Системы кабельного электрообогрева в настоящее время очень востребованы в любой отрасли промышленности. Безусловно, самое простое и широко применяемое решение - это обогрев трубопроводов и резервуаров. Рассмотрим, каким образом решаются самые типичные задачи обогрева трубопроводов и поддержания температуры резервуаров, а также оборудование требуется для их решения.
Для начала давайте обозначим некоторые тезисы:
- Практически всегда при упоминании "обогрева трубопроводов" речь идет о ПОДДЕРЖАНИИ температуры трубы с продуктом, разогрев трубопровода - это совсем другая задача и решается она в основном не кабельным обогревом, в такой ситуации обычно используют погружные тены высокой мощности.
- В промышленности применяют нагревательный кабель, уложенный НА ТРУБОПРОВОДЕ, при этом теплоизоляция обязательна, иначе система не работает. Обогрев трубы изнутри в промышленных решениях не применяется.
- Нельзя обогревать трубу с минимумом теплоизоляции, как нельзя и бесконечно увеличивать толщину теплоизоляции для исключения теплопотерь. Тепловые потери всегда существуют, необходимо рассчитать баланс между мощностью обогрева и толщиной теплоизоляции для создания оптимальной системы, в том числе и с финансовой точки зрения. Обогрев должен быть оправдан, лишние затраты необходимо исключить.
- Для оптимального решения необходимо произвести теплотехнический расчет, для чего заказчик должен максимально подробно заполнить опросный лист для расчета системы обогрева трубопровода или резервуара.
- Правильный подбор теплоизоляции - половина успеха. Предпочтение отдается материалам с закрытыми порами, не впитывающими влагу, например, на основе вспененного каучука, но на горячих трубах можно использовать и классические решения - минеральная вата, базальт. Теплоизоляция всегда должна быть сухой - иначе результатом электрообогрева будет исключительно расход электроэнергии.
В промышленности задача обогрева трубопроводов (и резервуаров) делится на несколько решений. Стандартная ситуация - поддержание положительной температуры на трубах с водой.
Поддержание положительной температуры на трубах с водой
Поддержание положительной температуры может требоваться для любого трубопровода, где продуктом является вода - обычного водопровода, канализации, пожарного водовода. Также по схеме незамерзания обогреваются газопроводы - газ может содержать в себе определенное количество воды (влажность), эта вода конденсируется на стенках газопровода при транспортировке газа, и ее может быть значительное количество, в низких участках трубы она может заполнять практически весь объем газопровода, а ее замерзание может привести к разрыву газопровода и страшной аварии.
Для поддержания положительной (+2-+5 °С) температуры трубы используются низкотемпературные нагревательные кабели, если рассматривать их с точки зрения маркировки взрывозащиты по температуре, они относятся к температурной группе Т6 - максимальная рабочая температура +65°С, макс. температура внешней нагрузки - 85 °С.
В зависимости от того, является ли зона, по которой проходит трубопровод, взрывоопасной, применяется кабель либо взрывозащищенный, либо в бытовом исполнении. Также, в зависимости от того, нужна ли кабелю химическая стойкость, используются разные оболочки - полиолефин или термопластичный эластомер для обычных условий и оболочка из фторопласта для химически агрессивных сред.
Наша компания производит несколько типов низкотемпературного саморегулирующегося кабеля для поддержания положительной температуры трубопроводов (водопроводов) в разных оболочках, все кабели имеют сертификат взрывозащиты:
Серия SXLL - самый бюджетный вариант обогрева, отлично зарекомендовал себя как при обогреве кровли, так и на промышленных объектах, имеет сертификат взрывозащиты, работает на промышленных и строительных объектах вот уже 15 лет. Всегда в наличии (!!!), поддерживаем постоянно на складе линейку мощностей 16,20,24,30,40 вт/м, производится в оболочке из термопластичного эластомера (-CR), поэтому, к сожалению, не годится для использования на объектах с химически агрессивной средой.
Серия HXTR2-CR - промышленная серия саморегулирующегося низкотемпературного кабеля с оболочкой из термопластичного эластомера (-CR), выпускается номиналами 17,25,31,45,60 вт/м, поставляется на заказ.
Серия HXTR2-CT - промышленная серия саморегулирующегося низкотемпературного кабеля с оболочкой из фторополимера (-CT) для химически агрессивных сред, выпускается номиналами 17,25,31,45,60 вт/м, поставляется на заказ.
Поддержание необходимой технологической температуры продукта.
Вторая задача обогрева труб (и резервуаров) в промышленности - это поддержание необходимой технологической температуры продукта. Это может быть связано с нормами текучести, с химическим состоянием вещества, с загустением при понижении температуры и т.д., сколько веществ - столько и задач, поддержание технологической температуры может требоваться в любом виде промышленности - от нефтехимической до кондитерской.
При выборе кабеля для решения этой задачи появляются некоторые особенности. Прежде всего необходимо указать две важнейшие характеристики кабеля (кроме мощности и материала оболочки конечно) - к низкотемпературным кабелям для водопровода это тоже относится - а именно рабочая температура кабеля и температура, которую он выдерживает в выключенном состоянии (температура внешнего воздействия).
Серия SXLL - низкотемпературный (65°С - максимальная рабочая температура, 85°С - максимальная температура внешнего воздействия), выпускается мощностью 16,20,24,30,40 вт/м, складская программа, имеет сертификат взрывозащиты.
Серия HXTR - низкотемпературный (65°С - максимальная рабочая температура, 85°С - максимальная температура внешнего воздействия) выпускается мощностью 17,25,31,45,60 вт/м, на заказ, имеет сертификат взрывозащиты.
Серия HXTP - среднетемпературный (110°С - максимальная рабочая температура, 135°С - максимальная температура внешнего воздействия), 17,25,31,45,60 вт/м, на заказ, имеет сертификат взрывозащиты
Серия HXTS - среднетемпературный (150°С - максимальная рабочая температура, 220°С - максимальная температура внешнего воздействия), 15,25,30,38,45,60 вт/м, на заказ, имеет сертификат взрывозащиты
Серия HXTU - высокотемпературный (190°С - максимальная рабочая температура, 250°С - максимальная температура внешнего воздействия) 15,30,45,60,80,95 Вт/м, на заказ, имеет сертификат взрывозащиты
Что означают эти температурные характеристики? Существует масса заблуждений, основанных на значениях этих температур, давайте внесем ясность:
Рабочая температура кабеля - это та максимальная температура, которой САМОРЕГУЛИРУЮЩИЙСЯ КАБЕЛЬ может достигнуть при благоприятных условиях, выше нее он не нагреется, именно на этом построена сертификацию взрывозащиты по температурным классам. Это не значит, что он нагреется до 65°С - такого может вообще не произойти, не стоит на это рассчитывать.
Температура кабеля, который лежит на трубе, находится с ней в хорошем контакте и термодинамическом равновесии, будет на 5-8°С град выше температуры трубы. Неверно использовать температуру кабеля для оценки его работы - наоборот, если кабель горячий, значит, он плохо прилегает к трубе и греет не трубу, а только себя. Любой саморегулирующийся кабель имеет график, на котором отображена его мощность в зависимости от температуры окружающей среды.
Номинальная мощность такого кабеля - то, что написано в каталоге и на нем самом - это мощность, когда кабель находится в плотном контакте с холодной металлической трубой на воздухе при температуре +10 град °С. Если нам необходимо поддержание температуры на трубе +50 °С, необходимо посмотреть график и понять, какая мощность выбранного вами кабеля будет выделяться при этой температуре, возможно, это будет всего несколько ВТ).
Максимальная температура внешнего воздействия - это та максимальная температура, которую может выдержать оболочка кабеля при условии, что сам кабель выключен. На промышленных трубопроводах, особенно в нефте-газовой отрасли, часто используется пропарка - для очистки трубопровода изнутри используется продувка трубы перегретым водяным паром под давлением - температура может достигать 200°С, необходимо, чтобы кабель на таких трубах имел достаточную термостойкость.
Как правильно выбрать кабель для своей технической задачи? Конечно, прежде всего необходимо выполнить теплотехнический расчет. А для этого необходимо заполнить наш опросный лист - для резервуара или трубопровода отдельно.
Какие моменты нужно учесть при заполнении опросного листа?
- Материал, толщина стенок трубы, диаметр - необходимо
- Теплоизоляция - толщина и материал - обязательно
- Минимальные температуры - обязательно
- Существует ли пропарка - очень важный аспект, влияет на термостойкость кабеля
Именно по этой температуре подбираются автоматы защиты в шкафу управления, и если заказчик спроектировал систему, написав минимальной температурой +5 °С, а необходимо осуществить запуск при - 40 °С, это не случится, автоматика не пропустит такой колоссальный стартовый ток. Поэтому минимальная температура включения очень важна и напрямую влияет на стоимость щитов управления системой.
Максимальная температура продукта - нужно отнестись серьезно к этому параметру. Некоторые продукты не допускают перегрева и разлагаются или теряют свои свойства при определенной температуре, поэтому мы должны заранее знать, какие температуры на трубе допустимы, какие - нет.
Все указанные выше кабели саморегулирующиеся.
Преимущества саморегулирующегося кабеля:
- можно резать на объекте прямо с барабана отрезки нужной длины
- кабель не перегревается и не перегорает, даже при самопересечении
- удобен при обогреве сложного оборудования, где без самопересечения невозможно
- удобен при ремонте - достаточно заменить аварийный участок кабеля
Саморегулирующийся кабель не обладает интеллектом и не знает необходимую температуру поддержания, поэтому встает вопрос контроля за обогревом. Нужен ли вообще такой контроль? Да, в большинстве случаев нужен.
При теплотехническом расчете обогрева трубопровода также выдается максимальная температура трубы при включенной нагрузке - это гипотетические данные аварийного включения обогрева, вообще максимальная возможная температура продукта. Если эта температура не влияет на качество продукта и не приносит вреда - можно не использовать систему контроля (при использовании саморегулирующегося кабеля), разумеется, расход энергии в данном случае будет повышенным, тем не менее, бывают ситуации, когда проще обойтись простым решением.
Если продукт имеет ограничение по температуре транспортировки - контроль обязателен. Также нет смысла перегревать трубопроводы - экономия должна быть экономной.
Саморегулирующийся кабель имеет недостатки, и основной недостаток - это ограничение максимальной длины.
Недостатки саморегулирующегося кабеля:
Саморегулирующийся кабель - нагревательный элемент параллельного типа. Он состоит из двух токоведущих жил, пространство между которыми заполнено полимером с содержанием углерода, который и является тем самым нагревательным элементом, который меняет свое сопротивление( и мощность) в зависимости от состояния окружающей среды. Мы можем отрезать любой кусочек такого кабеля - он будет работать, нагреваться, хоть 10 см, хоть 1 метр.
Но как это будем выглядеть на практике? В таком кабеле жилы - это токопроводящий элемент, они не нагреваются. Сечение их обычно 1,2-1,3 кв.мм. Берем саморегулирующийся кабель мощностью 60 вт/м (предположим), отрезаем 100 метров. 60*100 = 6000 вт, 26А. А жилы у нас выдерживают 1,3*10=13А. И это мы еще стартовый ток не учли.
Секции из саморегулирующегося кабеля имеют ограничение по длине, чем выше мощность, тем короче секция. Поэтому саморегулирующийся кабель обычно применяют либо для обогрева небольших участков трубопровода, либо сложных узлов, либо разветвленной сети труб, находящихся рядом друг от друга, при наличии питания в любом месте конструкции.
Почему нельзя использовать такой кабель для обогрева длинного трубопровода? Теоретически его можно использовать. Но сразу встает вопрос питания системы - если вдоль трубы повсеместно есть электропитание - вопросов не возникает. Такое может быть на заводе, на насосной станции. Но, если трубопровод пролегает просто в открытой местности - скажем, 1000 м из пункта А до пункта Б - то нам придется вдоль трубопровода пустить электрокабель, который будет питать наши нагревательные секции, расположенные на трубе. Стоимость такой инсталяции будет в несколько раз дороже самого обогрева, поэтому такие конструкции практически не применяются. Удел саморегулирующегося кабеля - трубопроводы до 200 метров, разветвленные конструкции труб, сложные краны/вентили/задвижки/насосы.
А как обогревать протяженные трубопроводы? Подробнее здесь
