Технологические трубопроводы, хранилища и устройства – поддержание требуемой температуры

    1. Введение
    2. Задачи, решаемые электрокабельным обогревом с целью поддержания необходимой технологической температуры
    3. Рекомендации по применению нагревательных кабелей и терморегуляторов DEVI для поддержания технологической температуры
    4. Заключение

 

1. Введение

В химической, пищевой, нефтедобывающей промышленности и в ряде отраслей производства существуют процессы или задачи транспортирования некоторых продуктов, требующие поддержания температуры в заданном диапазоне. Чаще всего требуется подогрев продукта, транспортируемого по достаточно протяжённому трубопроводу. Даже при наличии теплоизоляции не всегда удаётся сохранить необходимую температуру на выходе. Поэтому электрокабельный обогрев, как правило, является единственным способом, обеспечивающим бесперебойный технологический процесс. Система контроля и поддержания необходимой температуры работает автоматически, выполняя совместно с нагревательными кабелями поставленные задачи транспортирования или сохранения продукта в хранилищах.

2. Задачи, решаемые электрокабельным обогревом с целью поддержания необходимой технологической температуры

2.1 Транспортирование нефти, дизтоплива и других нефтепродуктов

Дизельное топливо, в отличие от топлива для двигателей внутреннего сгорания (бензин) и авиационных реактивных двигателей (керосин), обладает одной особенностью: при низкой температуре оно загустевает, что препятствует его нормальной перекачке по трубопроводам, прохождению через фильтры и заливке в двигатели и цистерны нефтехранилищ.

В нефтедобывающей и нефтехимической промышленности трубопроводы различного диаметра и назначения зачастую дают сбои из-за высокой вязкости транспортируемых продуктов (водонефтяная эмульсия, сырая нефть, битум, мазут), приводящей к сужению проходного сечения и даже к возникновению пробок. Для транспортируемых по трубопроводам нефтепродуктов свойственна существенная зависимость вязкости от температуры. При температуре, ниже предельной температуры фильтруемости (чаще всего −11...-13 °С), возможна кристаллизация и застывание самого продукта, что неизбежно приводит к остановке транспортирования и даже к разрушению трубопровода. Кроме того, при определённых температурах возможно выпадение твердых фракций продукта. Эти проблемы характерны как для продуктов нефтеперегонки, особенно для мазута, битума, так и для сырой нефти.

Обогрев промышленных трубопроводов используется в нефтехимической, химической, газовой, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. К нагревательному кабелю предъявляются специальные требования по обеспечению безопасности для работы на таких объектах. Нагревательный кабель и все комплектующие системы обогрева должны быть сертифицированы на применение их во взрывоопасных зонах.

Кроме того, достаточно большое количество трубопроводов в нефтехимической и химической промышленности подвергаются термообработке для очистки внутренней стенки от отложений смол и парафинов (очистка перегретым паром). В связи с этим, к нагревательному кабелю, устанавливаемому на данные трубопроводы, дополнительно предъявляется требование по максимальной температуре внешнего воздействия.

Диаметр, длина и материал промышленного трубопровода может быть любым и для каждого конкретного случая применяется свой нагревательный кабель. Для того, чтобы правильно подобрать удельную мощность и температурный класс нагревательного кабеля, необходимо иметь полную информацию об объекте.

2.2 Газопроводы. Борьба с конденсатом

Кабельная электрическая система обогрева (КЭСО) применяется также на трубопроводах транспортирования газообразных продуктов (природный горючий газ и пр.). Главное назначение КЭСО в этом случае — предотвращение выпадения конденсата на внутренней стенке трубопровода при остывании газа. Когда температура стенки трубы понижается до значения ниже точки росы для перекачиваемого продукта, а температура окружающей среды достаточно низкая — из сконденсированной жидкости может выпадать твёрдая фракция. Все эти процессы затрудняют перекачку газообразного продукта вплоть до её полного прекращения из-за образования пробок. Небольшой подогрев теплоизолированной трубы восстанавливает нормальное транспортирование.

2.3 Перекачка патоки, мелассы и других продуктов в пищевой промышленности

Перекачивание патоки, или мелассы различных продуктов (свёкла, кукуруза и пр.) — это распространенная задача, в частности, в портовых терминалах. При разгрузке и загрузке судов, танкеров производится перекачивание мелассы из танкера сразу в железнодорожные цистерны, автоцистерны или наоборот. Перекачка мальтозной патоки производится по трубопроводам, снабжённым, по терминологии специалистов, «рубашкой обогрева», то есть хорошо знакомой КЭСО — системой электрокабельного обогрева. При отсутствии подогрева в холодное время года патока при транспортировке по трубопроводу загустевает и может полностью перекрыть трубу. В отличие от борьбы с промерзанием водопровода, где надо просто поддерживать температуру на одном уровне (+3...+5 °С), в технологическим процессах, подобно описываемому, часто требуется поддерживать температуру продукта в заданном температурном диапазоне. При низкой температуре продукт загустевает, а при высокой — подгорает и становится полностью непригодным к дальнейшему использованию.

2.4 Зимний транспортёр древесной щепы

Производство очень востребованного продукта — древесно-стружечных панелей — требует круглогодичной поставки древесной щепы — продукта лесозаготовительных артелей и деревообрабатывающих комбинатов. В этом процессе задействованы специальные транспортёры щепы, которая на морозе слипается в древесно-ледовые комья, непригодные к транспортировке. Задача обогрева таких транспортёров кажется на первый взгляд уникальной, но в компанию DEVI несколько раз обращались с просьбой внедрить кабельный обогрев в этот технологический процесс, что и было успешно реализовано.

2.5 Пресс для изготовления МДФ-панелей

МДФ-панели, устанавливаемые на стенах, потолках и в качестве декоративных экранов батарей и пр., — современный строительный материал, который оказался очень удобным благодаря низкой эмиссии формальдегида (в отличие от натуральной древесины и устаревших ДСП-панелей), обладающий также привлекательной декоративностью. В процессе производства МДФ-панелей применяется разогреваемая до температуры 60...70 °С пресс-плита. В этом процессе очень удобным нагревательным элементом оказался высокотемпературный фторопластовый нагревательный кабель, встраиваемый в конструкцию пресс-плиты. Кабель обеспечивает равномерный нагрев алюминиевой плиты, что имеет важное значение для успешной реализации производства.

2.6 Цистерны для хранения дизтоплива

Важным объектом применения электрокабельного обогрева оказались цистерны — хранилища дизельного топлива и других продуктов нефтедобывающей промышленности. Задача похожа на поддержание положительной температуры в емкостях — хранилищах аварийного запаса воды в системах пожаротушения аэродромов и других объектов.

Особенность зимнего обогрева дизтоплива — это поддержание температуры выше предельной температуры фильтруемости, которая различна для разных видов дизтоплива (от −4 °С до −19 °С, но чаще всего −11...-13 °С). Поэтому беспроблемная перекачка дизтоплива из цистерн обеспечивается решением стандартной задачи поддержания температуры воды на уровне немного выше 0 °С.

3. Рекомендации по применению нагревательных кабелей и терморегуляторов DEVI для поддержания технологической температуры

Кабельная электрическая система обогрева (КЭСО) включает в себя:

  • Греющую часть, состоящую из нагревательных кабелей и аксессуаров для их крепления на трубопроводе или резервуаре, непосредственно выполняющую задачу обогрева. В состав зоны обогрева должны входить также отдельные узлы трубопровода или резервуара: фланцы, вентили, опоры.
  • Распределительную сеть, обеспечивающую питание для всех элементов греющей части и проведение информационных сигналов от датчиков до щита системы управления. В состав системы входят силовые и информационные кабели, по конструкции соответствующие требованиям окружающей среды и безопасности, распределительные коробки и крепёжные элементы.
  • Систему управления, содержащую шкаф управления, специальные терморегуляторы, датчики температуры поверхности и воздуха, пускорегулирующую, коммутационную и защитную аппаратуру, соответствующую мощности системы и классу исполнения шкафа управления.

Для обогрева используются три типа нагревательных кабелей: резистивный, саморегулируемый и зональный греющий кабель (очень дорогой, применяется редко). Выбор типа кабеля зависит от характеристик обогреваемого трубопровода, резервуара или другого объекта, а также от необходимого диапазона поддержания температуры. Применение автоматического управления обогревом позволяет системе работать наиболее эффективно.

В таблице приведены технические характеристики нагревательных кабелей DEVI, наиболее часто применяемых для поддержания требуемой технологической температуры. Резистивные кабели имеют сплошной алюминиевый экран, саморегулируемые — плетёный экран из лужёной медной проволоки.

 

Наименование кабеля DEVIflex™10T DEVIflex™18T DEVI pipeguard™ 25 DEVI pipeguard™ 33
Тип резистивный резистивный саморегулируемый саморегулируемый
Напряжение питания, В 230 В~ 230 В~ 230 В~ 230 В~
Номинальная линейная мощность (для саморегулир.кабелей на воздухе, +10 °С), Вт/м 10 18 25 33
Разброс линейной теплоотдачи (воздух), Вт/м - - 25,0...32,5 30,0...39,0
Внешняя оболочка PVC 105 °C красная PVC 105 °C красная TPE красная TPE серая
Поперечный размер, мм Ø 6,9 Ø 6,9 11,8×5,5 11,8×5,5
Максимально допустимая температура (кабель включён) 75 60 65 65
Максимально допустимая температура (кабель выключен) 90 90 85 85
Минимальный диаметр изгиба по внутренней поверхности кабеля, мм 50 50 50 50
Минимальная температура монтажа, °С -5 -5 -50 -50

 

Пример укладки нагревательного кабеля на трубопровод способом «волна»

Необходимая мощность кабеля для обогрева трубопровода подбирается по таблице теплопотерь с учётом диаметра трубы, перепада температуры и толщины теплоизоляции. Для компенсации теплопотерь кабель обматывается вокруг трубы по спирали (частный вариант спирали — «волна», см. рисунок) либо прокладывается вдоль нее в одну или несколько линий.

Если труба пластиковая, она предварительно покрывается фольгой, чтобы предотвратить прямой контакт кабеля с пластиком. Затем кабель проклеивается по всей протяжённости теплостойким алюминиевым скотчем.

Поверх кабеля устанавливается теплоизоляция. В качестве теплоизоляции могут быть использованы такие материалы, как вспененный полиэтилен, пенополиуретан, минеральная вата или другие материалы, применяемые для утепления труб. Теплоизоляция трубопровода должна быть защищена от воздействия влаги, которая снижает ее эффективность.

Системы обогрева технологических трубопроводов и резервуаров — технически сложные системы для проектирования, в которых необходимо учитывать большое количество различных исходных данных: количество опор, вентилей, фланцев на трубопроводе или резервуаре, тип применяемой изоляции, наружную температуру окружающей среды, скорость ветра и многое другое. Поэтому лучше всего расчёт параметров и подбор необходимого оборудования и материалов доверить специалистам.

Монтаж нагревательного кабеля клейкой лентой

Установка теплоизоляции на трубопровод с нагревательным кабелем

Для управления КЭСО применяются щитовые терморегуляторы DEVIreg™ 330 в различных модификациях с рабочим диапазоном регулирования температуры (-10...+10) °С, (0...+40) °С, (+5...+45) °С, (+60...+160) °С и терморегулятор для наружной установки DEVIreg™ 610 с диапазоном регулирования (-10...+50) °С. Эти приборы поддерживают заданную температуру в одной точке с установленным на заводе гистерезисом.

Для большинства технологических процессов успешно применяется устойчивый к наводкам и импульсным колебаниям напряжения в сети переменного тока щитовой терморегулятор DEVIreg™ 316, поддерживающий технологическую температуру в установленном диапазоне. Нижняя граница температуры устанавливается на (-10...+5) °С , верхняя — на (-10...+50) °С. Гистерезис регулируемый: 0,2 °С...6 °С.

Обращаем ваше внимание, что профессионально спроектированная и установленная система кабельного обогрева трубопроводов и резервуаров работает полностью автономно и не требует обслуживания в холодный период эксплуатации.

4. Заключение

Применение кабельного обогрева в технологических процессах позволяет:

  • Поддержать в заданном диапазоне температуру различных жидкостей и газов, сыпучих материалов, транспортируемых по трубопроводу или в емкостях и резервуарах;
  • Защитить от промерзания магистральные трубопроводы, трубопроводы малой и средней длины;
  • Сохранить величину кинематической вязкости продукта, не допустив создания пробок и остановки трубопровода;
  • Предотвратить выпадение твердых фракций из транспортируемого продукта; увеличить скорость транспортировки продукта;
  • Запустить трубопровод, частично или полностью заполненный продуктом, после остановки;
  • Обеспечить гарантированный слив вязких продуктов из резервуара за укороченный промежуток времени;
  • Предотвратить образование конденсата на поверхности трубопроводов;
  • Поддерживать в заданном диапазоне температуру патоки (мелассы) различных продуктов в пищевой промышленности;
  • Обеспечить бесперебойную работу транспортёров различных продуктов в зимнее время года.

При обогреве трубопроводов основная решаемая задача — поддержание необходимой температуры транспортируемого продукта. Теплоизоляция предотвращает часть теплопотерь с поверхности трубопровода, но не обеспечивает защиту продукта от замерзания в холодное время года, а тем более не решает проблему поддержания необходимой технологической температуры. Обогрев трубопроводов в настоящее время осуществляется преимущественно нагревательным кабелем (резистивным, саморегулирующимся, кабелем с минеральной изоляцией), который пришел на смену обогреву паром.

Обогрев промышленных трубопроводов обычно осуществляется в условиях воздействия химически агрессивных сред или в потенциально взрывоопасных зонах. Поэтому к нагревательному кабелю предъявляются повышенные требования: кислотоустойчивая оболочка, обязательное наличие заземления, возможность работы во взрывоопасных зонах.

Помимо поддержания требуемой технологической температуры в ряде случаев решается также задача разогрева перекачиваемого продукта до температуры, требуемой в технологическом процессе.

В отдельных отраслях реализуется также «Стартовый разогрев» — разогрев технологической жидкости до температуры, при которой возможно ее перекачивание без изменения вязкости.

Итак, мы видим, что без кабельного обогрева многим современным промышленным технологиям никак не обойтись!