تصميم نظام التدفئة لخطوط أنابيب البيتومين: نظام التدفئة بالزيت الحراري مقابل نظام التدفئة الكهربائية

حتى خط أنابيب البيتومين ذو الحجم المناسب قد يتعطل إذا أصبحت المادة الرابطة بداخله باردة جدًا بحيث لا يمكن ضخها.

لهذا السبب، ينبغي تصميم أنظمة نقل البيتومين الساخن كأنظمة هيدروليكية وحرارية في آن واحد. يحدد قطر الأنبوب معدل التدفق وفقدان الضغط، بينما يحدد التدفئة والعزل ما إذا كان المادة الرابطة تبقى ضمن نطاق التشغيل المناسب.

هناك طريقتان شائعتان للتدفئة: التغليف بالزيت الحراري والتدفئة الكهربائية. ولا تُعدّ أيٌّ من الطريقتين أفضل من الأخرى بشكلٍ مطلق. ويعتمد الاختيار الأمثل على طول خط الأنابيب، ومرافق المشروع، ودرجة حرارة التشغيل، وحجم النظام، ومتطلبات بدء التشغيل، واستراتيجية الصيانة.

ما هو الغرض من تتبع الحرارة في خطوط أنابيب البيتومين؟

الغرض الأساسي من التتبع الحراري هو عادةً تعويض فقدان الحرارة والحفاظ على المادة الرابطة في حالة قابلة للضخ.

لا ينبغي توقع أن تقوم أنظمة التتبع الحراري تلقائيًا بتسخين خط أنابيب طويل مليء بالبيتومين البارد أو المتصلب تمامًا بسرعة من درجة حرارة المحيط.

ينبغي أن تحدد أسس التصميم ما إذا كان النظام مخصصًا لما يلي:

• الحفاظ على درجة الحرارة أثناء التشغيل
• الحفاظ على درجة حرارة الاستعداد
• التسخين المسبق قبل بدء التشغيل
• إعادة تسخين مُتحكم بها بعد الإيقاف

هذه مهام حرارية مختلفة.

لماذا تفقد أنابيب البيتومين الساخن حرارتها؟

تتسرب الحرارة من المنتج عبر جدار الأنبوب، ونظام التتبع أو الغلاف، والعزل، والسطح الخارجي.

يعتمد إجمالي المتطلبات الحرارية على:

• درجة حرارة البيتومين
• درجة الحرارة المحيطة
• قطر خط الأنابيب
• طول خط الأنابيب
• مادة عازلة
• سمك العزل
• التعرض للرياح
• الصمامات والشفاه والدعامات
• وقت الإحماء المطلوب

يختلف نمط فقدان الحرارة في مشروع خارجي بارد في فصل الشتاء اختلافًا كبيرًا عن خط نقل حراري داخلي قصير في مناخ استوائي.

خط أنابيب مغلف بالزيت الحراري

يستخدم الغلاف الحراري الزيتي زيت نقل الحرارة الساخن الذي يتدفق عبر غلاف خارجي أو ترتيب تتبع مخصص حول أنبوب البيتومين.

يستقبل الزيت الحراري الحرارة من غلاية أو سخان الزيت الحراري ويدور عبر دائرة التتبع.

المزايا

• يتكامل بشكل طبيعي مع المواقع التي تستخدم بالفعل غلاية زيت حراري
• مناسب للخزانات والمضخات والصمامات وخطوط الأنابيب ضمن شبكة تدفئة مشتركة واحدة
• يمكن أن يوفر تدفئة غير مباشرة قوية ومستقرة
• لا يوجد حمل تسخين كهربائي عالي موزع على طول الأنبوب
• مفيد لأنظمة البيتومين المركزية الأكبر حجماً

الاعتبارات

• يتطلب ذلك أنابيب إمداد وإعادة الزيت الحراري
• يتطلب ذلك دورانًا وتوازنًا
• تزيد الصمامات والوصلات الإضافية من تعقيد عملية التركيب
• تتطلب الفروع الطويلة تصميمًا هيدروليكيًا
• يجب مراعاة التسريبات والتمدد
• يجب أن يكون للغلاية سعة حرارية احتياطية كافية

التدفئة الكهربائية

يتم تركيب كابل التتبع الكهربائي على طول أنبوب العملية وتغطيته بعازل مناسب وحماية من العوامل الجوية.

اعتمادًا على التصميم، يمكن أن يستخدم نظام التتبع تقنيات كابلات صناعية ذات قدرة ثابتة أو ذاتية التنظيم أو غيرها من التقنيات المناسبة لنطاق درجة الحرارة المطلوب.

المزايا

• لا يوجد دائرة إمداد وعودة للزيت الحراري
• تقسيم المناطق بسهولة أكبر والتحكم الفردي في درجة الحرارة
• مفيد لخطوط الأنابيب القصيرة أو المعزولة
• مناسب للمضخات والصمامات والأجزاء المساعدة الصغيرة
• يمكن أن يبسط عملية التركيب في الأماكن التي لا يتوفر فيها غلاية زيت حراري

الاعتبارات

• يتطلب طاقة كهربائية كافية
• يجب أن تكون الكابلات والملحقات مصنفة وفقًا لدرجة حرارة التشغيل والبيئة
• تتطلب الدوائر الطويلة تصميمًا كهربائيًا وتقسيمًا للمناطق
• قد يؤدي تلف كابل التتبع إلى ظهور بقعة باردة محلية
• يجب تصميم الحماية الكهربائية والتحكم في درجة الحرارة بشكل صحيح

الزيت الحراري مقابل التدفئة الكهربائية

الخطوة 1: تحديد درجة حرارة التشغيل

قبل حساب التدفئة، حدد ما يلي:

• درجة حرارة نقل البيتومين العادية
• الحد الأدنى المسموح به لدرجة حرارة خط الأنابيب
• أقصى درجة حرارة للمادة
• درجة حرارة الاستعداد
• الحد الأدنى المتوقع لدرجة الحرارة المحيطة

تعتمد درجات الحرارة المطلوبة على نوع المادة الرابطة والعملية الفعلية.

لا تستخدم درجة حرارة ثابتة واحدة للبيتومين المخترق، والبيتومين المعدل بـ SBS، والبيتومين المطاطي، والمستحلب.

الخطوة الثانية: حساب فقدان الحرارة في خط الأنابيب

يجب على نظام التتبع على الأقل تعويض فقدان الحرارة المطلوب في حالة الاستقرار في ظل ظروف التصميم المحيطة.

تأخذ الحسابات التفصيلية في الاعتبار التوصيل الحراري عبر العزل والحمل الحراري الخارجي والإشعاع.

تشمل المدخلات المهمة ما يلي:

• القطر الخارجي للأنبوب
• الموصلية الحرارية للعزل
• سمك العزل
• درجة حرارة العملية
• درجة الحرارة المحيطة
• حالة الرياح
• طول خط الأنابيب

توفر النتيجة تقديرًا لمتطلبات الحرارة لكل وحدة طول وللدائرة الكاملة.

لا ينبغي تطبيق قيمة موحدة للواط لكل متر على كل مشروع.

الخطوة 3: إضافة الصمامات والشفاه والمضخات

لا يتم توزيع فقدان الحرارة بالتساوي.

تتمتع الصمامات والشفاه والمرشحات وأغلفة المضخات والمصافي وواجهات المعدات بمساحة سطح أكبر أو كتلة حرارية أكبر وقد تتطلب تتبعًا إضافيًا.

تبدأ العديد من حالات فشل خطوط الأنابيب عند هذه المكونات بدلاً من منتصف أنبوب مستقيم معزول جيداً.

الخطوة الرابعة: تقسيم النظام إلى مناطق تدفئة

لا ينبغي بالضرورة أن تعمل شبكة نقل طويلة كدائرة تسخين واحدة غير خاضعة للتحكم.

قد تشمل المناطق المفيدة ما يلي:

• مخرج الخزان وسحب المضخة
• خط أنابيب النقل الرئيسي
• محطة الترشيح والصمامات
• وصلة مصنع الأسفلت
• عودة الدورة الدموية
• خط تفريغ الصهريج

تتيح خاصية تقسيم المناطق للمشغل تسخين الدوائر المطلوبة فقط لوضع التشغيل الحالي.

تصميم دائرة الزيت الحراري

يتطلب نظام التدفئة بالزيت الحراري أكثر من مجرد غلاية كبيرة بما فيه الكفاية.

ينبغي على المصمم تقييم ما يلي:

• درجة حرارة الزيت الحراري المتاحة
• معدل تدفق الزيت المطلوب
• ضغط الإمداد والعودة
• فقدان الضغط عبر كل فرع
• الموازنة بين الدوائر المتوازية
• توسع
• التهوية
• الصرف الصحي
• صمامات العزل

قد لا يحصل خط الأنابيب البعيد على تدفئة كافية إذا كانت دائرة النفط غير متوازنة بشكل جيد.

للاطلاع على مبادئ تحديد حجم الغلايات، انظر:

كيفية حساب سعة سخان الزيت الحراري لخزانات تخزين البيتومين

تصميم التتبع الحراري الكهربائي

يتطلب التتبع الكهربائي تصميمًا كهربائيًا وحراريًا منسقًا.

يفحص:

• ناتج الحرارة المطلوب
• تصنيف درجة حرارة الكابل
• أقصى درجة حرارة للتعرض
• طول الدائرة
• جهد مصدر الطاقة
• تيار البدء عند الاقتضاء
• موقع وحدة التحكم والمستشعر
• حماية من التيار الزائد
• حماية من الأعطال الأرضية عند الحاجة
• تصنيف المنطقة الخطرة إن وجد

يجب أن يكون النظام المختار مناسبًا لبيئة المعدات والمعايير الكهربائية المحلية.

يجب وضع أجهزة استشعار درجة الحرارة بعناية

ينبغي أن يمثل مستشعر درجة الحرارة الجزء الذي يُقصد من وحدة التحكم حمايته.

تشمل مشاكل التحكم المحتملة ما يلي:

• المستشعر قريب جدًا من مصدر التسخين
• تم تركيب المستشعر في مكان لا يمثل أبرد منطقة
• مستشعر واحد يتحكم في عدة فروع ذات درجات حرارة مختلفة
• ضعف الاتصال بين المستشعر والأنبوب

قد تتطلب الأنظمة الكبيرة مناطق حرارية متعددة.

العزل ضروري

يمكن أن يؤدي استخدام أنظمة التدفئة بدون عزل فعال إلى إهدار كميات كبيرة من الطاقة.

يساعد العزل على:

• تقليل فقدان الحرارة
• خفض الطلب على الوقود أو الكهرباء
• الحفاظ على درجة حرارة أكثر تجانسًا في خط الأنابيب
• تقصير وقت الإحماء
• حماية العملية من التغيرات البيئية السريعة

تستحق وصلات العزل حول الصمامات والدعامات والأغطية القابلة للإزالة اهتماماً خاصاً.

يرتبط قطر خط الأنابيب بنظام التدفئة.

تحتوي الأنابيب الأكبر حجماً على كمية أكبر من البيتومين ولها مساحة سطح خارجية أكبر. قد تقلل الأنابيب الأصغر حجماً من الكتلة الحرارية ولكنها تزيد من فقدان الضغط الهيدروليكي.

لذلك ينبغي تنسيق التصميم الهيدروليكي والحراري.

للحصول على معلومات حول أحجام الأنابيب، انظر:

كيفية حساب قطر خط أنابيب البيتومين لمحطة خلط الأسفلت

يجب تصميم عمليات الإيقاف وإعادة التشغيل مسبقًا

أحد أهم الأسئلة هو ما يحدث للبيتومين المتبقي داخل الأنبوب بعد توقف الإنتاج.

قد تستخدم عملية إيقاف التشغيل، بحسب النظام، ما يلي:

• استمرار تتبع الحرارة
• إعادة تدوير الماء إلى الخزان
• الضخ العكسي
• تصريف المياه بالجاذبية
• تفريغ خط الأنابيب بشكل مُتحكم فيه

قد يتطلب النظام الذي يعتمد على إعادة تسخين خط أنابيب بارد ممتلئ تمامًا بعد كل عملية إيقاف تشغيل قدرة تسخين أكبر بكثير ووقت بدء تشغيل أطول.

أعطال شائعة في أنظمة التدفئة الكهربائية

تتبع الأنبوب المستقيم فقط

تصبح الصمامات والمرشحات والمضخات نقاطًا باردة.

عزل غير كافٍ

لا يمكن للحرارة المركبة أن تعوض عن الفقد الخارجي المفرط.

منطقة واحدة لشبكة طويلة جدًا

بعض الأجزاء ترتفع درجة حرارتها بينما تبقى الأجزاء البعيدة باردة.

نظام تدوير الزيت الحراري ذو الحجم الصغير

الغلاية ساخنة لكن أنابيب التبريد البعيدة لا تتلقى تدفقاً كافياً من الزيت.

التتبع الكهربائي التالف

قد يؤدي عطل في دائرة كهربائية واحدة إلى ترك قسم بارد مخفي.

استراتيجية عدم الإغلاق

يبرد البيتومين داخل الصمامات والمرشحات والنقاط المنخفضة قبل بدء التشغيل التالي.

أي طريقة يجب أن تستخدم؟

غالباً ما يكون الزيت الحراري جذاباً عندما:

• يوجد بالفعل غلاية زيت حراري مركزية
• تتشارك عدة خزانات وأنابيب في شبكة تدفئة واحدة
• المشروع كبير ومركزي

غالباً ما يكون التتبع الكهربائي جذاباً عندما:

• الخط قصير نسبياً أو معزول
• تتوفر طاقة كهربائية مستقرة
• يُفضل وجود مناطق حرارية مستقلة
• إن إضافة أنابيب الزيت الحراري ستكون معقدة بلا داعٍ.

تستخدم بعض المشاريع كلا الطريقتين: الزيت الحراري لمعدات المعالجة الرئيسية والتتبع الكهربائي للصمامات المحلية أو الأجهزة أو الخطوط المساعدة.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن لتقنية التدفئة الحرارية أن تذيب البيتومين الصلب تمامًا داخل خط الأنابيب؟

يعتمد ذلك على قدرة التتبع، وحجم الأنابيب، والعزل، وحالة المواد، ووقت التسخين المسموح به. صُممت العديد من أنظمة التتبع أساسًا للحفاظ على درجة الحرارة بدلًا من التعافي السريع من التصلب الكامل.

هل الزيت الحراري أفضل دائماً من التتبع الكهربائي؟

لا. تعتمد الطريقة الصحيحة على المرافق الحالية، وحجم النظام، وطول خط الأنابيب، ومتطلبات التحكم، وتكلفة دورة الحياة.

هل تحتاج جميع صمامات البيتومين إلى التسخين؟

تُعد الصمامات المستخدمة في خدمة البيتومين الساخن نقاطًا باردة محتملة، ويجب تقييمها بشكل فردي كجزء من التصميم الحراري.

هل يمكن استخدام نفس غلاية الزيت الحراري لتسخين الخزانات وخطوط الأنابيب؟

نعم، إذا كانت لديها سعة حرارية إجمالية كافية وكانت شبكة الدوران مصممة ومتوازنة بشكل صحيح.

الخاتمة

ينبغي تصميم نظام التدفئة لخطوط أنابيب البيتومين بناءً على فقدان الحرارة واستراتيجية التشغيل بدلاً من اختياره بناءً على طول الأنبوب فقط.

التسلسل الهندسي هو:

درجة حرارة العملية ← الظروف المحيطة ← فقدان الحرارة ← طريقة التتبع ← تقسيم المناطق ← العزل ← استراتيجية الإيقاف

توفر شركة FEITENG معدات تسخين الزيت الحراري، وحلول التسخين الكهربائي، والمضخات المسخنة، والصمامات، وأنظمة خطوط الأنابيب لمشاريع معالجة البيتومين الكاملة.

واتساب: +86 15335447006
بريد إلكتروني: [email protected]
موقع إلكتروني: www.bitumenmachine.com