracing Installation for Wax Prevention on Onshore Buried Swampy Pipelines // J. Rekayasa Kimia & Lingkungan. 2024. V. 19(1). Pp. 81—94.
12. Гаррис Н.А., Полетаева О.Ю., Бакиев Т.А. Проблемы трубопроводного транспорта углеводородов в условиях мерзлоты и пути их решения // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 3. С. 64—67.
13. Пат. № 2755647 РФ. Способ отбора электроэнергии с линейной части индуктивно-резистивных, индуктивных и резистивных систем электрообогрева и узел для осуществления способа (варианты) / Хижняков В.А., Баженов Ю.А., Прохоров Д.В. // Бюл. изобрет. 2021. № 26.
14. Пат. № 2379742 РФ. Вторичный источник бесперебойного питания / Геворкян В.М., Яшин И.А. // Бюл. изобрет. 2010. № 2.
15. Пат. № 120519 РФ. Вторичный источник питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения промышленной частоты / Геворкян В.М., Казанцев Ю.А., Копылова Л.А., Яшин И.А. // Бюл. изобрет. 2012. № 26.
16. Пат. № 2496204 РФ. Вторичный источник бесперебойного питания с отбором мощности от тока фазного провода / Геворкян В.М., Яшин И.А. // Бюл. изобрет. 2013. № 29.
17. Пат. № 179239 РФ. Устройство токового отбора мощности / Дроздов А.В., Киселев А.Н., Пилюгин А.В. // Бюл. изобрет. 2018. № 13.
18. Пат. № 2821850 РФ. Устройство отбора мощности и система электрического обогрева трубопровода, содержащая такое устройство / Струпинский М.Л. // Бюл. изобрет. 2024. № 18.
19. СП 61.13330.2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03—2003.
20. РД 39-30-139—79. Методика теплового и гидравлического расчета магистральных трубопроводов при стационарных и нестационарных режимах перекачки ньютоновских и неньютоновских нефтей в различных климатических условиях.
21. ГОСТ Р МЭК 62086-2—2005. Электрооборудование для взрывоопасных газовых сред. Нагреватели сетевые электрические резистивные. Ч. 2. Требования по проектированию, установке и обслуживанию.
22. Св-во № 2023619476 РФ о гос. регистрации программы для ЭВМ. Программа для расчёта индукционно-резистивной системы нагрева IRSN PRO / Федин М.А. и др. // Бюл. изобрет. 2023. № 5.
---
Для цитирования: Федин М.А., Булатенко М.А., Рогачев А.В. Разработка методики расчета скин-кабельной системы электрообогрева промышленных трубопроводов // Вестник МЭИ. 2026. № 4. С. 39—46. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-4-39-46
---
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSWF-2026-0007)
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Savenok O.V. i dr. Komp'yuternoe Modelirovanie Tekhnologicheskih Parametrov i Metodov Predotvrashcheniya Obrazovaniya Gidratov. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. Seriya «Inzhiniring Georesursov». 2024;335(5):202—218. (in Russian).
2. Hasanov I.I., Hasanova Z.R., Dorofeeva O.A. Otsenka Ekonomicheskoy Effektivnosti Primeneniya Pokrytiy dlya Predotvrashcheniya Vypadeniya Parafinovyh Otlozheniy v Nefteprovodah. Innovatsii i Investitsii. 2024;(3):259—264. (in Russian).
3. Li B. e. a. Research Status and Outlook of Mechanism, Characterization, Performance Evaluation, and Type of Pour Point Depressants in Waxy Crude Oil: a Review. Energy & Fuels. 2024;38(9):7480—7509.
4. Yu J. e. a. Heat Transfer Characteristics of Subsea Long-distance Pipeline Subject to Direct Electrical Heating. Geoenergy Sci. Eng. 2024;234:212679.
5. Bubnov V.B., Repin D.S. Razrabotka Nauchno-obosnovannyh Rekomendatsiy po Ekspluatatsii i Proektirovaniyu Protivopozharnyh Vodoprovodov dlya Prirodno-klimaticheskih Usloviy Arktiki. Sovremennye Problemy Grazhdanskoy Zashchity. 2023;4(49):120—128. (in Russian).
6. Morozov M.A. i dr. Raschet Truboprovodnyh Sistem s Uchetom Stepeni Gidrofobnosti Vnutrennih Poverhnostey. Neftyanoe Hozyaystvo. 2016;4:130—133. (in Russian).
7. Ryzhenkov A.V., Suhova E.A. Snizhenie Gidravlicheskogo Soprotivleniya Truboprovodnyh Sistem. Energetik. 2012;1:42—44. (in Russian).
8. Lavrinovich M.V., Antonov D.V., Strizhak P.A. Integral'nye Harakteristiki Rezistivnogo, Induktsionnogo i Poverhnostnogo Elektroobogreva Truboprovodov. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. Seriya «Inzhiniring Georesursov». 2026;337(4):181—191. (in Russian).
9. Shcherbinin A.G., Terlych A.E., Chernyaev V.V., Naumov M.D. Eksperimental'noe i Chislennoe Issledovanie Induktsionno-rezistivnoy Sistemy Obogreva Truboprovodov. Elektrotekhnika. 2023;11:10—13. (in Russian).
10. Nikolaev A.K., Zaripova N.A., Pshenin V.V. Povyshenie Effektivnosti Ekspluatatsii Sistem Nadzemnyh Nefteprovodov, Oborudovannyh Elektroobogrevom. Tekhnologii Nefti i Gaza. 2021;4(135):50—55. (in Russian).
11. Santoso S.B.W., Sommeng A.N., Dianita C. The Effect of Heat Tracing Installation for Wax Prevention on Onshore Buried Swampy Pipelines. J. Rekayasa Kimia & Lingkungan. 2024;19(1):81—94.
12. Garris N.A., Poletaeva O.Yu., Bakiev T.A. Problemy Truboprovodnogo Transporta Uglevodorodov v Usloviyah Merzloty i Puti ih Resheniya. Transport i Hranenie Nefteproduktov i Uglevodorodnogo Syr'ya. 2020;3:64—67. (in Russian).
13. Pat. № 2755647 RF. Sposob Otbora Elektroenergii s Lineynoy Chasti Induktivno-rezistivnyh, Induktivnyh i Rezistivnyh Sistem Elektroobogreva i Uzel dlya Osushchestvleniya Sposoba (Varianty). Hizhnyakov V.A., Bazhenov Yu.A., Prohorov D.V. Byul. Izobret. 2021;26. (in Russian).
14. Pat. № 2379742 RF. Vtorichnyy Istochnik Bespereboynogo Pitaniya. Gevorkyan V.M., Yashin I.A. Byul. Izobret. 2010;2. (in Russian).
15. Pat. № 120519 RF. Vtorichnyy Istochnik Pitaniya s Otborom Moshchnosti ot Faznogo Provoda Linii Elektroperedachi Vysokogo Napryazheniya Promyshlennoy Chastoty. Gevorkyan V.M., Kazantsev Yu.A., Kopylova L.A., Yashin I.A. Byul. Izobret. 2012;26. (in Russian).
16. Pat. № 2496204 RF. Vtorichnyy Istochnik Bespereboynogo Pitaniya s Otborom Moshchnosti ot Toka Faznogo Provoda. Gevorkyan V.M., Yashin I.A. Byul. Izobret. 2013;29. (in Russian).
17. Pat. № 179239 RF. Ustroystvo Tokovogo Otbora Moshchnosti. Drozdov A.V., Kiselev A.N., Pilyugin A.V. Byul. Izobret. 2018;13. (in Russian).
18. Pat. № 2821850 RF. Ustroystvo Otbora Moshchnosti i Sistema Elektricheskogo Obogreva Truboprovoda, Soderzhashchaya Takoe Ustroystvo. Strupinskiy M.L. Byul. Izobret. 2024;18. (in Russian).
19. SP 61.13330.2012. Teplovaya Izolyatsiya Oborudovaniya i Truboprovodov. Aktualizirovannaya Redaktsiya SNiP 41-03—2003. (in Russian).
20. RD 39-30-139—79. Metodika Teplovogo i Gidravlicheskogo Rascheta Magistral'nyh Truboprovodov pri Statsionarnyh i Nestatsionarnyh Rezhimah Perekachki N'yutonovskih i Nen'yutonovskih Neftey v Razlichnyh Klimaticheskih Usloviyah. (in Russian).
21. GOST R MEK 62086-2—2005. Elektrooborudovanie dlya Vzryvoopasnyh Gazovyh Sred. Nagrevateli Setevye Elektricheskie Rezistivnye. Ch. 2. Trebovaniya po Proektirovaniyu, Ustanovke i Obsluzhivaniyu. (in Russian).
22. Sv-vo № 2023619476 RF o Gos. Registratsii Programmy dlya EVM. Programma dlya Rascheta Induktsionno-rezistivnoy Sistemy Nagreva IRSN PRO. Fedin M.A. i dr. Byul. Izobret. 2023;5. (in Russian)
---
For citation: Fedin M.A., Bulatenko M.A., Rogachev A.V. Development of a Methodology for Calculating a Skin-cable System for Electrically Heating Industrial Pipelines. Bulletin of MPEI. 2026;4:39—46. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-4-39-46
---
The Work was Carried Out The Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project No. FSWF-2026-0007)
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
