Конструкция системы обогрева битумных трубопроводов: масляный обогрев против электрического обогрева.

Даже правильно подобранный по размеру битумный трубопровод может выйти из строя, если вяжущее вещество внутри него слишком остынет для перекачки.

По этой причине системы транспортировки горячего битума следует проектировать как гидравлические, так и тепловые системы. Диаметр трубы определяет расход и потери давления, а обогрев и изоляция определяют, остается ли вяжущее вещество в пределах допустимого рабочего диапазона.

Два распространенных подхода — это термомасляная оболочка и электрический обогрев трубопровода. Ни один из методов не является универсально лучшим. Правильный выбор зависит от длины трубопровода, инженерных сетей проекта, рабочей температуры, размера системы, требований к запуску и стратегии технического обслуживания.

Какова цель обогрева битумных трубопроводов?

Основная цель обогрева трубопровода обычно заключается в компенсации теплопотерь и поддержании связующего вещества в состоянии, пригодном для перекачивания.

Не следует автоматически ожидать, что система обогрева трубопровода быстро нагреет длинный трубопровод, заполненный полностью холодным или затвердевшим битумом, с температуры окружающей среды.

В основе проектирования должно быть определено, для чего предназначена система:

• Поддержание температуры во время работы
• Поддержание температуры в режиме ожидания
• Предварительный прогрев перед запуском
• Контролируемый повторный нагрев после остановки

Это разные режимы тепловой нагрузки.

Почему горячие битумные трубопроводы теряют тепло?

Тепло отводится от продукта через стенки трубы, систему обогрева или рубашку, изоляцию и внешнюю поверхность.

Общая потребность в тепловой энергии зависит от:

• Температура битума
• Температура окружающей среды
• Диаметр трубопровода
• Длина трубопровода
• Изоляционный материал
• Толщина изоляции
• Воздействие ветра
• Клапаны, фланцы и опоры
• Необходимое время на разминку

Проект, реализуемый на открытом воздухе в холодную зимнюю погоду, имеет совершенно иной профиль теплопотерь по сравнению с коротким внутренним теплопроводящим каналом в тропическом климате.

Трубопровод с термомасляной рубашкой

В системе с масляной рубашкой с теплообменным маслом используется горячее теплоносительное масло, протекающее через внешнюю рубашку или специальную систему обогрева вокруг битумной трубы.

Термомасло получает тепло от котла или нагревателя и циркулирует по контуру обогрева.

Преимущества

• Естественным образом интегрируется с объектами, уже использующими котлы на мазуте.
• Подходит для резервуаров, насосов, клапанов и трубопроводов в рамках одной общей системы отопления.
• Обеспечивает мощный и стабильный косвенный нагрев.
• Отсутствует высокая электрическая тепловая нагрузка, распределяемая вдоль трубы.
• Полезен для крупных централизованных битумных систем.

Соображения

• Требуется наличие трубопроводов для подачи и возврата термомасла.
• Требуется циркуляция и балансировка
• Дополнительные клапаны и соединения усложняют монтаж.
• Для длинных ветвей требуется гидравлическое проектирование.
• Необходимо учитывать утечки и расширение.
• Котел должен обладать достаточной резервной тепловой мощностью.

Электрический обогрев трубопроводов

Вдоль технологического трубопровода прокладывается электрический кабель для трассировки, который затем покрывается соответствующей изоляцией и обеспечивает защиту от атмосферных воздействий.

В зависимости от конструкции, для прокладки кабелей могут использоваться кабели постоянной мощности, саморегулирующиеся или другие промышленные кабельные технологии, подходящие для требуемого температурного диапазона.

Преимущества

• Отсутствует контур подачи и возврата термомасла.
• Упрощенное зонирование и индивидуальный контроль температуры.
• Подходит для коротких или изолированных трубопроводов.
• Удобно для насосов, клапанов и небольших вспомогательных секций.
• Может упростить установку в тех случаях, когда котел на мазуте недоступен.

Соображения

• Требуется достаточное количество электроэнергии.
• Кабель и комплектующие должны соответствовать рабочей температуре и условиям окружающей среды.
• Для длинных электрических цепей требуется разработка проекта и зонирование электропроводки.
• Повреждение трассировочного кабеля может привести к образованию локальной зоны пониженного давления.
• Системы электрозащиты и контроля температуры должны быть спроектированы надлежащим образом.

Термомасло против электрического обогрева трубопроводов

Шаг 1: Определите рабочую температуру

Перед расчетом параметров обогрева трубопровода необходимо определить:

• Нормальная температура переноса битума
• Минимально допустимая температура трубопровода
• Максимальная температура материала
• Температура в режиме ожидания
• Ожидаемый минимум атмосферного давления

Необходимые температуры зависят от конкретного сорта связующего вещества и технологического процесса.

Не следует использовать одну фиксированную температуру для битума с пенетрацией, битума, модифицированного SBS, резинобитума и эмульсии.

Шаг 2: Расчет теплопотерь в трубопроводе

Система обогрева должна, как минимум, компенсировать требуемые установившиеся теплопотери при расчетных условиях окружающей среды.

В детальном расчете учитываются теплопроводность через изоляцию, а также внешняя конвекция и излучение.

Важные входные данные включают:

• наружный диаметр трубы
• Теплопроводность изоляции
• Толщина изоляции
• Технологическая температура
• Температура окружающей среды
• Ветровые условия
• Длина трубопровода

Полученные данные позволяют оценить потребность в тепле на единицу длины и для всей цепи в целом.

Универсальное значение мощности в ваттах на метр не следует применять ко всем проектам.

Шаг 3: Установка клапанов, фланцев и насосов.

Потери тепла распределяются неравномерно.

Клапаны, фланцы, фильтры, корпуса насосов, сетчатые фильтры и соединительные элементы оборудования имеют большую площадь поверхности или тепловую инерцию и могут потребовать дополнительной прочистки.

Многие аварии на трубопроводах начинаются именно с этих компонентов, а не в середине хорошо изолированной прямой трубы.

Шаг 4: Разделите систему на зоны обогрева.

Длинная сеть теплопередачи не обязательно должна функционировать как один нерегулируемый контур отопления.

К полезным зонам могут относиться:

• Выход из резервуара и всасывание насоса
• Основной трубопровод транспортировки
• Фильтровально-клапанная станция
• Подключение асфальтобетонного завода
• Возврат кровообращения
• Линия разгрузки танкеров

Зонирование позволяет оператору обогревать только те контуры, которые необходимы для текущего режима работы.

Проектирование контура термомасла

Для системы обогрева котла с использованием термомасла требуется нечто большее, чем просто достаточно большой котел.

Дизайнер должен оценить:

• Доступная температура термомасла
• Требуемый расход масла
• Давление подачи и возврата
• Потеря давления в каждой ветви
• Балансировка между параллельными цепями
• Расширение
• Вентиляция
• Дренаж
• Запорные клапаны

Если балансировка нефтепровода нарушена, то на удаленном участке трубопровода может наблюдаться недостаточное теплообмена.

Принципы расчета мощности котлов см. в следующем разделе:

Как рассчитать мощность масляного нагревателя для резервуаров с битумом

Конструкция с электрическим обогревом

Электропроводка требует скоординированного проектирования электрических и тепловых систем.

Проверять:

• Требуемая тепловая мощность
• температурный диапазон кабеля
• Максимальная температура воздействия
• Длина цепи
• Напряжение питания
• Начальный ток, где это применимо
• расположение контроллера и датчика
• Защита от перегрузки по току
• Защита от замыкания на землю там, где это необходимо.
• Классификация взрывоопасных зон (при необходимости)

Выбранная система должна соответствовать условиям эксплуатации оборудования и местным стандартам электроснабжения.

Датчики температуры необходимо размещать с осторожностью.

Датчик температуры должен соответствовать той части устройства, которую контроллер предназначен защищать.

Возможные проблемы управления включают в себя:

• Датчик расположен слишком близко к источнику тепла.
• Датчик установлен в месте, которое не соответствует самому холодному участку.
• Один датчик управляет несколькими ветвями с разной температурой.
• Плохой контакт между датчиком и трубой.

Крупные системы могут потребовать наличия нескольких температурных зон.

Теплоизоляция необходима.

Обогрев трубопроводов без эффективной теплоизоляции может приводить к значительным потерям энергии.

Теплоизоляция помогает:

• Снижение теплопотерь
• Снизьте потребление топлива или электроэнергии.
• Поддерживайте более равномерную температуру в трубопроводе.
• Сократить время разминки
• Защитите процесс от резких изменений окружающей среды.

Особое внимание заслуживают изоляционные стыки вокруг клапанов, опор и съемных крышек.

Диаметр трубопровода и система обогрева соединены.

Трубы большего диаметра содержат больше битума и имеют большую площадь внешней поверхности. Трубы меньшего диаметра могут уменьшить тепловую инерцию, но увеличить потери гидравлического давления.

Следовательно, гидравлическое и тепловое проектирование должны быть скоординированы.

Для определения размеров труб см.:

Как рассчитать диаметр битумного трубопровода для асфальтосмесительного завода

Процессы выключения и перезапуска должны быть спланированы заранее.

Один из важнейших вопросов заключается в том, что происходит с битумом, остающимся внутри трубы после остановки добычи.

В зависимости от системы, процедура завершения работы может включать в себя следующее:

• Продолжение прокладки тепловых труб.
• Обратная циркуляция в резервуар
• Обратная перекачка
• Гравитационный дренаж
• Контролируемое опорожнение трубопровода

Система, которая предполагает повторный нагрев полностью заполненного холодного трубопровода после каждого останова, может потребовать значительно большей мощности нагрева и времени запуска.

Распространенные неисправности системы обогрева

Отслеживание только прямой трубы

Клапаны, фильтры и насосы становятся «холодными зонами».

Недостаточная изоляция

Установленная система отопления не может компенсировать чрезмерные внешние потери.

Одна зона для очень длинной сети

Некоторые участки перегреваются, в то время как удаленные участки остаются холодными.

Недостаточно большая циркуляция термомасла

Котел горячий, но в удаленные рубашки котла поступает недостаточное количество масла.

Поврежденная электропроводка

Одна неисправная цепь может оставить после себя скрытый холодный участок.

Стратегия без простоев

Битум охлаждается внутри клапанов, фильтров и нижних точек перед следующим запуском.

Какой метод следует использовать?

Термомасло часто привлекательно в следующих случаях:

• Центральный котел на мазуте уже существует.
• Несколько резервуаров и трубопроводов используют одну общую систему отопления.
• Проект масштабный и централизованный.

Электропроводящая прокладка кабелей часто привлекательна в следующих случаях:

• Линия относительно короткая или изолированная
• Доступно стабильное электроснабжение.
• Желательны независимые температурные зоны.
• Добавление трубопроводов для термомасла было бы излишне сложным процессом.

В некоторых проектах используются оба метода: термомасло для основного технологического оборудования и электрообогрев местных клапанов, приборов или вспомогательных линий.

Часто задаваемые вопросы

Может ли обогрев трубопровода расплавить полностью твердый битум внутри трубы?

Это зависит от производительности системы обогрева, диаметра трубы, изоляции, состояния материала и допустимого времени нагрева. Многие системы обогрева предназначены в первую очередь для поддержания температуры, а не для быстрого восстановления после полного затвердевания.

Всегда ли термомасло лучше, чем электрообогрев?

Нет. Правильный метод зависит от существующих инженерных сетей, размера системы, длины трубопровода, требований к управлению и стоимости жизненного цикла.

Необходимо ли подогревать каждый битумный клапан?

Клапаны, работающие в условиях горячего битума, могут иметь холодные зоны и должны оцениваться индивидуально в рамках теплового проектирования.

Может ли один и тот же котел на термическом масле обогревать резервуары и трубопроводы?

Да, если она обладает достаточной суммарной тепловой мощностью, а циркуляционная сеть правильно рассчитана и сбалансирована.

Заключение

При проектировании системы обогрева битумных трубопроводов следует учитывать теплопотери и стратегию эксплуатации, а не выбирать ее только по длине трубы.

Последовательность инженерных действий следующая:

Температура процесса → Условия окружающей среды → Теплопотери → Метод обогрева → Зонирование → Изоляция → Стратегия остановки

Компания FEITENG поставляет оборудование для нагрева термомасла, решения для электрического нагрева, насосы с подогревом, клапаны и трубопроводные системы для комплексных проектов по транспортировке битума.

WhatsApp: +86 15335447006
Электронная почта: [email protected]
Вебсайт: www.bitumenmachine.com