-
Тёплый пол электрический
-
Греющий кабель
-
Комплектующие
-
Теплоизоляционные материалы
-
Гибкие нагреватели
-
Регулирующая аппаратура
-
Кабель и провод
-
Кабельный обогрев
-
Кондиционирование
-
Обогреватели
-
Водонагреватели
-
Защита от потопа
-
Электроизделия
-
Измерение и преобразование
-
Трубы и фитинги
-
Упаковочные материалы
Подпишитесь на рассылку и получайте свежие новости и акции нашего магазина.
Водонагреватели — это устройства для нагрева воды, используемые в бытовых и промышленных целях. Они различаются по принципу работы, источнику энергии и конструкции.
В данной статье, открывающей серию, мы представим Вам общие понятия, а также акцентируем внимание на важных моментах при выборе оборудования. В следующих выпусках нашего журнала об истории, производстве и возможностях компании Masterwatt (Италия) расскажет ее генеральный директор Фабрицио Бурджио. В заключительной статье серии мы планируем рассказать о конкретных областях применения промышленных электронагревателей и представить некоторые реализованные объекты. Электронагреватели уже давно вошли во многие сферы нашей жизни, достаточно вспомнить бытовые приборы, в которых они используются: чайники, электроплиты, грили различных конфигураций, кипятильники, электроотопительные приборы, бойлеры и так далее. Однако существует совершенно другой класс электронагревателей, которые предоставляют уникальные возможности для промышленности – это промышленные электронагреватели на основе ТЭНов, мощность которых может доходить до нескольких мегаватт. По принципу устройства электронагреватели данного вида наиболее схожи с кожухотрубчатыми теплообменниками с промежуточным теплоносителем.
Давайте разберемся, какие же преимущества имеют электронагреватели по сравнению с ними:
- Максимально точное регулирование температуры продукта, а значит четкое соблюдение параметров технологического процесса.
- Возможность комплектации системы нагрева полноценной АСУ с функциями дистанционного управления, регулирования, защиты и контроля. Возможна интеграция в АСУ ТП верхнего уровня.
- Немедленный запуск и интенсивный разогрев продукта. Плавное регулирование мощности от 0 до 100 %.
- Поддержание разных технологических (температурных) режимов в одной установке нагрева.
- Минимальные затраты на подключение, пуско-наладку и обслуживание. Высокая экономическая эффективность, КПД установки до 98 %. Высокая надежность и расчетный срок службы до 25 лет.
- Возможность разогрева любых сред – от газов до металлов.
- Более компактные размеры при одинаковой мощности по сравнению с кожухотрубчатыми теплообменниками.
Все перечисленные преимущества электронагревателей дают возможность применять их в самых различных отраслях промышленности:
- На нефтеперерабатывающих заводах;
- На предприятиях химической промышленности;
- На объектах добычи и переработки нефти и газа;
- При транспортировке нефти, газа и других жидкостей;
- На объектах хранения нефти, газа и прочих продуктов;
- В электроэнергетике;
- В металлургической промышленности и т.д.
Промышленные электронагреватели можно классифицировать по нескольким признакам: по виду исполнения, по типу нагреваемой среды, по наличию взрывозащиты и другим. Классификация промышленных электронагревателей по виду исполнения выглядит следующим образом:
- погружные электронагреватели,
- проточные электронагреватели жидкости и газа,
- канальные электронагреватели воздуха и газа,
- прочие электронагреватели (плоские контактные, инфракрасные и т.д.).
Несмотря на разнообразие исполнений электронагревателей, их принцип работы схож, как и их составные части. В основе любого электронагревателя лежит трубчатый электронагреватель. Трубчатый электронагреватель (ТЭН) — электронагревательный прибор в виде металлической трубки, заполненной теплопроводящим электрическим изолятором (как правило, это один из видов оксидной керамики). Точно по центру электрического изолятора (сердцевины ТЭНа), проходит токопроводящая нихромовая нить высокого сопротивления, в которой и выделяется тепло при протекании тока. Конструкция ТЭНа показана на рис. 3.
Рис.3. Конструкция трубчатого электронагревателя
За счет высокой теплопроводности изоляционного керамического порошка перепад температуры между нагревательной нитью и оболочкой ТЭНа невелик.
Самой распространенной формой ТЭНов можно назвать U-образную (рис. 4), именно на её основе создаются пучки нагревательных элементов широкого диапазона мощностей. Кроме формы, ТЭН также имеет такие характеристики как: диаметр, длина, поверхность теплопередачи, удельное тепловыделение, общая мощность, материал оболочки, длина холодной зоны, рабочее давление.
Рис. 4. Трубчатый электронагреватель U-образной формы
Остановимся более подробно на каждом из видов промышленных электронагревателей.
Конструкция погружного электронагревателя представлена на рис. 5. Мощности таких электронагревателей могут достигать нескольких мегаватт, а температура поверхности нагревательных элементов – до 750˚С. Нагревательные элементы могут иметь длину до 8 м.
Рис. 5. Погружной промышленный электронагреватель
Сфера применения погружных электронагревателей чрезвычайно широка: обогрев и разогрев самых различных емкостей с нефтепродуктами, нагрев воды (например, в промышленных промывочных резервуарах), ребойлеры гликоля, нагрев оборотной воды на атомных электростанциях, разогрев масла в закалочных ваннах, разогрев щелочных и кислотных растворов в химической промышленности, разогрев патоки и шоколада в пищевой промышленности и так далее.
Пример реализации обогрева (Рис. 6):
- Задача: Поддержание температуры и разогрев для частичного слива битума из резервуара типа РВС 1000.
- Суммарная мощность системы электрообогрева: 300 кВт.
- Количество нагревателей: 10 шт. по 30 кВт.
- Тип электронагревателей: взрывозащищенный, погружной, низкое удельное тепловыделение – 0,5 Вт/см².
- Способ установки: на фланец по периметру резервуара на высоте 0,5 м.
- Система управления: на контакторах с защитой от перегрева битума и нагревательных элементов.

В состав проточного электронагревателя (рис. 7) входит погружной электронагреватель, помещенный в сосуд высокого давления. В сосуде предусмотрены входной и выходной патрубки. Мощность проточных электронагревателей может достигать 5 МВт, температура нагрева до 750°С, рабочее давление до 250 бар.
Рис. 7. Проточный электронагреватель
Также может быть скомпонована система из нескольких проточных электронагревателей гидравлически соединенных друг с другом (рис. 2). Таким образом можно достичь практически неограниченной мощности системы.

Сферы применения: путевые нагреватели нефти, путевые нагреватели газа, нагрев газа после дросселирования и нагрев газа перед подачей на газоперекачивающее оборудование, разогрев водорода и азота на НПЗ, разогрев масляных присадок, пароперегреватели и так далее.
Существует несколько типичных схем применения проточных электронагревателей в составе систем электрообогрева, они показаны на рис. 8.
Рис. 8. Использование проточных электронагревателей
Пример реализации обогрева (рис. 9):
- Задача: Разогрев потока водорода под высоким давлением от +90˚С до +450˚С на нефтеперерабатывающем заводе.
- Суммарная мощность системы электрообогрева: 940 кВт.
- Количество нагревателей: 1 шт.
- Тип электронагревателей: взрывозащищенный, проточный, низкое удельное тепловыделение – 0,7 Вт/см²
- Способ установки: горизонтально, встраивается в технологическую схему.
- Система управления: тиристорная с защитой от перегрева водорода и нагревательных элементов, с возможностью плавного регулирования мощности; вывод сигналов на АСУ Заказчика.

Канальные электронагреватели воздуха и газов (рис. 10) используются в технологических процессах, когда требуется постоянная температура нагретого воздуха или другого газа независимо от начальной температуры исходной среды. Такого типа нагреватели используются также для обогрева промышленных помещений, оборудования, цехов, сушильных камер, ангаров, щитовых комнат, складов с взрывоопасными или влажными материалами в тех случаях, когда требуется поддерживать заданный температурный режим.
Рис. 10. Канальный электронагреватель воздуха
Если недостаточно скорости естественной тепловой конвекции, то процесс интенсифицируется посредством специального нагнетающего вентилятора, который помимо интенсификации процесса, обеспечивает ещё и равномерность прогрева пространства. Нагревательные элементы для канальных электронагревателей изготавливаются из обычной, либо нержавеющей стали с оребренной, либо гладкой поверхностью. Нагревательные элементы монтируются на пластинчатые или стержневые опоры особым образом для облегчения
конструкции вентиляционных воздуховодов и улучшения теплообмена со средой. Нагревательные элементы для таких электронагревателей обычно выполняются с оребрением для интенсификации теплообмена, но если нагреваемый газ/воздух содержит взвешенные частицы, которые могут попасть между ребрами, то устанавливаются ТЭНы без оребрения.
Пример реального объекта (рис.11):
- Задача: обеспечение микроклимата цеха лакокрасочного производства.
- Суммарная мощность системы электрообогрева: 300 кВт.
- Количество нагревателей: 2 шт.
- Тип электронагревателей: взрывозащищенный, канальный, встроенный вентилятор.
- Способ установки: встраивается в предусмотренную систему вентиляции.
- Система управления: контакторная с контролем температуры входящего и исходящего потока воздуха, защита от перегрева нагревательных элементов.

Каждая из вышеперечисленных систем нагрева может быть укомплектована современной системой управления и питания, в том числе АСУ. Управление работой системы электрообогрева может осуществляться как локально, так и дистанционно. Контроль ведется путем снятия данных с термопар, уровнемеров, клапанов, расходомеров и т.д. Выбранный алгоритм управление может быть установлен на заводе-изготовителе либо на объекте. Имеются возможности для интегрирования системы электрообогрева в АСУ более высокого уровня, таким образом, можно запрограммировать систему так, чтобы её работа была полностью автономной и не требовала вмешательства персонала. При этом возможна реализация нескольких алгоритмов и режимов работы системы на базе программируемых логических контроллеров и специального программного обеспечения. Для защиты, как нагревательных элементов, так и разогреваемого продукта применяется специальная система защиты от перегрева. Это позволяет максимально точно дозировать тепловыделение с поверхности нагревательных элементов, тем самым обеспечивая бесперебойную работу всей системы. Эффективное внедрение нагревателей в производственные технологические процессы, особенно если речь идет о взрывоопасных зонах, требует проведения точных расчетов, проектирования индивидуальной конструкции, разработку надежной системы питания и управления. Ниже показаны важные моменты, которым необходимо уделять максимум внимания.
1. Тепловые расчеты. Необходимо корректно провести тепловой расчет и определить мощность. Эта, казалось бы, тривиальная задача является ключевой, ведь зачастую отказ от реализации электрообогрева по экономической причине происходит из-за неверно поставленной задачи и переоценки требуемых мощностей. К тому же, помимо мощности, необходимо подобрать соответствующий алгоритм работы системы, чтобы она функционировала максимально эффективно и была экономически выгодна. Например, для разогрева емкости типа РВС 1000 с замерзшим мазутом за сутки требуется мощность не менее 6-7 МВт, а для поддержания его температуры сразу после закачки на уровне 140˚С не более 100-150 кВт, естественно при условии наличия теплоизоляции. Для решения подобных задач требуются профессиональное программное обеспечение и опытные специалисты, способные провести необходимые тепловые расчеты и подобрать оптимальные с экономической точки зрения технические решения электрообогрева.
2. Наличие в перечне продуктов поставщика различных технических решений в области обогрева. Чем большую номенклатуру технических решений имеет в своем арсенале поставщик, тем более оптимальное решение с экономической точки зрения он сможет предложить Заказчику.
3. Удельное тепловыделение нагревательных элементов (УТ, Вт/см²). Данный параметр является ключевым для следующих продуктов: нефтепродукты; масла; любые жидкости, гели и суспензии, склонные к пригоранию или коксованию; взрывоопасные газы. Дело в том, что разогреть поверхность нагревательного элемента до необходимой температуры – это лишь первый этап задачи разогрева, затем необходимо это тепло с поверхности передать продукту. Здесь и начинается сложность, если продукт не может обеспечивать хороший теплоотвод ввиду своих теплофизических особенностей. Например для битумов и мазутов идеальным является значение удельного тепловыделения от 0,5 до 0,8 Вт/см². Казалось бы, всё ясно, и необходимо просто выбирать самое низкое удельное тепловыделение, но не все так просто. Уменьшая удельное тепловыделение, увеличивается общая поверхность теплообмена, тем самым увеличивая размеры и количество требуемых нагревательных элементов, что ведет к значительному удорожанию системы. Например, необходим нагреватель мощностью 1 кВт для разогрева некоторого продукта. При УТ = 0,5 Вт/см² общая поверхность нагревательных элементов составит 2000 см², а при УТ = 2 Вт/см² всего 500 см². Таким образом, мощность у данных нагревателей одинаковая, а габариты отличаются в 4 раза, что естественно влияет на цену нагревателя. Поэтому при выборе электронагревателей следует быть крайне внимательным к этому параметру, ведь лучше приобрести изначально эффективно работающую систему, чем недорогой «аналог», эксплуатация которого выльется в порчу продукта и проблемы с постоянной очисткой ТЭНов. А для взрывоопасных жидкостей и продуктов, бесконтрольный выбор нагревателей с завышенным удельным тепловыделением может привести к катастрофе. Замечу, что данный аспект актуален не только для электронагревателей, но и для паровых и жидкостных теплообменников.
4. Качество и соблюдение технологии изготовления ТЭНов производителем, широкий выбор материалов. Каждый продукт имеет свои особенности при взаимодействии с металлическими поверхностями. Соответственно материал ТЭНов и резервуаров необходимо выбирать исходя из характера продукта и температуры эксплуатации. Например, я бы рекомендовал использовать ТЭНы как минимум из нержавеющей стали марки AISI 304 для неагрессивных сред, это не вызовет сильного удорожания нагревателя и при этом значительно увеличит срок службы изделия. Для агрессивных сред требуется применения никелевых сплавов или титана. Резервуары менее подвержены коррозии, т.к. не нагреваются до столь высоких температур как ТЭНы. Поэтому чаще применяются не нержавеющие, а специальные конструкционные стали. Конечно применение «нержавейки» желательно, однако здесь вступает в силу фактор удорожания системы из-за большой металлоемкости корпуса. Но без нержавеющих сталей не обойтись для агрессивных сред и при работе с высокими и низкими температурами.
5. Вид взрывозащиты. Взрывозащита промышленных электронагревателей обеспечивается конструкцией ТЭНов и клеммных коробок, входящих в состав нагревателей. Как правило, для клеммных коробок электронагревателей используется два типа взрывозащиты – Ex-d и Ex-e. Взрывозащита типа Ex-d является предпочтительной, ввиду универсальности и может применяться во всех взрывоопасных зонах, не требуя высокой квалификации персонала при монтаже, а также она менее требовательна к условиям эксплуатации. Однако клеммная коробка Ex-d является более массивной нежели Ex-e, поэтому для обеспечения уровня взрывозащиты Ex-d зачастую приходится разбивать систему электрообогрева на 2 или несколько электронагревателей, т.к. может просто не существовать клеммной коробки Ex-d нужных размеров (речь идет от нагревателях мощностью от 300-500 кВт в одном пучке). Это может привести к удорожанию системы. Подобных трудностей не возникает с коробкой Ex-e, однако данный тип взрывозащиты требует более бережной эксплуатации.
6. Система управления. В нагревателе должна быть в обязательном порядке предусмотрена автоматическая система защиты от перегрева нагревательных элементов и нагреваемого продукта. Также важную роль играет система управления и питания нагревателя, а также алгоритм работы. Возможность дистанционного управления и контроля, интеграция в АСУ ТП Заказчика.
7. Система питания. Тиристорное или контакторное управление? Главное отличие в том, что тиристоры позволяют плавно управлять мощностью нагревателей, соответственно и температурой продукта, контактор же работает в режиме ВКЛ/ВЫКЛ. Система на тиристорах значительно дороже, однако она необходима для работы с мощностями более 100 кВт и для систем, нагревающих взрывоопасные продукты, например водород или бензин.
Рис. 12. Типовой регулятор температуры

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что подбор оптимальной системы электронагревателей для Вашей задачи являет отнюдь не тривиальным вопросом, и требует высокой квалификации. Квалифицированные специалисты инжиниринговой компании «ССТэнергомонтаж» всегда готовы выполнить любые по сложности задачи в сфере электрообогрева. «ССТэнергомонтаж» является эксклюзивным представителем компании Masterwatt s.r.l. (Италия) в России и странах ближнего зарубежья, а также авторизованным сервисным центром. Компания Masterwatt s.r.l. специализируется на производстве широкого перечня промышленных электронагревателей. Уникальные технологии, применяемые на предприятии, позволяют производить электронагреватели высочайшего качества. Masterwatt s.r.l. работает в этой области уже более 30 лет и в настоящее время является лидирующим итальянским производителем на мировом рынке.
Инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» обладает исключительным правом представлять интересы компании Masterwatt s.r.l. на территории России, Казахстана, Белоруссии и Украины в области промышленного взрывозащищенного оборудования следующих типов: - погружные электронагреватели;
- комплектные проточные нагреватели;
- воздухонагреватели всех типов;
- шкафы питания и управления для электронагревателей.
Рис. 13 Пример шкафа питания и управления проточным нагревателем большой мощности

Специалисты «ССТэнергомонтаж» аттестованы компанией Masterwatt для проведения шеф-монтажных и пусконаладочных работ по всем типам нагревателей, а также сервисного и гарантийного обслуживания.
Основным потребителем взрывозащищенных электронагревателей являются предприятия добычи, переработки и транспортировки нефтегазовой отрасли
Источник:
Журнал «Промышленный электрообогрев и электроотопление», № 1 / 2012
Автор:
- .И. Пилипенко, менеджер направления отдела развития ООО «ССТэнергомонтаж»
Водонагреватели — это устройства для нагрева воды, используемые в бытовых и промышленных целях. Они различаются по принципу работы, источнику энергии и конструкции.
- Комментарии