Системный подход к выбору нагревателя резервуаров может помочь с гарантией, что указанное оборудование обеспечивает желаемую эффективность нагрева. Факторы, которые следует учитывать при выборе типа нагревателя, включают количество необходимой энергии, потери тепла, прямой или непрямой нагрев, материалы конструкции и элементы управления.
Необходимость нагрева резервуара применима практически ко всем отраслям промышленности, поэтому это одно из наиболее распространенных применений промышленного нагрева. Будь то вода, топливо, нефтепродукты или что-то более агрессивное, существует огромное количество нюансов, связанных с нагревом резервуара в процессе. Какой подход наиболее целесообразен, зависит от желаемого результата. Независимо от того, является ли целью нагрев уже «готового» продукта на складе или материалов, используемых в какой-то момент производственного цикла, точный и эффективный нагрев резервуара является важной задачей для многих, принимающих решения в промышленности.
Суть в том, чтобы определить наилучший подход. Игнорирование даже мелких деталей может привести к неэффективному, чрезмерно дорогостоящему или даже небезопасному процессу нагрева.
Итак, что же нужно сделать, чтобы выбрать наиболее эффективную систему нагрева резервуаров?
Расчет необходимой энергии
Первое, что вам нужно определить, это то, сколько энергии вам потребуется для конкретного процесса. Основное уравнение полной энергии для системы обогрева резервуара выглядит следующим образом:
Q = Qm + Ql + Запас для безопасности
-
Где Q – общее количество требуемой энергии
-
Qm – Энергия, поглощаемая материалом, включая как саму жидкость, так и резервуар или емкость, в котором он хранится
-
Ql – Энергия теплопотерь в окружающую среду
-
Запас для безопасности обычно считают в пределах от 10 до 25 процентов.
Обычно цель нагрева состоит в том, чтобы нагреть материал в резервуаре от одной температуры до другой, но в случае с обогревом резервуаров чаще речь идет больше о поддержании необходимой температуры на протяжении длительного времени, а не непосредственно о нагреве. Для последнего нужно только рассчитать потери тепла.
Самая большая часть информации, необходимая для расчета тепловых потерь,
- Площадь поверхности резервуара.
- Минимальная температура окружающей среды.
- Рабочая температура.
Погружные и врезные нагреватели подходят для прямого нагрева жидкостей, включая все типы масел и теплоносителей.
Общие потери тепла представляют собой сумму потерь энергии на теплопроводность, конвекцию, излучение, испарение и вентиляцию во время работы. Потери на проводимость — это энергия, передаваемая через стенки резервуара и изоляцию, и она будет зависеть от материала стенок резервуара, типа изоляционного материала и их толщины. Потери на конвекцию, вентиляцию и испарение представляют собой энергию, отводимую от резервуара воздухом вокруг резервуара. Сильный ветер на открытом воздухе может повлиять на этот расчет. Потери из-за теплового излучения будут более важными факторами в случаях высокотемпературного нагрева. При хранении в резервуарах это обычно не имеет значения и может быть добавлено к коэффициенту безопасности.
Многие ресурсы в Интернете, такие как диаграммы и калькуляторы, могут помочь консервативно оценить потери тепла из резервуара. Материал и толщина изоляции являются критическими факторами, которые снижают потери тепла из резервуара, что, в свою очередь, снижает эксплуатационные потребности в энергии и снижает затраты на энергию.
Если цель состоит в том, чтобы нагреть материал в резервуаре до определенной температуры, крайне важно собрать более подробную информацию о нагреваемых материалах. Прежде всего, какова температура стояния материала, и какая температура материала требуется? Кроме того, сколько времени у вас есть, чтобы нагреть материал до необходимой температуры?
Кроме того, важно знать удельную теплоемкость (или тепловой поток) материалов, включая материал в резервуаре, а также сам материал резервуара. Вам также нужно будет добавить потери тепла. Однако в этом случае расчет тепловых потерь будет представлять собой среднее значение тепловых потерь при начальной температуре и тепловых потерь при рабочей уставке.
Расширяя основное уравнение энергии, вы получаете следующее:
Q =( ( Qm + Qt + (Qf или Qv))/t + Ql/2 ) * Запас для безопасности
-
Тут Q – Общее количество требуемой энергии
-
Qm – Энергия, требуемая для нагрева жидкости внутри резервуара
-
Qt – Энергия, требуемая для нагрева самого резервуара и изоляции
-
t – Коэффициент изоляции резервуара
-
Qf или Qv – Энергия, требуемая на изменение состояния материала теплота плавления или теплота парообразования
-
Ql – Потери тепла от поверхностей из-за теплопроводимости, излучения, конвекции и вентиляции. Это значение будет средними теплопотрерями при начальной температуре и рабочей уставке.
-
Запас для безопасности обычно считают в пределах от 10 до 25 процентов.
С помощью этой информации можно определить дельта-температуру (∆T). (Это разница между температурой стояния и требуемой температурой процесса.) Однако, прежде чем завершить этот расчет, необходимо понять потери энергии: вам нужно будет включить потери тепла в сам расчет. Чтобы раскрыть эти значения, необходимо указать более подробную информацию о конфигурации резервуара. Типичные вопросы, на которые необходимо ответить, включают:
- Какова форма резервуара?
- Каковы его размеры?
- Это закрытый бак или сверху есть отверстие?
- Каков объем бака?
- И, пожалуй, самое главное, какой утеплитель используется?
Надлежащая изоляция, возможно, является наиболее важным фактором в минимизации потерь тепла. Если резервуар находится снаружи, для защиты резервуара от влаги требуется либо облицовка, либо изоляция с закрытыми порами. Такой подход будет удерживать влагу, а не поглощать ее. Проявив должную осмотрительность в отношении изоляции, вы в конечном итоге сведете к минимуму затраты на электроэнергию в будущем.
Следующим важным фактором является масса. Вам необходимо знать массу нагреваемой жидкости, а также массу металла бака, содержащего жидкость.
Последний вопрос: «Изменяем ли мы состояние?» Например, если вы нагреваете что-то в твердом состоянии, которое затем превратится в жидкость, потребуется больше энергии.
Зная ожидаемые тепловые потери, массу жидкости и резервуара, а также какие-либо особые соображения, касающиеся изменения состояния, можно рассчитать общую потребность в энергии (Q).
Электрические нагреватели Полимернагрев с керамическими сухими ТЭНами могут использоваться для обогрева резервуаров.
Прямой и непрямой нагрев
Резервуары могут нагреваться прямо или косвенно. Другими словами, теплообмен осуществляется путем нагревания жидкости за счет прямого контакта, или жидкость нагревается за счет конвекции за счет нагревания емкости, в которой она находится. При прямом методе источник нагрева помещается непосредственно в емкость; при непрямом методе корпус резервуара нагревается таким образом, что источник тепла не контактирует с жидкостью.
Определение идеального подхода является первым шагом, а определяющим фактором является природа жидкости. Является ли он чрезмерно агрессивным или чувствительным к контакту? Если это так, то может иметь смысл подавать тепло косвенно (нагревая резервуар), а не напрямую нагревать жидкость.
Когда нет ограничений в плане прямого контакта источника нагрева с жидкостью, рекомендуется найти способ прямого нагрева жидкости. Таким образом, вся энергия передается непосредственно жидкости, а не используется часть энергии для нагрева материалов резервуара.
Методы косвенного нагрева резервуаров включают в себя кабельный нагрев, а также нагрев трубами с теплоносителем. Классический вариант прямого нагрева резервуаров – фланцевые металлические ТЭНы, погружаемые прямо в жидкость. Однако, они очень чувствительны к типу жидкости и часто выходят из строя в результате эксплуатации. Именно по этому, хоть мы также изготавливаем и фланцевые металлические ТЭНы, мы рекомендуем использовать для нагрева резервуаров врезные и погружные нагреватели трубного типа с керамическими нагревательными элементами. В таких нагревателях в жидкость погружаются трубы ТЭНа, но сами нагревательные элементы находятся внутри них и не имеют контакта с жидкостью. Таким образом по принципу нагрев схож с нагревом прямого типа, но обеспечивается большая безопасность и надежность системы нагрева.
Вопрос цены
Материальные возможности также должны быть рассмотрены. Специалист должен понимать характер материала резервуара. Это коррозионный материал? Если бак, например, изготовлен из определенного металла, то имеет смысл использовать аналогичный металл для нагревателя. Однако есть некоторый нюанс, потому что источник нагрева будет подвергаться воздействию коррозионных веществ сильнее, чем ненагревающий источник.
Вам нужно будет знать, сколько литров жидкости находится в баке и сколько времени занимает процесс нагрева. Это нужно сделать за несколько часов? Может ли процесс занять несколько дней?
Также необходимо принять решение относительно доступа к резервуару. Если стратегия заключается в непосредственном нагреве жидкости в резервуаре, этого можно добиться несколькими способами. Источник тепла может подаваться через верхнюю часть или через патрубки сбоку.
После обсуждения и документирования всех деталей и требований может быть принято решение относительно типа используемого нагревателя: электрического или работающего на ископаемом топливе. Если выбран электрический нагреватель, необходимо определить напряжение, а цепь должна быть достаточно большой, чтобы соответствовать требованиям. У каждого подхода есть свои плюсы и минусы, но каждая ситуация может быть уникальной.
Контроль
Последняя часть головоломки связана с требованиями к управлению. В зависимости от задачи может потребоваться жесткий контроль и обратная связь. Если необходимо обеспечивать связь с системой SCADA, некоторые решения могут не работать.
В то же время оператор хочет общаться и получать обратную связь от контроллера. Оператор также захочет поддерживать точную температуру и уровень внутри бака. Для этого требуется датчик, но важно отметить, что датчик должен быть установлен в стратегическом месте. Согласно передовой практике, его следует устанавливать на стороне резервуара, противоположной источнику тепла.
Нагрев резервуаров — это функция, которая широко распространена во многих отраслях промышленности, и в ближайшее время она не исчезнет. Важно иметь полное представление о требованиях и характеристиках процесса, прежде чем принимать какие-либо решения о наилучшем подходе. Если возможно, всегда полезно проконсультироваться со специалистом, имеющим опыт подбора подогревателей резервуаров в соответствии с точными требованиями.
