هر لوله ای که سیالی را بالاتر از دمای محیط حمل می کند، گرما را از دست می دهد - به طور مداوم، به طور اجتناب ناپذیر، از طریق دیواره های خود و به محیط اطراف. در بیشتر موارد، عایق کاری این روند را به اندازه ای کند می کند که اهمیتی ندارد. در برخی موارد، اهمیت زیادی دارد: یک خط آبی که در طول شب یخ می زند، یک تاسیسات را خاموش می کند. یک ماده شیمیایی چسبناک که به زیر نقطه ریزش خود می رسد، فرآیندی را برای ساعت ها مسدود می کند. یک خط ضربه ای ابزار که یخ می زند، در بدترین لحظه ممکن خوانش های نادرست می دهد. گرمایش ردیابی الکتریکی دقیقاً برای حل این مشکلات وجود دارد - با افزودن گرمای جبرانکننده مستقیماً در امتداد سطح لوله، به طور مداوم یا در صورت تقاضا، در مقادیر دقیق مطابق با گرمای از دست رفته.
گرما از گرم به سرد جریان دارد. هر لوله ای که سیال گرمتر از هوای اطراف را حمل می کند، انرژی گرمایی را از طریق دیواره خود، از طریق هر عایق اعمال شده روی آن و در نهایت وارد جو از دست می دهد. میزان این تلفات به اختلاف دمای سیال و محیط، قطر لوله و ضخامت دیواره، نوع و ضخامت عایق، سرعت باد و دمای محیط بستگی دارد.
عایق اتلاف حرارت را کاهش می دهد اما نمی تواند آن را از بین ببرد. یک لوله خوب عایق شده در یک محیط سرد هنوز گرما را از دست می دهد - فقط آهسته تر. هنگامی که محیط به اندازه کافی سرد است، یا زمانی که سیال داخل باید به دلایل ایمنی یا فرآیندی بالاتر از دمای مشخصی بماند، عایق به تنهایی کافی نیست. چیزی باید به طور فعال جایگزین گرمای از دست رفته شود.
گرمایش ردیابی الکتریکی این مشکل را با اعمال یک منبع گرمای جبرانکننده مستقیماً روی سطح لوله حل میکند. یک کابل گرمایشی در امتداد بیرون لوله - یا در برخی پیکربندیها، در داخل آن - جریان دارد و از طریق مقاومت الکتریکی انرژی حرارتی تولید میکند. این انرژی به صورت رسانا به دیواره لوله و از آنجا به سیال منتقل می شود. با اعمال عایق حرارتی روی کابل، تلفات حرارتی به محیط به حداقل می رسد و دمای سیال در محدوده مورد نیاز باقی می ماند.
نتیجه سیستمی است که سیال را از ابتدا گرم نمی کند - فقط گرمایی را جایگزین می کند که در غیر این صورت از دست می رفت. این امر باعث می شود که گرمایش ردیابی در مقایسه با رویکردهای گرمایش حجیم از نظر انرژی بسیار کارآمد باشد، به ویژه در کاربردهایی که هدف دمای سیال متوسط است و هدف اصلی محافظت در برابر یخ زدگی یا حفظ جریان به جای افزایش دما است.
در هسته خود، گرمایش ردپای الکتریکی، انرژی الکتریکی را از طریق مقاومت به گرما تبدیل می کند - همان اصل فیزیکی که باعث گرم شدن یک سیم در هنگام عبور جریان از آن می شود. کابل گرمایش از یک یا چند عنصر رسانا تشکیل شده است که در برابر جریان الکتریسیته مقاومت می کنند و گرمای متناسب با جریان و مقدار مقاومت تولید می کنند. این گرما از طریق غلاف بیرونی کابل به بیرون و به سطح لوله که با آن تماس دارد هدایت می شود.
کابل با استفاده از نوار آلومینیومی یا گیره های اتصال به لوله ثابت می شود تا سطح تماس به حداکثر برسد و انتقال حرارت بهبود یابد. سپس عایق حرارتی روی کل مجموعه - لوله، کابل و همه - اعمال می شود تا گرمای تولید شده را به دام بیندازد و تلفات را برای محیط به حداقل برساند. یک ترموستات یا کنترل کننده الکترونیکی دمای لوله یا محیط را کنترل می کند و مدار کابل را روشن و خاموش می کند تا نقطه تنظیم دمای مورد نظر را حفظ کند.
اتصالات منبع تغذیه، جعبه های اتصال و پایانه های انتهایی مدار الکتریکی را تکمیل می کنند. در تاسیسات صنعتی، حفاظت از مدار خطای زمین استاندارد است - جریان نشتی را تشخیص میدهد و مدار را قبل از اینکه یک خطا باعث آسیب یا ایجاد خطر ایمنی شود، قطع میکند.
ما سیستم های ردیابی حرارتی برای حفاظت از لوله های صنعتی و تجهیزات برای محیطهای سخت مهندسی شدهاند - از حفاظت معمول در برابر یخ زدگی در خطوط آب گرفته تا تعمیر و نگهداری فرآیند در دمای بالا در خطوط لوله شیمیایی - با پیکربندیهای مناسب برای مناطق نصب طبقهبندیشده و غیر طبقهبندیشده.
همه کابل های گرمایشی Trace یکسان کار نمی کنند. سه نوع اصلی در کاربردهای صنعتی و تجاری استفاده می شود که هر کدام دارای ویژگی های عملکردی متمایز، الزامات نصب و موارد استفاده بهینه هستند.
کابل های خود تنظیم پرکاربردترین نوع در تاسیسات گرمایشی مدرن هستند. ویژگی تعیین کننده آنها یک هسته پلیمری رسانا است - ماتریسی از ذرات کربن که در یک ماده پلیمری جاسازی شده است - که بین دو سیم شینه موازی قرار می گیرد. هنگامی که دما کاهش می یابد، پلیمر کمی منقبض می شود، ذرات کربن به هم نزدیکتر می شوند، مقاومت کاهش می یابد و کابل گرمای بیشتری تولید می کند. هنگامی که دما افزایش می یابد، پلیمر منبسط می شود، ذرات کربن جدا می شوند، مقاومت افزایش می یابد و خروجی به طور خودکار کاهش می یابد. کابل خروجی برق خود را در پاسخ به دمای محلی تنظیم می کند - بدون هیچ کنترل کننده خارجی.
این رفتار خود محدود کننده به این معنی است که کابل های خودتنظیمی نمی توانند خود را بیش از حد گرم کنند، می توانند در میدان روی هم قرار بگیرند یا به طول بریده شوند و ذاتاً انرژی کارآمد هستند. آنها انتخاب استانداردی برای محافظت در برابر یخ زدگی در لولهکشی آب، لولههای ابزار و خطوط فرآیند عمومی هستند که در آن دمای پایینتر از 150 درجه سانتیگراد کاهش مییابد. محدودیت آنها سقف دمای بالایی است - آنها برای کاربردهای فرآیندی در دمای بسیار بالا مناسب نیستند.
کابل های وات ثابت (که کابلهای مقاومت سری یا مقاومت موازی نیز نامیده میشوند) مقدار ثابتی گرما را در واحد طول بدون توجه به دما تولید میکنند. کابلهای مقاومت سری یک عنصر مقاومتی پیوسته هستند - جریان یکسانی از کل مدار عبور میکند و خروجی را نمیتوان در میدان تغییر داد. کابلهای مقاومت موازی از یک عنصر مقاومتی استفاده میکنند که به دور دو سیم باس پیچیده شده است، که اجازه میدهد مدار به طولهای مشخصی بدون تأثیر بر خروجی در واحد طول بریده شود. هر دو نوع برای جلوگیری از گرمای بیش از حد نیاز به کنترل ترموستاتیک خارجی دارند. مزیت آنها توانایی ارائه خروجی ثابت و قابل پیش بینی در طولانی مدت و در دماهای بالاتر نسبت به کابل های خودتنظیم است.
کابل های عایق معدنی (MI) سطح کارایی بالا فناوری گرمایش ردیابی هستند. یک کابل عایق معدنی شامل یک یا چند سیم مقاومتی است که توسط پودر اکسید منیزیم فشرده در داخل یک غلاف فلزی احاطه شده است - معمولاً فولاد ضد زنگ یا اینکونل. نتیجه کابلی است که قادر به کار در دماهای تا 600 درجه سانتیگراد یا بالاتر است، با استحکام مکانیکی عالی و مقاومت در برابر حملات شیمیایی. کابلهای MI استانداردی برای ردیابی خط بخار، لولهکشی فرآیند در دمای بالا و کاربرد در محیطهای شیمیایی تهاجمی هستند که کابلهای عایقشده با پلیمر تخریب میشوند. آنها را نمی توان در مزرعه به طول برش داد و نیاز به پایانه های ساخته شده در کارخانه دارند.
| نوع کابل | حداکثر دما را حفظ کنید | برش فیلد به طول | خود محدود کننده | بهترین برای |
|---|---|---|---|---|
| خود تنظیمی | تا ~150 درجه سانتیگراد | بله | بله | حفاظت در برابر یخ زدگی، نگهداری فرآیند عمومی |
| وات ثابت (موازی) | تا 200 درجه سانتیگراد | بله (parallel type) | خیر | اجرای طولانی، خروجی ثابت، برنامه های کاربردی با دمای بالاتر |
| عایق معدنی (MI) | تا 600 درجه سانتیگراد | خیر | خیر | خطوط فرآیند با دمای بالا، محیط های تهاجمی |
گرمایش ردیابی الکتریکی در طیف وسیعی از صنایع ظاهر می شود. موضوع رایج نیاز به حفظ دمای سیال در سیستمی است که در غیر این صورت اتلاف حرارت باعث مشکلات عملیاتی، ایمنی یا کیفیت می شود.
فرآوری نفت و گاز بزرگترین مصرف کننده صنعتی سیستم های گرمایشی است. نفت خام، نفت کوره سنگین و برخی محصولات تصفیه شده بیش از حد چسبناک می شوند که به طور موثر در دمای محیط پمپاژ نمی کنند. نفت خام مومی می تواند در طول دوره های خاموشی در خطوط لوله جامد شود و قبل از بازیابی جریان نیاز به ساعت ها گرم شدن مجدد دارد. ردیابی گرمایش در خطوط انتقال، خروجی های مخزن ذخیره، و خطوط ضربه ای ابزار، این سیالات را متحرک و سیستم های اندازه گیری را در طول فرآیند تولید دقیق نگه می دارد.
کارخانه های شیمیایی و پتروشیمی از گرمایش ردیابی به طور گسترده در لولههای فرآیندی استفاده کنید که موادی را حمل میکنند که بالاتر از دمای محیط منجمد یا متبلور میشوند - گوگرد، سود سوزآور، اسید فسفریک و صدها ماده شیمیایی خاص، همگی برای پمپپذیر ماندن نیاز به دمای ثابت دارند. در مناطق خطرناک طبقه بندی شده، کابل ضد انفجار و اجزای انتهایی اجباری هستند.
زیرساخت های آب و فاضلاب هر جا که لولهها از فضاهای گرم نشده عبور میکنند، در معرض شرایط بیرونی قرار میگیرند یا در خاکهای مستعد یخ زدگی مدفون میشوند، به گرمایش ردیابی محافظت در برابر یخ متکی است. شبکه های آب شهری، خطوط آبپاش اطفاء حریق، و خطوط سنجش ابزار در محفظه های بیرونی، همگی از کاربردهای گرمایشی رایج در این بخش هستند.
تولید مواد غذایی و آشامیدنی برای حفظ دما روی خطوط حامل شکلات، روغن، شربت، سس و سایر محصولات غذایی که باید در محدوده ویسکوزیته تعریف شده در حین انتقال و فرآوری باقی بمانند، از گرمایش ردیابی استفاده می کند. ساخت کابل با درجه بهداشتی و نصب سازگار با CIP در این محیط ها مورد نیاز است.
تولید برق تاسیسات از گرمایش ردیابی برای سیستم های نفت کوره، مدارهای آب خنک کننده و ابزار دقیق در تاسیسات آب و هوای سرد استفاده می کنند. نوار نقاله های جابجایی زغال سنگ و خطوط دوغاب خاکستر در نیروگاه ها نیز اغلب به محافظت در برابر یخ زدگی در مناطق شمالی نیاز دارند.
خدمات ساختمانی و کاربردهای تجاری شامل یخ زدایی سقف و ناودان، گرم کردن کف، تعمیر و نگهداری چرخش آب گرم، و محافظت در برابر یخ زدگی برای سیستم های اسپرینکلر در فضاهای بدون قید و شرط است.
یک سیستم گرمایشی که اندازه آن کم است، نمی تواند دما را حفظ کند. اندازه بزرگ انرژی را هدر می دهد و می تواند به پوشش یا آب بندی لوله آسیب برساند. طراحی صحیح سیستم نیاز به کار بر روی چندین پارامتر وابسته به هم قبل از تعیین نوع کابل، وات و تجهیزات کنترل دارد.
دما و حداقل دمای محیط را حفظ کنید. دمای نگهداری حداقل دمای سیال است که باید در تمام شرایط عملیاتی حفظ شود. حداقل دمای محیط سردترین محیطی است که لوله تجربه خواهد کرد - اغلب در زمستان طراحی پایین برای محل نصب. تفاوت بین این دو مقدار، همراه با قطر لوله و مشخصات عایق، میزان تلفات حرارتی را تعیین می کند که سیستم گرمایش ردیابی باید جبران کند.
محاسبه تلفات حرارتی تلفات حرارتی به ازای واحد طول لوله محاسبه میشود، قطر لوله، نوع و ضخامت عایق، دمای محیط و قرار گرفتن در معرض باد محاسبه میشود. شیرها، فلنجها، تکیهگاههای لوله و سایر اتصالات گرما را سریعتر از بخشهای مستقیم لوله از دست میدهند و به طول کابل اضافی یا بخشهای خروجی بالاتر نیاز دارند. بیشتر طرحهای گرمایشی صنعتی ضریب ایمنی 1.25 تا 1.5 را روی تلفات حرارتی محاسبهشده اعمال میکنند تا حاشیه عملکرد را تضمین کنند.
کنترل انتخاب سیستم برنامههای ساده حفاظت در برابر یخ زدگی میتوانند از ترموستاتهای مکانیکی برای روشن کردن مدار زمانی که دمای محیط به زیر یک آستانه میرسد، استفاده کنند. کاربردهای نگهداری دمای فرآیند نیاز به کنترل دقیق تری دارند - کنترل کننده های الکترونیکی دما با سنسورهای RTD یا ترموکوپل که مستقیماً روی سطح لوله نصب شده اند. ما سیستم های کنترل گرمایش صنعتی از پایش دمای تک نقطه ای و چند نقطه ای با نقاط تنظیم قابل برنامه ریزی، خروجی های آلارم و ثبت داده ها برای الزامات مستندسازی فرآیند پشتیبانی می کند.
طبقه بندی منطقه خطوط لوله در تاسیسات نفت و گاز، مواد شیمیایی و پتروشیمی اغلب از مناطقی عبور می کنند که به دلیل وجود گازها یا بخارات قابل اشتعال به عنوان خطرناک طبقه بندی می شوند. اجزای گرمایش ردیابی نصب شده در این مناطق - کابل ها، جعبه های اتصال برق، ترموستات ها و جعبه های اتصال - باید برای طبقه بندی منطقه قابل اجرا تحت استانداردهای ATEX، IECEx یا کلاس/بخش آمریکای شمالی تایید شده باشند.
تاسیسات گرمایش ردیابی الکتریکی در تاسیسات صنعتی و تجاری تابع چارچوب استانداردهایی هستند که بر طراحی، نصب، آزمایش و نگهداری نظارت دارند. کار در این چارچوب اختیاری نیست - این یک پیش نیاز برای پوشش بیمه، مجوزهای عملیاتی تسهیلات و اطمینان از اینکه سیستم در طول عمر خود به طور ایمن عمل می کند، است.
IEEE 515 استاندارد اولیه حاکم بر گرمایش ردیابی مقاومت الکتریکی برای کاربردهای صنعتی است. این الزامات آزمایشی را برای کابلهای گرمایشی واجد شرایط مشخص میکند، پایهای را برای طراحی الکتریکی و حرارتی ایجاد میکند، و الزامات نصب و نگهداری را برای مناطق طبقهبندینشده و طبقهبندی مناطق خطرناک آمریکای شمالی بررسی میکند. را استاندارد IEEE برای آزمایش، طراحی، نصب و نگهداری ردیابی حرارتی مقاومت الکتریکی برای کاربردهای صنعتی مرجع معتبری برای مهندسین است که سیستمهای گرمایشی صنعتی را مشخص و تأیید میکنند.
NFPA 70 (کد ملی برق) جنبههای نصب الکتریکی سیستمهای گرمایشی در ایالات متحده را کنترل میکند - روشهای سیمکشی، حفاظت در برابر جریان اضافه، حفاظت در برابر خطای زمین، و الزامات نصب در مکانهای طبقهبندیشده خطرناک. انطباق با ماده 427 NEC (تجهیزات گرمایش الکتریکی ثابت برای خطوط لوله و کشتی ها) برای تاسیسات ایالات متحده الزامی است.
ATEX و IECEx چارچوب های گواهی اروپایی و بین المللی برای تجهیزات الکتریکی مورد استفاده در جوهای انفجاری هستند. تجهیزات گرمایش ردیابی نصب شده در مناطق خطرناک منطقه 0، 1 یا 2 تحت طبقه بندی منطقه IEC باید تحت دستورالعمل ATEX یا طرح IECEx قابل اجرا تأیید شده باشند، با محدودیت دمای غلاف تأیید شده در برابر دمای خود اشتعال ماده خطرناک موجود.
برای تأسیساتی که محصولات را به بازارهای تنظیم شده عرضه می کنند، نگهداری اسناد گواهی های آزمایش کابل، نقشه های طبقه بندی منطقه، سوابق نصب و گزارش های بازرسی دوره ای بخشی از انطباق مداوم است. انتخاب تجهیزات از تولید کنندگان دارای گواهینامه های شناخته شده به طور قابل توجهی این بار اسناد را ساده می کند.
گرمایش ردیابی چالش توزیع شده را کنترل می کند - حفظ دما در طول خط لوله یا در سطح یک کشتی. این به خودی خود یک راه حل گرمایش عمده نیست. برای کاربردهایی که همچنین به گرم کردن حجم زیادی از سیال در مخازن ذخیره، جریان های فرآیند گرمایش قبل از ورود به سیستم لوله یا رساندن تجهیزات با راه اندازی سرد تا دمای عملیاتی نیاز دارند، گرمایش ردیابی در ترکیب با سایر فناوری های گرمایش صنعتی کار می کند.
بخاری های غوطه وری نصب شده مستقیماً در مخازن ذخیره، دمای عمده روغنهای سوخت سنگین، محلولهای شیمیایی و سیالات فرآیند را حفظ میکند در حالی که گرمایش ردیابی لولههای انتقال متصل را کنترل میکند. در مکان های خطرناک - مناطق ذخیره سوخت، کارخانه های شیمیایی، سکوهای دریایی - بخاری های غوطه وری ضد انفجار برای گرمایش مخزن مناطق خطرناک ساخت و ساز تایید شده مورد نیاز برای ایمنی در محیط های طبقه بندی شده را ارائه دهید. برای کاربردهای استاندارد ذخیره سازی صنعتی، بخاری های غوطه وری فلنجی برای نگهداری دمای مخزن ذخیره سازی چگالی توان بالا را در قالب فشرده و به راحتی قابل تعمیر ارائه می دهد.
بخاری های فرآیندی گازهای گرما، مایعات و جریان های دو فازی که قبل از ورود به سیستم لوله کشی از طریق مخازن گرمایش اختصاصی جریان می یابند. آنها مرحله گرمایش اولیه هستند. گرمایش ردیابی مرحله نگهداری دما در پایین دست است. ما بخاری های فرآیند صنعتی برای کاربردهای گرمایش سیال و گاز طیف وسیعی از توان را پوشش میدهد - از بخاریهای فشرده هوای فشرده گرفته تا واحدهای ضد انفجار با ظرفیت بالا برای خدمات نفت و گاز - با پیکربندیهایی برای نصبهای درون خطی و نصبشده روی لغزش.
موثرترین سیستم های مدیریت حرارتی صنعتی، گرمایش ردیابی و گرمایش فله را به عنوان یک معماری هماهنگ به جای راه حل های جداگانه در نظر می گیرند. تطبیق ظرفیت گرمایش در هر مرحله - مخزن ذخیره سازی، بخاری فرآیند، خط انتقال، خط ضربه ای ابزار - با بار حرارتی واقعی در آن نقطه، هم عملکرد ضعیف و هم اتلاف انرژی را حذف می کند و سیستمی تولید می کند که در طیف کاملی از شرایط محیطی که تاسیسات تجربه می کند، به طور قابل اعتماد عمل کند.
