یخ زدن لوله ها فقط یک ناراحتی زمستانی نیست - در تاسیسات صنعتی، یک خط منجمد می تواند کل فرآیند تولید را متوقف کند، به تجهیزات آسیب برساند و خطرات ایمنی ایجاد کند که رفع آنها روزها طول می کشد. ردیابی گرما مستقیماً با اعمال یک منبع کنترل شده از گرمای خارجی در طول لوله و حفظ سیال داخل در دمای مورد نظر بدون توجه به شرایط محیط، این موضوع را برطرف می کند.
اصل ساده است: یک عنصر گرمایش به موازات لوله اجرا می شود - یا دور آن می پیچد و با عایق حرارتی پوشانده می شود تا از دست دادن گرما به حداقل برسد. ترکیبی از ورودی گرمای فعال و عایق غیرفعال سطح لوله و محتویات آن را در یک پنجره دمایی مشخص نگه میدارد. بسته به کاربرد، این پنجره ممکن است کمی بالاتر از 0 درجه سانتیگراد برای محافظت در برابر یخ زدگی یا بسیار بالاتر از 100 درجه سانتیگراد برای حفظ ویسکوزیته جریان روغن های سنگین، قیر یا گوگرد مذاب باشد.
سه نیاز عملیاتی متمایز باعث پذیرش ردیابی حرارتی در تنظیمات صنعتی می شود. محافظت در برابر یخ زدگی رایج ترین است - آب، خطوط ابزار و سیالات فرآیند باید بالاتر از نقطه انجماد خود در طول خاموشی هوای سرد یا دوره های کم جریان باقی بمانند. نگهداری دما به سیالاتی می پردازد که باید در محدوده خاصی باقی بمانند تا قابل پمپاژ یا پایداری شیمیایی باشند. نفت خام چسبناک، هیدروکربن های موم ساز و برخی مواد شیمیایی همگی در این دسته قرار می گیرند. کنترل دمای فرآیند فراتر می رود و از گرمایش ردیابی به عنوان یک ابزار دقیق برای نگهداری یک سیال در شرایط عملیاتی دقیق استفاده می کند - که در تولید دارو، پردازش مواد غذایی و تولید مواد شیمیایی خاص بسیار مهم است.
کاوش کنید خط تولید کامل ردیابی حرارتی برای لوله کشی صنعتی برای درک طیف وسیعی از انواع کابل و لوازم جانبی موجود برای هر لایه کاربردی.
دو فناوری اساساً متفاوت بر ردیابی حرارت لوله های صنعتی غالب هستند: سیستم های مبتنی بر سیال (عمدتاً ردیابی بخار) و ردیابی حرارتی مقاومت الکتریکی. هر دو میتوانند به یک نتیجه نهایی دست یابند، اما از نظر پیچیدگی نصب، هزینه عملیاتی، قابلیت کنترل و مناسب بودن برای محیطهای مختلف کارخانه تفاوت عمدهای دارند.
ردیابی بخار برای چندین دهه انتخاب پیش فرض در تنظیمات پتروشیمی و پالایشگاه بوده است، عمدتاً به این دلیل که زیرساخت بخار از قبل وجود داشته است. یک لوله بخار با سوراخ کوچک در کنار لوله فرآیند اجرا می شود و گرما را از طریق تماس و میعان منتقل می کند. این سیستم به هیچ منبع برقی در لوله نیاز ندارد و گرمای نهان بالای بخار آن را برای کاربردهای با بار گرما بالا موثر می کند. با این حال، اشکالات قابل توجه است: سیستمهای بخار به زیرساخت برگشت میعانات نیاز دارند، کنترل دقیق آن دشوار است، و خطر بالاتری از گرمای بیش از حد محصولات حساس را به همراه دارند. هزینه های نگهداری از خرابی تله بخار، خوردگی میعانات و تخریب عایق انباشته می شود.
ردیابی گرمای الکتریکی در سهم فزایندهای از پروژهها و مقاومسازیهای جدید، بخار را جایگزین کرده است. نصب ساده تر است - بدون خطوط تامین بخار، بدون برگشت میعانات، بدون نگهداری تله. کنترل دما بسیار دقیقتر است، با کنترلکنندههای مدرن که میتوانند دمای لوله را در محدوده ± 1-2 درجه سانتیگراد از نقطه تنظیم نگه دارند. مصرف انرژی نیز در بیشتر کاربردها کمتر است، زیرا سیستم های الکتریکی تنها در صورت نیاز به جای گردش مداوم بخار گرم می شوند. برای تأسیسات بدون زیرساخت بخار موجود، ردیابی الکتریکی تقریباً همیشه انتخاب مقرون به صرفهتر از روز اول است.
| عامل | ردیابی حرارت الکتریکی | ردیابی حرارت بخار |
|---|---|---|
| پیچیدگی نصب | کم - کابل، عایق، کنترلر | بالا - لوله کشی، تله، برگشت میعانات |
| دقت کنترل دما | ± 1-2 درجه سانتیگراد با کنترل کننده الکترونیکی | محدود، به فشار بخار بستگی دارد |
| هزینه عملیاتی | کم - فقط در صورت نیاز انرژی دارد | بالاتر - گردش بخار مداوم |
| الزامات نگهداری | کم - بازرسی دوره ای | بالا - شکست تله، خوردگی میعانات |
| حداکثر قابلیت دما | تا 650 درجه سانتیگراد (کابل MI) | به طور معمول توسط فشار منبع بخار محدود می شود |
| بهترین مناسب برای | پروژه های جدید، نیازهای دمایی دقیق | تاسیسات با زیرساخت بخار موجود |
کابلهای ردیابی گرمای الکتریکی یک محصول واحد نیستند - آنها طیفی از طرحها را در بر میگیرند که در نحوه تولید و توزیع گرما، حداکثر دمای قرار گرفتن در معرض آنها و نحوه واکنش آنها به شرایط متغیر لوله متفاوت است. انتخاب نوع کابل مناسب، مهمترین تصمیم تعیین مشخصات در هر پروژه ردیابی حرارتی است.
کابل های خود تنظیم شونده (خود محدود شونده). پرکاربردترین نوع برای محافظت در برابر یخ زدگی و نگهداری دمای پایین تا متوسط هستند. مشخصه تعیین کننده آنها یک هسته پلیمری رسانا است که به طور خودکار گرمای خروجی را در پاسخ به دمای لوله تنظیم می کند: با گرم شدن لوله، مقاومت هسته افزایش می یابد و توان خروجی کاهش می یابد. با سرد شدن لوله، مقاومت کاهش می یابد و خروجی افزایش می یابد. این خودتنظیمی از گرمای بیش از حد جلوگیری میکند و اجازه میدهد تا کابلها بدون خطر فرسودگی همپوشانی داشته باشند - یک مزیت نصب قابل توجه در هندسههای پیچیده لوله. دمای نوردهی مداوم معمولی از 65 درجه سانتیگراد تا 120 درجه سانتیگراد بسته به درجه کابل متغیر است.
کابل های وات ثابت مقدار ثابتی گرما در واحد طول بدون توجه به دمای لوله تولید می کند. هنگامی که شار حرارتی دقیق و یکنواخت در طول کل لوله مورد نیاز است - در نگهداری دمای سیال چسبناک و کاربردهای طولانی خط لوله رایج است، آنها انتخاب مناسبی هستند. را کابل گرمایش با توان ثابت انعطاف پذیر برای نگهداری دما الزامات اصلی این برنامه ها را پوشش می دهد و خروجی وات بر متر پایدار را در شرایط مختلف محیطی ارائه می دهد. از آنجایی که کابل های وات ثابت نمی توانند خودتنظیم شوند، کنترل مناسب ترموستات برای جلوگیری از گرمای بیش از حد الزامی است.
کابل های عایق معدنی (MI) نشان دهنده سطح کارایی بالا ردیابی حرارت الکتریکی است. کابلهای MI که با یک غلاف فلزی، عایق اکسید منیزیم و یک هسته سیم مقاومتی ساخته شدهاند، دمای عملیاتی مداوم تا 650 درجه سانتیگراد را تحمل میکنند و ذاتاً در محیطهای شیمیایی تهاجمی، مکانیکی یا مناطق خطرناک طبقهبندی شده مقاوم هستند. آنها انتخاب استاندارد برای کاربردهای با دمای بالا در پالایشگاه ها و کارخانه های شیمیایی هستند. را کابل گرمایش ویژه با درجه حرارت بالا برای خطوط فرآیندی سخت دقیقاً برای این شرایط طراحی شده است و عملکرد قابل اعتمادی را ارائه می دهد که در آن کابل های عایق پلیمری نمی توانند به طور ایمن کار کنند.
| نوع کابل | حداکثر دمای مداوم | خود تنظیمی | برنامه معمولی |
|---|---|---|---|
| خود تنظیمی | 65 درجه سانتیگراد - 120 درجه سانتیگراد | بله | محافظت در برابر یخ زدگی, water lines, moderate temperature maintenance |
| وات ثابت | 120 درجه سانتیگراد - 200 درجه سانتیگراد | خیر | نگهداری مایع چسبناک، خطوط لوله طولانی |
| عایق معدنی (MI) | تا 650 درجه سانتیگراد | خیر | خطوط فرآیند با دمای بالا، پالایشگاه، کارخانه شیمیایی |
ردیابی حرارتی برای لوله کشی تقریباً در هر بخش از صنعت فرآیند ظاهر می شود، اما الزامات غالب به طور قابل توجهی بسته به کاربرد متفاوت است.
نفت و گاز / پتروشیمی عملیات نشان دهنده بزرگترین بازار واحد برای ردیابی حرارت صنعتی است. نفت خام، نفت کوره سنگین و طیف وسیعی از واسطههای هیدروکربنی برای پمپاژ در دمای محیط بیش از حد چسبناک میشوند - ردیابی گرما باعث میشود خطوط انتقال، خروجیهای مخزن ذخیرهسازی و هدرهای بارگیری/تخلیه در تمام ساعات شبانه روز قابل پمپاژ باشند. خطوط گوگردی که در دمای تقریباً 119 درجه سانتیگراد جامد می شوند، کاربرد ویژه ای هستند که معمولاً به وات ثابت یا کابل MI نیاز دارند. طبقه بندی مناطق خطرناک (منطقه 1 یا منطقه 2 در اکثر تاسیسات) یک نیاز ضد انفجار را به تمام اجزای الکتریکی اضافه می کند.
تاسیسات آب و فاضلاب اساساً برای محافظت در برابر یخ زدگی شبکههای آب در معرض، خطوط ابزار، محرکهای سوپاپ و نقاط نمونهبرداری در تاسیسات با آب و هوای سرد، به ردیابی حرارتی تکیه کنید. کابل خودتنظیمی فناوری غالب در اینجا است - کارآمد انرژی، نصب آسان در هندسه های نامنظم و ایمن برای کار بدون نظارت مداوم.
فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی از ردیابی حرارتی برای حفظ دمای محصول در خطوط انتقال استفاده میکند - شکلات، روغنهای خوراکی، شربتها و محصولات مشابه برای حفظ ویسکوزیته، بافت و کیفیت باید در محدودههای باریک دما قرار گیرند. الزامات نصب بهداشتی و چرخههای تمیز کردن مکرر نیازهای خاصی را در مورد مواد روکش کابل و رتبهبندیهای محافظ ورودی جعبه اتصال اضافه میکند.
تولید دارو ردیابی گرما را در سیستم های ابزار تمیز و خطوط انتقال مواد فعال دارویی (API) اعمال می کند. یکنواختی دما بسیار مهم است. حتی نقاط سرد کوتاه می تواند باعث کریستالیزه شدن یا بارش شود که یک دسته را آلوده می کند. را محافظت در برابر یخ زدگی و گرم کننده با دمای بالا به هر دو انتهای این طیف - حفاظت از ابزار در دمای پایین و تعمیر و نگهداری خط فرآیند در دمای بالا - در یک خانواده محصول خدمت می کند.
مواد شیمیایی و تخصصی تولید طیف وسیعی از سیالات با شرایط دمایی بسیار خاص را پوشش میدهد: مذابهای پلیمری، چسبها، رزینها، و واسطههای واکنشی که باید در پنجرههای بسته نگهداری شوند تا قابل پردازش و از نظر شیمیایی پایدار بمانند.
طراحی سیستم ردیابی حرارتی با محاسبه تلفات حرارتی آغاز می شود - تعیین مقدار انرژی حرارتی که لوله به ازای هر واحد طول به محیط اطراف خود از دست می دهد، و بنابراین چقدر سیستم گرمایش ردیابی باید برای حفظ دمای مورد نظر تامین کند. دریافت صحیح این عدد پایه و اساس سیستمی است که نه در هوای سرد کم کار می کند و نه در شرایط معتدل انرژی را هدر می دهد.
ورودی های کلیدی برای محاسبه تلفات حرارتی عبارتند از: قطر بیرونی لوله، نوع و ضخامت عایق، دمای نگهداری لوله هدف، حداقل دمای محیط مورد انتظار، و حضور در معرض باد. لوله های با قطر بزرگتر مساحت سطح بیشتری دارند و بنابراین تلفات حرارتی مطلق بالاتری دارند. عایق ضخیم تر خروجی کابل مورد نیاز را کاهش می دهد و تقریباً همیشه در طول عمر سیستم مقرون به صرفه تر از افزایش وات کابل است. قاعده ای که اغلب در عمل مهندسی با آن مواجه می شود این است که دوبرابر کردن ضخامت عایق تقریباً ظرفیت گرمایشی مورد نیاز را نصف می کند.
هنگامی که اتلاف حرارت ایجاد شد، انتخاب کابل با تطبیق خروجی وات بر متر مورد نیاز با نوع کابل و فاصله مناسب انجام می شود. برای کابل های خود تنظیم، خروجی کابل در حداقل دمای محیط (نه در دمای لوله) کفایت را تعیین می کند. برای کابل های وات ثابت، خروجی ثابت است، بنابراین طراحی باید اطمینان حاصل کند که کابل نمی تواند لوله را در حداکثر شرایط محیطی یا در دوره های کم جریان که دمای لوله افزایش می یابد، بیش از حد گرم کند.
IEEE 515-2017 ، استاندارد IEEE حاکم بر آزمایش، طراحی، نصب و نگهداری گرمایش ردیابی مقاومت الکتریکی برای کاربردهای صنعتی ، چارچوب شناخته شده ای را برای واجد شرایط بودن سیستم های ردیابی گرما و تأیید اینکه طرح ها با الزامات ایمنی حرارتی و الکتریکی مطابقت دارند ارائه می دهد. مشخص کردن محصولات منطبق با IEEE 515 انتظار پایه برای پروژه های صنعتی بزرگ و الزامات پیمانکاران EPC در سراسر جهان است.
محدودیت های طول مدار یک محدودیت عملی است که طرح سیستم را شکل می دهد. کابل های خودتنظیمی به دلیل افت ولتاژ در طولانی مدت محدود می شوند. کابلهای مقاومت موازی با وات ثابت میتوانند مدارهای طولانیتری را بدون کاهش افت پوشش دهند. برای نصب در مقیاس بزرگ، کار با ابزارهای طراحی سازنده کابل - یا درگیر کردن یک مهندس متخصص - برای مدلسازی طول مدار، اندازه قطع کننده و سطوح حفاظت از خطای زمین یک روش استاندارد است.
کابل ردیابی حرارتی بدون کنترل مناسب یک سیستم ناقص است. کنترلها زمان روشن شدن مدار گرمایش را تعیین میکنند، در برابر شرایط دمای بیش از حد محافظت میکنند، و - در تاسیسات مدرن - نظارت بر خطا را ارائه میکنند که مشکلات را قبل از اینکه باعث خرابی فرآیند شوند، نشان میدهد.
سه استراتژی کنترل اکثر کاربردهای ردیابی حرارت صنعتی را پوشش می دهد. روشن/خاموش کنترل حسگر محیط از ترموستات هوای محیط برای روشن کردن مدار زیر دمای تنظیم شده (معمولاً 5 تا 10 درجه سانتیگراد) و خاموش کردن آن در بالا استفاده می کند. این روش ساده و کم هزینه برای حفاظت اولیه در برابر یخ زدگی به خوبی کار می کند، اما نمی تواند سرمای باد، بهره خورشیدی یا شرایط جریان سیال را که بر دمای واقعی لوله تأثیر می گذارد، در نظر بگیرد. کنترل حسگر لوله متناسب از یک سنسور دما که مستقیماً به سطح لوله متصل است، استفاده میکند که تنظیم دقیقتر و بازده انرژی بهتری را فراهم میکند - مدار فقط به اندازهای کار میکند که برای نگه داشتن لوله در نقطه تنظیم لازم است. کنترلرهای الکترونیکی پیشرفته هم ورودیهای محیطی و هم ورودیهای حسگر لوله، تشخیص خطای زمین، خروجیهای هشدار و ثبت دادهها - پیکربندی ارجح برای خطوط فرآیند بحرانی یا تأسیسات چند مداری بزرگ را در بر میگیرد.
در تاسیسات مناطق خطرناک - مکانهای طبقهبندی شده منطقه 1 و منطقه 2 که بیشتر بخشهای نفت و گاز و شیمیایی را پوشش میدهند - همه اجزای الکتریکی در سیستم ردیابی حرارتی باید دارای گواهیهای ضد انفجار یا افزایش ایمنی مناسب باشند. این نیاز به جعبه های اتصال، پایانه های انتهایی و پانل های کنترل گسترش می یابد، نه فقط خود کابل گرمایش. را کابینت کنترل ردیابی حرارت مکان خطرناک این نیاز را مستقیماً برطرف میکند و یک محفظه تأیید شده ارائه میکند که کنترل دما، حفاظت مدار و نظارت را در یک پانل واحد که برای محیطهای طبقهبندی شده رتبهبندی شده است، یکپارچه میکند.
حفاظت از گسل زمین مستحق توجه ویژه است. مدارهای ردیابی حرارتی که در خارج از منزل یا در محیطهای فرآیند مرطوب کار میکنند در معرض نفوذ رطوبت در انتهای و نقاط اتصال قرار میگیرند. حفاظت از قطع مدار خطای زمین (GFCI) که در آستانه سفر 30 تا 100 میلی آمپر تنظیم شده است، استاندارد صنعتی برای حفاظت پرسنل و حفاظت از کابل است - جریان نشتی را تشخیص می دهد که نشان دهنده تخریب عایق قبل از رسیدن به سطحی است که باعث خرابی کابل یا خطر شوک برای پرسنل تعمیر و نگهداری می شود.
برای تاسیسات بزرگ، سیستمهای نظارت متمرکز که هر مدار ردیابی گرما را بررسی میکنند و وضعیت، مصرف انرژی و شرایط خطا را به اتاق کنترل یا پلت فرم SCADA گزارش میدهند، جهت فعلی فناوری را نشان میدهند. مورد اقتصادی ساده است: یک خرابی کابل شناسایی نشده در یک خط بحرانی می تواند در زمان توقف و تعمیر فرآیند بسیار بیشتر از زیرساخت نظارتی مورد نیاز برای تشخیص زودهنگام هزینه داشته باشد.
