31.12.2008 20:24

В данном разделе представлены рекомендации по определению мощности нагревателей при обогреве металлических трубопроводов, При обогреве других объектов мощность нагревателей определяется на основании теплотехнических расчетов.
Мощность, необходимая для подогрева трубопровода, зависит от режима подогрева, вида продукта, диаметра трубопровода, разности температур между продуктом и окружающей средой и эффективности теплоизоляции.

В практике наибольшее применение имеют два режима подогрева - непрерывный и периодический.

Непрерывный режим подогрева имеет место при необходимости поддержания определенной температуры продукта, постоянно перекачиваемого по трубопроводу. Мощность нагревателей должна быть достаточной для компенсации тепловых потерь.
Периодически и режим характеризуется частыми перерывами перекачки, во время которых температура продукта в трубопроводе снижается до температуры окружающей среды. При периодическом режиме необходимо создать тепловой поток, достаточный для разогрева трубопровода, продукта для компенсации тепловых потерь.

Мощность нагревателей при непрерывном режиме определяется по графику (рис. 1), при периодическом - по графику (рис. 2).

Графики построены для следующих параметров:
а) толщина теплоизоляции, мм - 25
б) коэффициент теплопроводности, ккал/м2*ч*°С - 0,04
в) теплоемкость продукта, ккал/кг - 0,5
Мощность Pe, необходимая для компенсации тепловых потерь 1 метра теплоизолированного трубопровода при непрерывном режиме подогрева в зависимости от разности температур ?t (продукт-окружающая среда).

Мощность Ре, необходимая для разогрева одного метра теплоизолированного трубопровода в течение одного часа при периодическом режиме подогрева в зависимости от разности температур ?t (продукт- окружающая среда).


При толщине тепловой изоляции большей чем 25 мм, значение мощности следует умножить на коэффициент тепловой изоляции.
Значение коэффициента тепловой изоляции приведены в таблице 2.

Таблица 2

Разница температур между продуктом и окружающей средой, °С	Толщина тепловой изоляции, мм
	25	38	50	75
1 - 150 150 - 200	1 -	0,8 0,8	0,7 0,7	- 0,5

При установке нагревателей на открытом воздухе значение мощности следует умножить на коэффициент дополнительных потерь -1,15, учитывающий дополнительные потери от воздействия атмосферных осадков, ветра и т.п.
Уменьшение или увеличение времени разогрева при периодическом режиме приводит к пропорциональному увеличению или уменьшению значения установленной мощности нагревателей. График (рисунок 2) построен для времени разогрева 1 час.

Рекомендации по выбору типа нагревателей и способа прокладки в случае использования графиков по рис. 1 или рис. 2.

Мощность определяется по формулам: 
1) при режиме компенсации теплопотерь (непрерывный режим), график по рис. 1

P = q_c x K_н x K_из     (1)

где:
q_c - тепловые потери с метра трубопровода, Вт/м
K_н- коэффициент неучтенных потерь от влияния колебаний напряжения и т.д.
К_из - коэффициент тепловой изоляции (см. табл. 2)
2) при режиме разогрева (периодический режим), график по рис. 2

P = P_е/t + 2/3 x q_c x K_н x K_из    (2)

где:
P_c - мощность, потребляемая для разогрева 1 метра трубопровода (график по рис. 2)
t - время разогрева, ч
Выбор типа нагревателя для режима компенсации теплолотерь (непрерывный режим) рассмотрим на следующем примере:
-длина трубопровода, м - 100
-диаметр трубопровода (наружный), мм - 100
-температура продукта, °С - минус 10
Из графика (рис. 1) для диаметра трубопровода 100 мм при ?t = 50-(-10) = 60°С, тепловые потери q_c = 50 Вт/м.
По формуле (1) P= q_c x K_н x K_из
где:
K_н принимаем равным 1,2,
K_из = 1 (по табл. 2),
P= 50x1,2х1 =60 Вт/м.
Общая мощность нагревателей на весь трубопровод
P_общ = 60x100 = 6000 Вт.

При выборе нагревателя следует руководствоваться следующими рекомендациями:
- применять линейный способ прокладки сокращения мест подключения;
- применять нагреватели максимальной длины;
- при возможности сокращать номенклатуру нагревателей;
- выбирать нагреватели с максимальной удельной мощностью.
Для данного примера выбираем нагреватель типа 2 ЭНГЛ-1-1,61/220(180°С)-26,96 в количестве 3-х штук для линейного способа прокладки.
Длина нагревателя будет равна
26,96x3 = 80,88м
Мощность нагревателя равна
1,61 хЗ = 4,83кВт
Необогреваемым остается участок
100-80,88= 19,12м
Мощность для лого участка должна быть равна
6,0-4,83=1,17кВт
Для обогрева оставшегося участка выбираем нагреватель типа 2ЭНГЛ-1 - 1,32Я20(180°С)-32,96.
Способ прокладки спиральный.
Шаг спирали определяется по формуле:

t = (П x Д_н x l_m)/(l_н² - l_m²)^1/2

Д_н - наружный диаметр трубопровода, м - 0,1
l_н - длина участка трубопровода, м - 19,12
l_m - длина нагревателя, м - 32,96

t = (3.14 x 0.1 x 19.12)/(32.96² - 19.12²)^1/2 = 6.0/(720)^1/2 = 0.22 м

Выбор типа нагревателя для режима разогрева (периодический режим) рассмотрим на следующем примере:
- длина трубопровода, м - 100
- диаметр трубопровода (наружный), мм - 100
-температура продукта,°С - минус 10
Из графика (рис. 1) для диаметра трубопровода 100 мм при ?t = 50-(-10) = 60°С тепловые потери q_c = 50 Вт/м.
Из графика (рис. 2) для диаметра трубопровода 100 мм при ?t = 60°С, мощность, потребляемая на разогрев 1 метра трубопровода P_е = 400 Вт/м.
По формуле (2)

P = P_е/t + 2/3 x q_c x K_н x K_из
где:

К_н - принимаем равным 1,2, 
К_из = 1 (по табл. 2),
t = 1 ч,

P = 400/1 + 2/3 * 50 * 1.2 * 1 = 440 Вт/м

Общая мощность нагревателей на весь трубопровод
P_общ = 440x100 = 44000 Вт.
Для данного примера выбираем нагреватель типа 2 ЭНГЛ-1-2,08/220(180°С)-20,88.
Определяем необходимое количество нагревателей
44000:2080 = 21,15
Для монтажа берем 22 нагревателя. Суммарная мощность нагревателей
22 х 2080 = 45760 Вт.
Шаг спирали для намотки 22 нагревателей
= (3,14 x 0.1 x 100)/((20.88 x 22)² - 100²)^1/2 = 31.4/(211012 - 10000)^1/2 = 31.4/448.3 = 0.07м