Нагревание по току
Электрообогрев , нагревательная лента или поверхностный обогрев — это система, используемая для поддержания или повышения температуры труб и сосудов с помощью кабелей обогрева. Обогрев осуществляется с помощью электрического нагревательного элемента, который находится в физическом контакте по всей длине трубы. Труба обычно покрыта теплоизоляцией для сохранения теплопотерь из трубы. Тепло, вырабатываемое элементом, затем поддерживает температуру трубы. Обогрев может использоваться для защиты труб от замерзания, для поддержания постоянной температуры потока в системах горячего водоснабжения или для поддержания температуры процесса для трубопроводов, которые должны транспортировать вещества, затвердевающие при температуре окружающей среды. Кабели электрообогрева являются альтернативой паровому обогреву, когда пар недоступен или нежелателен. [2]
Разработка
Электрический обогрев начался в 1930-х годах, но изначально не было специального оборудования. Минерально-изолированные кабели работали при высокой плотности тока для производства тепла, а контрольное оборудование было адаптировано из других приложений. [3] Минерально-изолированный резистивный нагревательный кабель был представлен в 1950-х годах, и стали доступны параллельные нагревательные кабели, которые можно было резать по длине в полевых условиях. Саморегулирующиеся термопластичные кабели были выпущены на рынок в 1971 году. [4]
Системы управления для систем обогрева, разработанные на основе термостатов с капиллярным заполнением и контакторов в 1970-х годах, до сетевых компьютеризированных систем управления в 1990-х годах в крупных системах, требующих централизованного управления и мониторинга. [5]
В одной из работ прогнозировалось, что в период с 2000 по 2010 год на сопутствующее отопление будет приходиться 100 мегаватт подключенной нагрузки, а на сопутствующее отопление и изоляцию придется потратить до 700 миллионов канадских долларов капитальных инвестиций в нефтяные 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]
Использует
Наиболее распространенные области применения обогрева труб включают в себя: [ необходима ссылка ]
- Защита от замерзания
- Поддержание температуры
- Таяние снега на подъездных путях
Другие области применения кабелей для обогрева включают: [ необходима ссылка ]
- Защита пандусов и лестниц от снега и льда
- Защита водостоков и крыш от снега и льда
- Подогрев пола
- Защита от обледенения на стыке двери и рамы
- Предотвращение запотевания окон
- Антиконденсация
- Защита пруда от замерзания
- Потепление почвы
- Предотвращение кавитации
- Уменьшение конденсации на окнах
Защита от замерзания
Каждая труба или сосуд подвержены потере тепла, когда их температура выше температуры окружающей среды. Теплоизоляция снижает скорость потери тепла, но не устраняет ее. Нагревательный элемент поддерживает температуру выше точки замерзания, уравновешивая потерю тепла поступающим теплом. Обычно термостат включается, когда он измеряет температуру, падающую ниже установленного значения температуры — обычно между 3 °C и 5 °C и часто называемую «заданным значением». Термостат отключает нагревательный элемент, когда он измеряет температуру, поднимающуюся выше другого установленного значения температуры — обычно на 2 °C выше заданного значения.
Очистка водостоков и крыш от наледи
Размещение нагревательного кабеля на крышах или в водостоках для растапливания льда в зимние месяцы. При использовании в водостоках кабель не предназначен для защиты водостоков ото льда или снега, а только для обеспечения свободного пути для стока талой воды с крыши в водосточную трубу или дренажный трубопровод.
Поддержание температуры
Также можно проследить трубопровод горячей воды, чтобы не было необходимости в циркуляционной системе для подачи горячей воды на выходах. Сочетание обогрева и правильной теплоизоляции для рабочей температуры окружающей среды поддерживает тепловой баланс, при котором теплоотдача обогрева соответствует потерям тепла из трубы. Были разработаны саморегулирующиеся или регулирующиеся нагревательные ленты, которые очень успешно применяются в этом применении.
Аналогичный принцип может быть применен к технологическим трубопроводам, транспортирующим жидкости, которые могут застывать при низких температурах, например, смолы или расплавленная сера. Элементы нагрева с высокой температурой могут предотвратить закупорку труб.
Промышленные применения для обогрева трассы варьируются 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 охлаждение трубы и материала внутри нее. Обогрев трассы также может осуществляться паром, но для этого требуется источник пара, и его установка и эксплуатация могут быть неудобны.
В лабораториях исследователи, работающие в области материаловедения, используют нагревание по следу для изотропного нагрева образца. Они могут использовать нагревание по следу в сочетании с вариаком , чтобы контролировать поставляемую тепловую энергию. Это эффективный способ медленного нагрева объекта для измерения термодинамических свойств, таких как тепловое расширение.
Цель антикавитации
Поскольку нагревание густой жидкости снижает ее вязкость, это снижает потери, происходящие в трубе. Таким образом, чистый положительный напор всасывания (разница давлений) может быть увеличен, что снижает вероятность кавитации при перекачке. Однако следует проявлять осторожность, чтобы не увеличивать давление паров жидкости слишком сильно, так как это может иметь сильный побочный эффект на имеющийся напор, возможно, перевешивающий любую выгоду. [7]
Типы
Постоянная электрическая мощность "серия"
Последовательный нагревательный кабель изготавливается из высокоомной проволоки, изолированной и часто заключенной в защитную оболочку. Он питается определенным напряжением, а сопротивление нагрева провода создает тепло. Недостатком этих типов нагревателей является то, что если они пересекаются, они могут перегреться и сгореть, они поставляются определенной длины и не могут быть укорочены в полевых условиях, также разрыв в любом месте линии приведет к выходу из строя всего кабеля. Преимуществом является то, что они, как правило, недороги (если нагреватели выполнены в пластиковом стиле) или, как это верно для нагревательных кабелей с минеральной изоляцией, они могут подвергаться воздействию очень высоких температур. Нагревательные кабели с минеральной изоляцией хороши для поддержания высоких температур на технологических линиях или поддержания более низких температур на линиях, которые могут быть очень горячими, например, высокотемпературные паропроводы.
[2]
Обычно последовательные элементы используются в длинных трубопроводах технологического нагрева, например, на длинных нефтепроводах и на причальных сторонах наливных трубопроводов на нефтеперерабатывающих заводах.
Постоянная мощность
Кабель постоянной мощности состоит из нескольких зон постоянной электрической мощности и изготавливается путем обмотки тонкого нагревательного элемента вокруг двух изолированных параллельных шинных проводов, затем на чередующихся сторонах проводников в изоляции делается надрез. Затем нагревательный элемент обычно припаивается к открытому проводнику, что создает небольшую нагревательную цепь; затем это повторяется по всей длине кабеля. Затем имеется внутренняя оболочка, которая отделяет шины от заземляющей оплетки. В коммерческих и промышленных кабелях применяется дополнительная внешняя оболочка из резины или тефлона. [2]
Преимущества этой системы по сравнению с последовательными элементами заключаются в том, что если один небольшой элемент выйдет из строя, то остальная часть системы продолжит работать, с другой стороны, поврежденные участки кабеля (обычно пролетом 3 фута) останутся холодными и, возможно, приведут к замерзанию на этом участке. Кроме того, этот кабель можно разрезать на куски на месте из-за его параллельной схемы, однако, поскольку схема проходит только до последней зоны на кабеле, при установке на месте вам обычно приходится устанавливать немного дальше конца трубопровода. При установке кабеля постоянной мощности или любого кабеля для обогрева важно не перекрывать и не касаться кабеля самим собой, так как он будет подвержен перегреву и выгоранию. Кабель постоянной мощности всегда устанавливается с термостатом для управления выходной мощностью кабеля, что делает его очень надежным источником тепла.
Недостатком этого кабеля является то, что большинство кабелей постоянной мощности не имеют паяных соединений с шинными проводами, а имеют прижимной контакт и поэтому более подвержены холодным цепям из-за неплотных соединений, возникающих при манипуляциях с кабелем и его установке.
Саморегулирующийся
Саморегулирующиеся нагревательные ленты — это кабели, сопротивление которых меняется в зависимости от температуры — низкое сопротивление для температур ниже заданной точки кабеля и высокое сопротивление для температур выше заданной точки кабеля. Когда температура кабеля достигает заданной точки, сопротивление достигает высокой точки, в результате чего больше не подается тепло.
Эти кабели используют два параллельных провода шины, которые передают электричество, но не создают значительного тепла. Они заключены в полупроводящий полимер. Этот полимер загружен углеродом; по мере нагрева полимерного элемента он пропускает меньше тока, поэтому кабель по своей сути является энергосберегающим и поставляет тепло и электроэнергию только туда и тогда, когда это требуется системе. Кабели изготавливаются, а затем облучаются, и путем изменения как содержания углерода, так и дозировки можно производить различную ленту с различными выходными характеристиками. Преимущества этого кабеля заключаются в возможности резки по длине в полевых условиях. Он более прочный и намного более надежный, чем кабель постоянной мощности; он не может перегреваться, поэтому его можно пересекать, но устанавливать ленту таким образом — плохая практика. Саморегулирующиеся и нагревательные кабели постоянной мощности имеют определенную максимальную температуру воздействия, что означает, что если они подвергаются воздействию высоких температур, то лента может быть повреждена без возможности ремонта. Кроме того, самоограничивающиеся ленты подвержены более высоким пусковым токам при холодном запуске, как и асинхронный двигатель , поэтому требуется контактор с более высоким номиналом.
Электропитание и управление
Кабели обогрева могут быть подключены к однофазным или (группами) к трехфазным источникам питания. Питание контролируется либо контактором , либо твердотельным контроллером. Для саморегулирующегося кабеля источник питания должен обеспечивать большой ток прогрева, если система включается из состояния холодного запуска. Контактор или контроллер могут включать термостат, если требуется точное поддержание температуры, или могут просто отключать систему защиты от замерзания в мягкую погоду.
Системы электрообогрева могут потребовать наличия устройств утечки на землю (замыкание на землю или УЗО ) для защиты персонала и оборудования. Конструкция системы должна минимизировать ток утечки, чтобы предотвратить ложное срабатывание; это может ограничить длину любой отдельной нагревательной цепи.
Система управления
Трехфазные системы питаются через контакторы, аналогичные пускателю трехфазного двигателя «прямой линии», который управляется термостатом где -то в линии. Это гарантирует, что температура остается постоянной, и линия не перегревается и не недогревается.
Если линия замерзла из-за отключения нагрева, то может потребоваться некоторое время для ее размораживания с помощью обогрева трассы. Такое размораживание выполняется в трехфазных системах с использованием «автотрансформатора», который подает более высокое напряжение и, следовательно, более высокий ток, и делает элементы обогрева трассы немного горячее. Система повышения температуры обычно работает на таймере и переключается обратно в «нормальный» режим через некоторое время.
Ссылки
- ^ Система Raychem XL-Trace: Руководство по установке и эксплуатации для защиты труб от замерзания и поддержания расхода (PDF) . Pentair. Март 2013 г. Архивировано из оригинала (PDF) 9 июля 2014 г. Получено 3 августа 2014 г.
- ^ abc Пол Р. Смит, ред. Справочник по проектированию и управлению объектами: коммерческие, промышленные и институциональные здания , McGraw Hill, 2001 ISBN 0-07-059323-X глава 5 страницы 5-198 по 5-201
- ^ Джеймс Билбро и др., Электрообогрев - современное состояние , статья 69 TP 20-IGA, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY AND GENERAL APPLICATIONS, июль/август 1969 г., страницы 476-480
- ^ Тед Хаммак и Стивен Куклинка, Самоограничивающийся электрический обогрев: новое решение старых проблем , Труды IEEE по отраслевым приложениям, март/апрель 1977 г.
- ^ Чет Сандберг и др., Электрообогрев: международная гармонизация сейчас и в будущем , Журнал отраслевых стандартов IEEE, май/июнь 2002 г., стр. 50-56
- ^ Дерек Брукс и др., Снижение общей стоимости владения системами электрообогрева в Северной Альберте
- ^ "NPSH упрощенный" (PDF) . Viking Pumps . Получено 15 апреля 2012 г. .
Дальнейшее чтение
- Уведомление CPSC о безопасности нагревательных лент в жилых помещениях (США)
