Том 337 № 4 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/4/5514
Интегральные характеристики резистивного, индукционного и поверхностного электрообогрева трубопроводов
Представлены результаты экспериментальных исследований интегральных характеристик электрообогрева трубопроводов с применением резистивного (Джоулев нагрев), индукционного (нагрев за счёт токов Фуко) и поверхностного (нагрев, обусловленный скин-эффектом) способов. Исследование выполнено в лабораторных условиях на стальной трубе фиксированной геометрии при сопоставимых режимах электропитания, что обеспечивает корректное сравнение различных способов электрообогрева по их тепловому воздействию и эксплуатационным ограничениям. Определены зависимости удельной линейной мощности электрообогрева от первоначального напряжения питания сети, а также температурные режимы нагревательных элементов и стенки трубопровода. Показано, что при резистивном нагреве удельная линейная мощность имеет степенную зависимость от напряжения питания, что связано с локализацией тепловыделения в токопроводящей жиле. Для поверхностного нагрева выявлена аналогичная по форме зависимость, отличающаяся динамикой изменения вследствие перераспределения электрических потерь между проводником и приповерхностным слоем трубы. Установлено, что при индукционном нагреве температура жилы греющего кабеля минимальна по сравнению с резистивным и поверхностным способами при сопоставимой линейной мощности системы, что обусловлено более распределённым характером тепловыделения в стенке трубопровода и снижением локальных температурных перегревов. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и эксплуатации систем электрообогрева нефтяных и газовых трубопроводов для выбора способа обогрева, допустимой удельной линейной мощности и параметров нагревательных элементов. Практическая значимость работы особенно актуальна для протяжённых трубопроводов, эксплуатируемых в условиях повышенных теплопотерь, где требуется обеспечение надёжности и энергоэффективности систем электрообогрева.
Для цитирования: Лавринович М.В., Антонов Д.В., Стрижак П.А. Интегральные характеристики резистивного, индукционного и поверхностного электрообогрева трубопроводов. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2026, Т. 337, № 4, С. 181-191.
Ключевые слова:
электрообогрев, резистивный нагрев, индукционный нагрев, поверхностный нагрев, скин-эффект, греющий кабель, трубопровод
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Flow assurance methods for transporting heavy and waxy crude oils via pipelines without chemical additive intervention. R.K. Ratnakar, S. Pandian, H. Mary, H. Choksi. Petroleum Research, 2025, Vol. 10, P. 204–215. DOI: 10.1016/j.ptlrs.2024.07.005.
2. Santoso S.B.W., Sommeng A.N., Dianita C. The effect of heat tracing installation for wax prevention on onshore buried swampy pipelines. Jurnal Rekayasa Kimia & Lingkungan, 2024, Vol. 19, P. 81–94. DOI: 10.23955/rkl.v19i1.37754.
3. Костарев Н.А., Труфанова Н.М. Применение численного моделирования для анализа эффективности греющего кабеля при добыче высоковязкой нефти. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2023, Т. 334, № 2, С. 99–110. DOI: 10.18799/24131830/2023/2/3776.
4. Almeida N.S., Siqueira A.B. Numerical feasibility study of electric heating strategies for subsea tie-in flowlines using a 1-D mechanistic multiphase flow simulator. Energy and Power Engineering, 2018, Vol. 10 (8), P. 345–367. DOI: 10.4236/epe.2018.108022.
5. Snow-melting pavement design strategy with electric cable heating system balancing snow melting, energy conservation, and mechanical performance. X. Zhu, Q. Zhang, Z. Du, H. Wu, Y. Sun. Resources, Conservation and Recycling, 2022, Vol. 177, P. 105970. DOI: 10.1016/j.resconrec.2021.105970.
6. Joule heating of carbon fibre tapes – a low-cost approach for automated dry fibre deposition. S. Lu, P. Song, L. Harper, T. Turner. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2024, Vol. 187, P. 108498. DOI: 10.1016/j.compositesa.2024.108498.
7. Heat transfer characteristics of subsea long-distance pipeline subject to direct electrical heating. J. Yu, C. An, Q. Tang, J. Zhang, Y. Zhang. Geoenergy Science and Engineering, 2024, Vol. 234, P. 212679. DOI: 10.1016/j.geoen.2024.212679.
8. Струпинский М.Л., Хренков Н.Н., Кувалдин А.Б. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой отрасли. Вологда: Изд-во «Инфра-Инженерия», 2023. 524 с.
9. Чердынцев Е.Ф., Балабанов В.И. Альтернативная система электрообогрева протяженных трубопроводов. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 2016, № 3, С. 8–11.
10. Electrical heating technologies for flow assurance of subsea flowlines. SINTEF Energy Blog. 2025. URL: https://blog.sintef.com/sintefenergy/electrical-heating-flow-assurance-subsea-flowlines/ (дата обращения 04.02.2026).
11. Research on pipeline-type power frequency electromagnetic heating system and multi-layer winding based power regulation method. F. Zhou, L. Liu, Z. Wang, X. Tong, Y. Liu. Case Studies in Thermal Engineering, 2025, Vol. 65, P. 105525. DOI: 10.1016/j.csite.2024.105525.
12. Uniform thermal energy distribution scheme for wireless heat transfer system based on inherent topology and thermal coupling. H. Shi, C. Gan, K. Ni, Y. Chen, Y. Hu. IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, Vol. 37 (12), P. 14198–14211. DOI: 10.1109/TPEL.2022.3188499.
13. Research on the current frequency forecasting of a power supply converter for heating the oil pipeline based on gradient boosting decision tree. X. Wang, L. Wang, D. Sidorov, A. Dreglea, L. Fu. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2024, Vol. 162, P. 110259. DOI: 10.1016/j.ijepes.2024.110259.
14. Разработка математической модели электромагнитного поля и схемы замещения индукционно-резистивной системы нагрева для промышленных трубопроводов. М.А. Федин, Е.В. Качалина, А.В. Молостова и др. Промышленная энергетика, 2023, № 12, С. 2–9. DOI: 10.34831/EP.2023.85.86.001.
15. Ding L., Zhang J., Lin A. A deep-sea pipeline skin effect electric heat tracing system. Energies, 2019, Vol. 12 (13), P. 2466. DOI: 10.3390/en12132466.
16. Ding L., Zhang J., Lin A. Coupling analysis of a new skin effect electric heat tracing system for deep water heavy oil pipeline. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 2019, Vol. 115 (1), P. 1–15. DOI: 10.3233/JAE-190001.
17. Experimental and Numerical Study of an Induction Resistive Heating System of Pipelines. A.G. Shcherbinin, A.E. Terlych, V.V. Chernyaev, M.D Naumov. Russian Electrical Engineering, 2023, Vol. 94. P. 786–789. DOI: 10.3103/S1068371223110111.
18. Компьютерное моделирование технологических параметров и методов предотвращения образования гидратов. О.В. Савенок, Н.Х. Жарикова, А.Е. Верисокин, А.С. Арутюнян, М. Хадид. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2024, Т. 335, № 5, С. 202–218. DOI: 10.18799/24131830/2024/5/4366.
19. Моделирование электромагнитного поля в ферромагнитной стали при индукционном, электроконтактном и комбинированном нагреве. А.Б. Кувалдин, М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков, М.А. Федин. Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2014. Екатеринбург: УрФУ, 2014. С. 125–130.
20. Федин М.А., Качалина Е.В., Молостова А.В. Использование электромагнитного преобразователя числа фаз для питания индукционно-резистивной системы нагрева. Инновационные перспективы Донбасса: материалы 10-й Международной научно-практической конференции. Донецк, 28–30 мая 2024. Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2024. С. 42–45.
21. Минакова Н.Н., Ушаков В.Я. Теплофизические характеристики полимерных композиционных материалов с углеродными компонентами для электротехнических устройств. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2023, Т. 334, № 6, С. 134–139. DOI: 10.18799/24131830/2023/6/4290.
REFERENCES
1. Ratnakar R.K., Pandian S., Mary H., Choksi H. Flow assurance methods for transporting heavy and waxy crude oils via pipelines without chemical additive intervention. Petroleum Research, 2025, vol. 10, pp. 204–215. DOI: 10.1016/j.ptlrs.2024.07.005.
2. Santoso S.B.W., Sommeng A.N., Dianita C. The effect of heat tracing installation for wax prevention on onshore buried swampy pipelines. Jurnal Rekayasa Kimia & Lingkungan, 2024, vol. 19, pp. 81–94. DOI: 10.23955/rkl.v19i1.37754.
3. Kostarev N.A., Trufanova N.M. Numerical simulation application to analyzing heating cable efficiency during mining high viscous oil. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering, 2023, vol. 334, no. 2, pp. 99–110. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2023/2/3776.
4. Almeida N.S., Siqueira A.B. Numerical feasibility study of electric heating strategies for subsea tie-in flowlines using a 1-D mechanistic multiphase flow simulator. Energy and Power Engineering, 2018, vol. 10 (8), pp. 345–367. DOI: 10.4236/epe.2018.108022.
5. Zhu X., Zhang Q., Du Z., Wu H., Sun Y. Snow-melting pavement design strategy with electric cable heating system balancing snow melting, energy conservation, and mechanical performance. Resources, Conservation and Recycling, 2022, vol. 177, pp. 105970. DOI: 10.1016/j.resconrec.2021.105970.
6. Lu S., Song P., Harper L., Turner T. Joule heating of carbon fibre tapes – a low-cost approach for automated dry fibre deposition. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2024, vol. 187, pp. 108498. DOI: 10.1016/j.compositesa.2024.108498.
7. Yu J., An C., Tang Q., Zhang J., Zhang Y. Heat transfer characteristics of subsea long-distance pipeline subject to direct electrical heating. Geoenergy Science and Engineering, 2024, vol. 234, pp. 212679. DOI: 10.1016/j.geoen.2024.212679.
8. Strupinskij M.L., Hrenkov N.N., Kuvaldin A.V. Design and operation of electric heating systems in the oil and gas industry. Vologda, Infra-Inzheneriya publ., 2023. 524 p. (In Russ.)
9. Cherdyntsev E.F., Balabanov V.I. An alternative electric heating system for extended pipelines. Avtomatizatsiya, telemekhanizatsiya i svyaz v neftyanoy promyshlennosti, 2016, no. 3, pp. 8–11. (In Russ.)
10. Electrical heating technologies for flow assurance of subsea flowlines. SINTEF Energy Blog. 2025. Available at: https://blog.sintef.com/sintefenergy/electrical-heating-flow-assurance-subsea-flowlines/ (accessed 4 February 2026).
11. Zhou F., Liu L., Wang Z., Tong X., Liu Y. Research on pipeline-type power frequency electromagnetic heating system and multi-layer winding based power regulation method. Case Studies in Thermal Engineering, 2025, vol. 65, pp. 105525. DOI: 10.1016/j.csite.2024.105525.
12. Shi H., Gan C., Ni K., Chen Y., Hu Y. Uniform thermal energy distribution scheme for wireless heat transfer system based on inherent topology and thermal coupling. IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37 (12), pp. 14198–14211. DOI: 10.1109/TPEL.2022.3188499.
13. Wang X., Wang L., Sidorov D., Dreglea A., Fu L. Research on the current frequency forecasting of a power supply converter for heating the oil pipeline based on gradient boosting decision tree. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2024, vol. 162, pp. 110259. DOI: 10.1016/j.ijepes.2024.110259.
14. Fedin M.A., Kachalina E.V., Molostova A.V. Development of a mathematical model of the electromagnetic field and equivalent circuit for skin effect pipeline heating system. Promyshlennaya energetika, 2023, no. 12, pp. 2–9. (In Russ.) DOI: 10.34831/EP.2023.85.86.001.
15. Ding L., Zhang J., Lin A. A deep-sea pipeline skin effect electric heat tracing system. Energies, 2019, vol. 12 (13), pp. 2466. DOI: 10.3390/en12132466.
16. Ding L., Zhang J., Lin A. Coupling analysis of a new skin effect electric heat tracing system for deep water heavy oil pipeline. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 2019, vol. 115 (1), pp. 1–15. DOI: 10.3233/JAE-190001.
17. Shcherbinin A.G., Terlych A.E., Chernyaev V.V., Naumov M.D. Experimental and numerical study of an induction resistive heating system of pipelines. Russian Electrical Engineering, 2023, vol. 94. pp. 786–789. DOI: 10.3103/S1068371223110111.
18. Savenok O.V., Zharikova N.Kh., Verisokin A.E., Arutyunyan A.S., Khadid M. Computer simulation of technological parameters and methods for preventing hydrate formation. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering, 2024, vol. 335, no. 5, pp. 202–218. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2024/5/4366.
19. Kuvaldin A.B., Strupinskiy M.L., Khrenkov N.N., Fedin M.A. Modeling of the electromagnetic field in ferromagnetic steel during induction, electric contact and combined heating. Actual problems of energy-saving electrical technologies APEET-2014. Ekaterinburg, UrFU Publ., 2014. pp. 125–130. (In Russ.)
20. Fedin M.A., Kachalina E.V., Molostova A.V. Using an electromagnetic phase number converter to power an induction-resistive heating system. Innovative perspectives of Donbass. Proceedings of the 10th International Scientific and Practical Conference. Donetsk, May 28–30, 2024. Donetsk, Donetsk National Technical University Publ., 2024. pp. 42–45. (In Russ.)
21. Minakova N.N., Ushakov V.Ya. Thermophysical characteristics of polymeric composite materials with carbon components for electrical devices. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering, 2023, vol. 334, no. 6, pp. 134–139. (In Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2023/6/4290.
