Обогрев емкостей

 

Для хранения технологических жидкостей используют металлические или пластиковые резервуары, установленные в грунте или под открытым небом. В зимнее время материалы остывают с потерей текучести или кристаллизацией, что может вызвать разрушение стенок цистерн или напорных магистралей. Постоянный обогрев емкостей позволяет поддерживать требуемую температуру топлива, воды или химических реагентов.

Обогрев емкостей
Обогрев емкостей поддерживает нужную температуру жидкости.

Способы обогрева емкостей

Для хранения нефтепродуктов или химических препаратов в жидком состоянии используют цилиндрические резервуары из стального листа, покрытого слоем теплоизоляции. При падении текучести возникают сложности с перекачкой материалов или взятием проб для последующего анализа.

Воздействие отрицательной температуры на дизельное топливо приводит к выпадению твердого осадка из парафинов, который оседает на стенках емкости и затрудняет эксплуатацию хранилища. Для предотвращения застывания материалов используют различные методики нагрева.

Основные причины тепловых потерь:

  • перепады температур окружающей среды (сезонные или на протяжении суток);
  • рассеивание тепловой энергии залитой жидкости через стенки резервуара;
  • охлаждение внешней поверхности хранилищ потоками воздуха.

Острыми парами открытого типа

Технология предусматривает подачу насыщенного пара в хранящиеся в цистерне жидкости. Методика отличается простотой реализации, для генерации теплоносителя необходим водотрубный котел на жидком или твердом топливе. Но поток нагретого пара способен нанести травмы обслуживающему персоналу, конденсат загрязняет химические реагенты или нефтепродукты, хранящиеся в цистерне. К дополнительным недостаткам относят низкий КПД системы, отсутствие возможности точной регулировки температуры нагрева и необходимость постоянного присутствия оператора.

Острыми парами открытого типа
Технология обогрева острыми парами отличается простотой реализации.

Паром в «рубашке»

Методика отличается использованием резервуаров с двойными стенками, между которыми нагнетается насыщенный или перегретый пар от котла. При нагреве на внутренней поверхности цистерны может выпадать конденсат, который загрязняет хранящиеся жидкости. Из-за конструктивных особенностей организовать равномерный прогрев всей поверхности резервуара невозможно, что приводит к разнице температур жидкости внутри цистерны.

Циркуляционное перемешивание под напором

Технология предусматривает установку подземной цистерны, которая обогревается теплом от грунта, что позволяет прогревать технологическую жидкость. Циркуляционный насос обеспечивает перекачку реактивов или нефтепродуктов по кругу, обеспечивая нормативную текучесть. Методика обеспечивает защиту от конденсата, поддерживает равномерную температуру внутри хранилища.

Недостатком является сложность системы, которая требует постоянного обслуживания.

Встраиваемый нагреватель

Для поддержания заданной температуры могут использоваться теплообменники, расположенные внутри резервуара и заполненные:

  1. Водяным паром, нагретым до +140°С при давлении до 1 МПа. Для генерации теплоносителя требуется котел на жидком или твердом топливе, установленный на территории хранилища. При работе в трубах образуется конденсат, который необходимо удалять путем продувки змеевика. Технология является пожаробезопасной, но требует дополнительных затрат на покупку или эксплуатацию парового котла.
  2. Водой, которая подается под напором до 0,8 МПа. Жидкость нагревается до +85°...+95°С, методика позволяет быстро поднять температуру нефтепродуктов или химических реагентов без риска воспламенения. Вода подается из централизованной системы отопления или от отдельного котла, расположенного на территории хранилища.
  3. Специальным маслом, рассчитанным на прогрев до +170°С. Технология используется для повышения текучести битума, но требует установки оборудования для повышения температуры и перекачки теплоносителя. Из-за повышенных энергетических затрат методика используется на крупных хранилищах.
Встраиваемый нагреватель
Встраиваемый нагреватель поддерживает заданную температуру.

Электрообогрев

Для поддержания температуры могут использоваться:

  1. Герметичные ТЭНы со спиралями, расположенными внутри металлической оболочки. Элементы имеют мощность от 4 до 100 кВт, рассчитаны на 6-8 лет эксплуатации. Для изготовления узла используют конструкционную или нержавеющую сталь. Нагреватели поддерживают режим автоматической работы, недостатком является повышенный расход электроэнергии.
  2. Кабели, позволяющие прогревать жидкости или поддерживать требуемую температуру. Элементы разделяют на изделия с саморегуляцией и с постоянным режимом работы. Автоматическая корректировка производительности осуществляется полупроводниками, при падении температуры жидкости кабель вырабатывает больше тепловой энергии. Изделия с постоянным режимом требуют применения датчиков степени нагрева и микропроцессорного управления работой.
  3. Полимерные элементы с инфракрасным обогревом позволяют прогревать среду до +70°С, ограниченно используются для резервуаров с небольшой вместимостью.
  4. Специальные нагреватели погружного типа, оборудованные корпусами из термостойкого полимера. Устройства рассчитаны на нагрев окружающей среды до +250°С, поддерживают автоматизацию рабочего процесса.

Особенности системы обогрева емкостей и резервуаров греющим кабелем

Эластичный обогревающий элемент состоит из 2 проводящих электроэнергию металлических жил, разделенных слоем изоляции. Поверх уложена сетка экрана из стальной проволоки, закрытая внешним полимерным материалом, устойчивым к внешним воздействиям. В саморегулирующем кабеле жилы разделены слоем из специального пластика, который меняет сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Конструкция обеспечивает автоматическое изменение производительности нагрева и не требует установки дополнительного управления.

Предназначение и решаемые задачи

Основные цели электрического обогрева:

  • обеспечение требуемой температуры хранения жидкости в резервуарах за счет постоянного теплового воздействия;
  • достижение требуемой степени нагрева, позволяющей использовать реагенты или нефтепродукты в технологических процессах;
  • регулирование вязкости продукта и снижение риска кристаллизации или выпадения твердого осадка;
  • компенсация тепловых потерь через стенки резервуара;
  • обеспечение текучести растворов на водной основе, хранящихся в емкостях под открытым небом.
Особенности системы
Электрический обогрев компенсирует тепловые потери через стенки.

Принцип действия

При падении температуры окружающей среды происходит охлаждение оболочки кабеля, что приводит к падению сопротивления. В соответствии с законом Ома увеличивается сила тока в цепи, что позволяет повысить производительность контура обогрева. По мере повышения температуры сопротивление растет, что приводит к снижению расхода электроэнергии. При дальнейшем охлаждении емкости цикл повторяется.

Оборудование, входящее в состав системы

Контур включает в себя элементы:

  • нагревательный кабель, закрепленный на поверхности резервуара;
  • систему управления, установленную в отдельном шкафу и оснащенную защитными элементами;
  • блок регулировки температуры, работающий совместно с датчиками;
  • соединительные или оконечные муфты, обеспечивающие подачу питания и защищающие линии стыка;
  • электрическую силовую проводку;
  • кабели системы управления;
  • распределительные либо коммутационные коробки;
  • крепежную фурнитуру.
Оборудование
Оборудование включает нагревательный кабель и систему управления.

Советы по выбору греющего кабеля

При определении сечения и характеристик учитывают факторы:

  • занижение мощности кабеля приводит к увеличению длины нагревательного элемента и усложнению монтажа;
  • чрезмерный рост мощности приводит к образованию широких зазоров между ветвями, где происходит снижение температуры хранящейся в цистерне жидкости.

Также необходимо учитывать условия эксплуатации системы обогрева. Например, при использовании парового отопления поверхности цистерны необходимы элементы с оболочкой, выдерживающей воздействие высокой температуры и влажности.

Производители предлагают кабели с защитой от взрыва или воспламенения, предназначенные для установки на емкостях с горючими жидкостями.

Этапы расчета

При определении длины кабеля необходимо учитывать:

  • характеристики нагревательного элемента;
  • площадь поверхности резервуара;
  • разницу между температурой окружающей среды и степенью нагрева жидкости;
  • толщину и материал теплоизоляции.

Получение исходных данных

На начальном этапе необходимо произвести замер габаритов резервуара с учетом уровня жидкости внутри. На основе полученных данных выполняют расчет площади обогрева. Например, для полностью заправленного 1-кубового бака с квадратными стенками и основанием необходимо обеспечить обогрев 4 м². Характеристики кабеля получают из таблиц или каталогов производителей (в документации указывается тепловая мощность в ваттах на 1 м и допустимая температура нагрева).

Этапы расчета
При определении длины кабеля учитывают площадь поверхности.

 

Для определения длины кабеля для цилиндрической цистерны используют уравнение вида N=(3,14*D/2*L)/W, где

  • 3,14 – постоянный коэффициент;
  • D – диаметр резервуара;
  • L – длина емкости;
  • W – шаг установки кабеля, который выбирают из диапазона от 0,1 до 0,3 м.

Для дальнейшего расчета определяют тепловое рассеивание в атмосферу, которое зависит от разницы температур и должно компенсироваться работой системы обогрева. Затем потребуется вывести соотношение тепловых потерь к полученной длине кабеля. Коэффициент сопоставляют с табличными значениями, выбирая подходящий нагревательный элемент для цистерны.

Определение тепловых потерь резервуара

Для расчета используется формула вида P=k*(T1-T2)/R*S, где

  • k – указывает на коэффициент запаса, зависящий от типа кабеля (1,2 или 1,36 для саморегулирующегося и резистивного соответственно);
  • T1 – необходимая температура емкости;
  • T2 – минимальная температура воздуха в месте установки цистерны;
  • R – термическое сопротивление стенок, определяемое как соотношение толщины изолятора к коэффициенту теплопроводности (зависит от используемого материала);
  • S – площадь поверхности, которую требуется обогреть кабелем.

Нюансы установки кабельной системы

Нагревательный элемент монтируют на внешней стенке резервуара на заранее закрепленном каркасе из стального профиля. Для небольших емкостей из пластика допускается использовать хомуты или 2-сторонний скотч. Кабель укладывают спиралью, учитывая допуски производителя на радиус изгиба. После завершения монтажа следует подключить питание и обеспечить изоляцию стыков. Крупные цистерны оборудуют датчиками температуры, а нагревательные элементы закрывают слоем изолятора, снижающим рассеивание тепловой энергии в атмосферу.