Трассировочное отопление

Электрический обогрев , нагревательная лента или поверхностный обогрев — это система, используемая для поддержания или повышения температуры труб и сосудов с помощью кабелей обогрева. Электрообогрев представляет собой электрический нагревательный элемент , расположенный в физическом контакте по длине трубы. Трубу обычно покрывают теплоизоляцией , чтобы сохранить потери тепла из трубы. Тепло, выделяемое элементом, поддерживает температуру трубы. Электрообогрев может использоваться для защиты труб от замерзания, для поддержания постоянной температуры подачи в системах горячего водоснабжения или для поддержания технологических температур в трубопроводах, которые должны транспортировать вещества, затвердевающие при температуре окружающей среды. Электрические нагревательные кабели являются альтернативой паровому обогреву там, где пар недоступен или нежелателен. ^{[ 2 ]}

Разработка

Электрический обогрев начался в 1930-х годах, но первоначально специального оборудования не было. Кабели с минеральной изоляцией работали при высокой плотности тока для выделения тепла, а оборудование управления было адаптировано из других приложений. ^{[ 3 ]} Резистивный нагревательный кабель с минеральной изоляцией был представлен в 1950-х годах, и стали доступны нагревательные кабели параллельного типа, которые можно было обрезать до нужной длины в полевых условиях. Саморегулирующиеся кабели из термопластика появились на рынке в 1971 году. ^{[ 4 ]}

Системы управления системами электрообогрева, разработанные от термостатов и контакторов с капиллярной лампой в 1970-х годах до сетевых компьютеризированных средств управления в 1990-х годах, в больших системах, требующих централизованного управления и мониторинга. ^{[ 5 ]}

В одном из документов прогнозировалось, что в период с 2000 по 2010 год на систему электрообогрева будет приходиться 100 мегаватт подключенной нагрузки, а на систему электрообогрева и изоляции потребуется до 700 миллионов канадских долларов в капиталовложения в нефтеносные пески Альберты. ^{[ 6 ]}

Международные стандарты, применяемые при проектировании и установке систем электрообогрева, включают стандарты IEEE 515 и 622, британский стандарт BS 6351 и стандарт IEC 60208. ^{[ 5 ]}

Использование

Наиболее распространенные области применения трассового обогрева труб включают в себя: ^{[ нужна ссылка ]}

Защита от замерзания
Поддержание температуры
Таяние снега на подъездных дорогах

Другие области применения нагревательных кабелей включают: ^{[ нужна ссылка ]}

Защита пандусов и лестниц от снега/обледенения
Защита от снега/обледенения водосточных желобов и крыш
Пол с подогревом
Защита от обледенения интерфейса двери/рамы
Запотевание окон
Антиконденсационная
Защита пруда от замерзания
Потепление почвы
Предотвращение кавитации
Уменьшение конденсата в Windows

Защита от замерзания

Любая труба или сосуд подвержены тепловым потерям, когда их температура превышает температуру окружающей среды. Теплоизоляция снижает скорость теплопотерь, но не устраняет ее. Система обогрева поддерживает температуру выше точки замерзания, балансируя потери тепла с подачей тепла. Обычно термостат используется для включения питания, когда он измеряет температуру, падающую ниже заданного значения температуры - обычно между 3 ° C и 5 ° C, что часто называют «заданным значением». Термостат обесточивает систему сопутствующего обогрева, когда измеряет температуру, превышающую другое установленное значение температуры – обычно на 2 °C выше заданного значения.

Противообледенительная обработка водосточных желобов и кровли

Размещение теплового кабеля на крышах или в желобах для растапливания льда в зимние месяцы. При использовании в желобах кабель не предназначен для защиты желобов от льда или снега, а только для обеспечения свободного пути для талой воды, стекающей с крыши в водосточную трубу или водосточный трубопровод.

Поддержание температуры

Также можно проследить трубопроводы горячего водоснабжения, поэтому для подачи горячей воды на розетки не требуется циркуляционная система. Сочетание системы сопутствующего обогрева и правильной теплоизоляции в соответствии с рабочей температурой окружающей среды обеспечивает тепловой баланс, при котором теплоотдача от системы сопутствующего обогрева соответствует потерям тепла из трубы. Были разработаны саморегулирующиеся или регулирующие нагревательные ленты, которые очень успешно применяются в этом применении.

Аналогичный принцип можно применить к технологическим трубопроводам, транспортирующим жидкости, которые могут замерзать при низких температурах, например, смолы или расплавленную серу. Нагревательные элементы высокой температуры могут предотвратить засорение труб.

Промышленное применение электронагревателей варьируется от химической промышленности , нефтеперерабатывающих заводов , атомных электростанций , пищевых фабрик. Например, воск — это материал, который начинает затвердевать при температуре ниже 70 °C, что обычно намного выше температуры окружающего воздуха. Поэтому трубопровод должен быть снабжен внешним источником тепла, чтобы предотвратить остывание трубы и материала внутри нее. Обогрев также можно осуществлять с помощью пара, но для этого требуется источник пара и может быть неудобно в установке и эксплуатации.

В лабораториях исследователи, работающие в области материаловедения, используют следящий нагрев для изотропного нагрева образца. Они могут использовать сопутствующий нагрев в сочетании с вариаком , чтобы контролировать подаваемую тепловую энергию. Это эффективный способ медленного нагрева объекта для измерения термодинамических свойств, таких как тепловое расширение.

Антикавитационное назначение

Поскольку нагрев густой жидкости снижает ее вязкость, это снижает потери, возникающие в трубе. Таким образом, чистая положительная высота всасывания (перепад давления) может быть увеличена, что снижает вероятность кавитации при перекачке. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы не увеличивать слишком сильно давление паров жидкости, поскольку это будет иметь сильный побочный эффект на имеющийся напор, возможно, перевешивающий любую выгоду. ^{[ 7 ]}

Типы

Постоянная электрическая мощность «серия»

Последовательный нагревательный кабель состоит из провода с высоким сопротивлением, изолированного и часто заключенного в защитную оболочку. Он питается при определенном напряжении, и тепло сопротивления провода создает тепло. Недостатком этих типов нагревателей является то, что при их перекрещивании они могут перегреться и перегореть, они предусмотрены определенной длины и не могут быть укорочены в полевых условиях, а также обрыв в любом месте линии приведет к выходу из строя весь кабель. Положительным моментом является то, что они, как правило, недороги (если нагреватели выполнены из пластика) или, как и в случае с нагревательными кабелями с минеральной изоляцией, они могут подвергаться воздействию очень высоких температур. Нагревательные кабели с минеральной изоляцией хороши для поддержания высоких температур в технологических линиях или поддержания более низких температур в линиях, которые могут сильно нагреваться, например, в паропроводах с высокой температурой.

^{[ 2 ]}

Обычно серийные элементы используются при технологическом обогреве длинных трубопроводов, например, длинных нефтепроводов и наливных труб на нефтеперерабатывающих заводах.

Постоянная мощность

Кабель постоянной мощности состоит из нескольких зон постоянной электрической мощности и изготавливается путем наматывания тонкого нагревательного элемента вокруг двух изолированных параллельных шинных проводов, а затем на чередующихся сторонах проводников в изоляции делаются надрезы. Затем нагревательный элемент обычно припаивается к оголенному проводу, что создает небольшой контур нагрева; Затем это повторяется по всей длине кабеля. Затем имеется внутренняя оболочка, которая отделяет провода шины от заземляющей оплетки. В коммерческих и промышленных кабелях применяется дополнительная внешняя оболочка из резины или тефлона. ^{[ 2 ]}

Преимущество этой системы перед последовательными элементами заключается в том, что в случае выхода из строя одного небольшого элемента остальная часть системы продолжит работать, с другой стороны, поврежденные участки кабеля (обычно пролетом 3 фута) останутся холодными и, возможно, приведут к замерзанию сети. указанный раздел. Кроме того, этот кабель можно обрезать на месте благодаря параллельной схеме, однако, поскольку цепь проходит только до последней зоны кабеля, при установке на месте обычно приходится прокладывать немного дальше конца кабеля. работа с трубами. При установке кабеля постоянной мощности или любого обогревательного кабеля важно не перекрывать и не касаться кабеля, так как он будет подвержен перегреву и перегоранию. Кабель постоянной мощности всегда устанавливается с термостатом для контроля выходной мощности кабеля, что делает его очень надежным источником тепла.

Недостаток этого кабеля заключается в том, что большинство кабелей постоянной мощности не имеют паяных соединений с проводами шины, а прижимаются к типовому контакту и, следовательно, более склонны к образованию холодных цепей из-за ослабленных соединений, вызванных манипуляциями с кабелем и его установкой.

Саморегулирующийся

Саморегулирующиеся ленты электрообогрева представляют собой кабели, сопротивление которых меняется в зависимости от температуры: низкое сопротивление при температурах ниже заданного значения кабеля и высокое сопротивление при температурах выше заданного значения кабеля. Когда температура кабеля достигает заданного значения, сопротивление достигает высокой точки, в результате чего подача тепла прекращается.

В этих кабелях используются два параллельных провода шины, которые передают электричество, но не выделяют значительного тепла. Они заключены в полупроводниковый полимер. Этот полимер насыщен углеродом; поскольку полимерный элемент нагревается, он пропускает меньший ток, поэтому кабель по своей сути является энергосберегающим и передает тепло и мощность только там и тогда, когда это необходимо системе. Кабели производятся, а затем подвергаются облучению, и, варьируя как содержание углерода, так и его дозировку, можно производить разные ленты с разными выходными характеристиками. Преимуществом этого кабеля является возможность обрезать его до нужной длины в полевых условиях. Он более прочный и гораздо более надежный, чем кабель постоянной мощности; он не может перегреться, поэтому его можно перекрещивать, но устанавливать ленту таким образом — плохая практика. Саморегулирующиеся нагревательные кабели постоянной мощности имеют определенную максимальную температуру воздействия, а это означает, что если они подвергаются воздействию высоких температур, лента может быть повреждена и не подлежит ремонту. Кроме того, саморегулирующиеся ленты подвержены более высоким пусковым токам при холодном запуске, аналогично асинхронный двигатель , поэтому требуется контактор с более высоким номиналом.

Электропитание и управление

Трассировочные кабели могут быть подключены к однофазным или (группами) к трехфазным источникам питания. Питание контролируется контактором или полупроводниковым контроллером. Для саморегулирующегося кабеля источник питания должен обеспечивать большой ток прогрева, если система включается из состояния холодного запуска. Контактор или контроллер может включать термостат, если требуется точное поддержание температуры, или может просто отключать систему защиты от замерзания в мягкую погоду.

Системы электрообогрева могут потребовать наличия устройств утечки на землю (УЗО ) для защиты персонала и оборудования. Конструкция системы должна минимизировать ток утечки, чтобы предотвратить нежелательные отключения; это может ограничить длину любого отдельного контура отопления.

Система управления

Трехфазные системы питаются через контакторы, аналогичные пускателю трехфазного двигателя «прямого включения», который контролируется термостатом где -то в линии. Это гарантирует поддержание постоянной температуры и отсутствие перегрева или недогрева линии.

Если линия замерзла из-за отключения обогрева, то ее оттаивание с использованием электрообогрева может занять некоторое время. Это оттаивание осуществляется в трехфазных системах с использованием «автотрансформатора», который обеспечивает более высокое напряжение и, следовательно, более высокий ток, а также делает нагревательные элементы немного более горячими. Система повышения обычно работает по таймеру и через некоторое время переключается обратно в «нормальный» режим.

Ссылки

^ Система Raychem XL-Trace: Руководство по установке и эксплуатации для защиты труб от замерзания и поддержания расхода (PDF) . Пентер. Март 2013 г. Архивировано из оригинала (PDF) 9 июля 2014 г. . Проверено 3 августа 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Пол Р. Смит, изд. Справочник по проектированию и управлению объектами: коммерческие, промышленные и институциональные здания , McGraw Hill, 2001 г. ISBN 0-07-059323-X , глава 5, страницы с 5-198 по 5-201.
^ Джеймс Билбро и др., Электрический следящий нагрев - современное состояние , Документ 69 TP 20-IGA, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY AND GENERAL APPLICATIONs, ИЮЛЬ/АВГУСТ 1969 г., страницы 476-480
^ Тед Хамак и Стивен Куклинка, Самоограничивающийся электрический обогрев: новое решение старых проблем , Транзакции IEEE в промышленных приложениях, март / апрель 1977 г.
^ Jump up to: ^а ^б Чет Сэндберг и др., Электрообогрев: международная гармонизация сейчас и в будущем , журнал IEEE Industry Standards Magazine, май/июнь 2002 г., страницы 50–56.
^ Дерек Брукс и др., Снижение общей стоимости владения системами электрообогрева в Северной Альберте.
^ «НПШ упрощенный» (PDF) . Насосы Викинг . Проверено 15 апреля 2012 г.

Дальнейшее чтение

Уведомление CPSC о безопасности тепловых лент в жилых помещениях (США)

[1] Система Raychem XL-Trace: Руководство по установке и эксплуатации для защиты труб от замерзания и поддержания расхода (PDF) . Пентер. Март 2013 г. Архивировано из оригинала (PDF) 9 июля 2014 г. . Проверено 3 августа 2014 г.

[Smith2001-2] Jump up to: ^а ^б ^с Пол Р. Смит, изд. Справочник по проектированию и управлению объектами: коммерческие, промышленные и институциональные здания , McGraw Hill, 2001 г. ISBN 0-07-059323-X , глава 5, страницы с 5-198 по 5-201.

[Bilbro69-3] Джеймс Билбро и др., Электрический следящий нагрев - современное состояние , Документ 69 TP 20-IGA, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY AND GENERAL APPLICATIONs, ИЮЛЬ/АВГУСТ 1969 г., страницы 476-480

[4] Тед Хамак и Стивен Куклинка, Самоограничивающийся электрический обогрев: новое решение старых проблем , Транзакции IEEE в промышленных приложениях, март / апрель 1977 г.

[Sandberg02-5] Jump up to: ^а ^б Чет Сэндберг и др., Электрообогрев: международная гармонизация сейчас и в будущем , журнал IEEE Industry Standards Magazine, май/июнь 2002 г., страницы 50–56.

[6] Дерек Брукс и др., Снижение общей стоимости владения системами электрообогрева в Северной Альберте.

[viking-7] «НПШ упрощенный» (PDF) . Насосы Викинг . Проверено 15 апреля 2012 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]