Otápění potrubí a dalších technologií

Transkript

1 montáže a opravy vyhrazených elektrických zařízení výhradní zastoupení firmy pro ČR a SR flexelec REVOS s.r.o. tel.: CZ Brno, Hudcova 76 fax: revos@revos.cz 1. Proč otápět? Otápění potrubí a dalších technologií Tepelná izolace kolem potrubí nezastaví úplně únik tepla z média v potrubí, ale pouze ho zpomalí. Potrubí tedy nezamrzne hned, ale až po několika dnech. Podstatou činnosti topných kabelů při otápění potrubí a technologií je ve většině případů eliminace tepelných ztrát, ke kterým dochází v tepelné izolaci otápěných části. To znamená, že je potřeba dodat tolik tepla, kolik uniklo do okolí. Stejné je to i při udržování procesní teploty média. Pokud umístíme správně zvolený topný kabel pod izolaci, zůstane teplota stabilní. Jenom výjimečně se teplo dodává z důvodu zvýšení teploty média. Otápění v průmyslu: Dle účelu otápění rozlišujeme: - ochrana proti mrazu a přimrzání, - zamezení kondenzace, - udržování procesní teploty, - ohřev (tj. zvyšování teploty média, dodávka tepla médiu). Můžeme otápět různé části technologie: - potrubí, - armatury a výměníky, - nádrže a zásobníky, - dopravní cesty materiálu (např. násypky, svodky, redlery, šnekové dopravníky). Otápění v občanské sféře: - ochrana proti mrazu (např vodovodní, odpadní, požární potrubí) - udržování teploty (např. rozvody TUV, tuková kanalizace). V občanské sféře se setkáváme s otápěním potrubí, ale i armatur případně nádrží a zásobníků. Podlahové vytápění, otápění venkovních ploch a okapů řeší příslušné aplikační listy.

2 2. Návrh instalace otápění potrubí Pro řádný návrh topného systému je nutné znát všechna potřebná projekční data otápěné technologie. Předejte se tak problémům při realizaci a provozování systému. Získat potřebná data není vždy jednoduché. Aby bylo možno klást správné otázky a data byla úplná, byly sestaveny vzorové dotazníky pro každou aplikaci Výpočet tepelných ztrát potrubí Abychom mohli udržovat teplotu média v potrubí, musíme dodat stejné množství tepla, které médium ztrácí. Pro výpočet tepelných ztrát izolovaného potrubí platí následující vztah: 2. π. λ Q =.( t m t o ), ln(d / 2 + b) ln(d / 2) kde Q je tepelná ztráta pro 1 m potrubí ve [W/m], λ je součinitel tepelné vodivosti izolace ve [W/m.K], D vnější průměr trubky v [m], b tloušťka izolace v [m], t m teplota média v potrubí (žádaná teplota) ve [ C], t o teplota okolí ve [ C]. Pro stanovení potřebného výkonu je vhodné tepelnou ztrátu vynásobit koeficientem provedení izolace (typicky 1,06). Určení potřebného výkonu zjednodušuje Tabulka 1. Upozornění: Velmi doporučujeme vyvarovat se otápění neizolovaného potrubí. Pokud je použita i ta nejslabší izolace, potřebný výkon rapidně klesá. Potrubní vedení většinou obsahuje kromě vlastního potrubí i další prvky, na kterých dochází k tepelným ztrátám dopravovaného média. Jedná se především o armatury (ventily, klapky, šoupata), dále čerpadla, podpěry nebo závěsy. U všech těchto prvků je nutné počítat se zvýšenými tepelnými ztrátami, které je třeba kompenzovat. Při výpočtu těchto ztrát je možné vycházet z izolované plochy zařízení a počítat jako ztrátu obecné plochy. Pro zjednodušení návrhu přidáváme délku kabelu přibližně 10-ti násobku průměru potrubí jako kompenzaci tepelných ztrát typických armatur (ventilů a klapek) a pro kompenzaci tepelných ztrát podpěr a závěsů přidáváme délku kabelu přibližně rovnou 5-ti násobku průměru potrubí. Upozornění: V případě použití samoregulačního kabelu jsme určili výkon kabelu při požadované teplotě média. Výkonovou hodnotu kabelu je nutné určit z grafu závislosti výkonu samoregulačního kabelu na teplotě Výpočet tepelných ztrát nádrží, zásobníků a dalších technologických zařízení Pro výpočet tepelných ztrát dalších technologických zařízení platí obdobná pravidla jako pro potrubí. Ve většině případů se pokrývají ztráty tepelné izolace zařízení. Tyto ztráty je třeba kompenzovat otápěním. Pro výpočet tepelné ztráty izolované rovinné plochy platí následující vztah:.(t m t o ) Q = λ, d kde Q je tepelná ztráta rovinné plochy pro 1 m 2, λ je součinitel tepelné vodivosti izolace ve [W/m.K], d tloušťka izolace v [m], t m teplota média uvnitř zařízení (žádaná teplota) ve [ C], teplota okolí ve [ C]. t o Výpočet se zpracuje pro celý ochlazovaný plášť zařízení. Otápění se však realizuje většinou pouze ve spodní části, například do výšky minimální hladiny. Sem je potřeba soustředit všechen vypočtený výkon. Vzhledem k tomu, že nádrže, zásobníky a jiná technologická zařízení mají různá žebra, výztuhy, příruby vstupů a výstupů, nosné konstrukce, je nutné hodnotu tepelných ztrát vypočtených pomocí předchozího vztahu zvýšit násobením konstantou v rozsahu 1,5 až 3 dle skutečného provedení zařízení. OTÁPĚNÍ POTRUBÍ 2

3 TABULKA 1 Tepelné ztráty izolovaného potrubí [W/m]: λ = 0,038 W/mK při 10 C Tloušťka DN [mm] izolace Ext.D [mm] [mm] T [ C] OTÁPĚNÍ POTRUBÍ 3

4 2.2 Určení typu topného kabelu Výběr vhodného typu topného kabelu není možné vždy udělat jednoznačně. Při použití topných kabelů FLEXELEC je vhodné vycházet z katalogu jejich výrobků. Nejprve je nutné zvolit konstrukční typ kabelu: Sériové odporové topné kabely se pro otápění potrubí a dalších technologií již téměř nepoužívají. Přes jejich nízkou cenu je deklasuje především nutnost použít různé ohmické hodnoty pro různé délky potrubí. Pokud nepoužijeme dvoužilový topný kabel nebo topný kabel se zpětným vodičem (KYCYR) je dále nutné z topného kabelu udělat smyčku a tu napájet z jednoho místa. Další výraznou nevýhodou je nižší provozní spolehlivost. V případě přerušení poměrně subtilního odporového elementu přestává fungovat celá smyčka. Pouze v případě dlouhých otápěných potrubí je vhodné použít robustní sériový topný kabel pro dlouhá potrubí RSL, který snižuje počet napájecích míst (po 1,5 km). Tento kabel se vyrábí na objednávku pro konkrétní aplikaci. Topné kabely s konstantním výkonem jsou již kabely paralelní. Tento typ je napájen vždy z jednoho místa a je možné ho na místě montáže zkracovat na potřebnou délku. Topný kabel s konstantním výkonem je levnější ve srovnání se samoregulačním topným kabelem a snáze se s ním dosahuje odolnosti vůči vyšším teplotám. Většinou však vyžaduje regulaci s čidlem na potrubí a při otápění plastového potrubí je potřeba volit nízký výkon (10 až 15 W/m), aby nedošlo k poškození potrubí. Topný kabel FTP s izolací z PVC je určen pro nižší teploty (do 90 C), především jako ochrana potrubí proti mrazu. Topné kabely řady FTSH a FTTH nacházejí uplatnění při udržování vyšších procesních teplot (do 200 C) nebo jako protimrazová ochrana parních potrubí (impulsní potrubí). Samoregulační topné kabely jsou také paralelní topné kabely. K možnosti zkracování na potřebnou délku a napájení z jedné strany se přidává schopnost samoregulace. Výkon tohoto topného kabelu se mění v závislosti na teplotě. Topný kabel tak podle momentálních tepelných podmínek v každém místě dodává pouze tolik tepla, kolik je potřeba, a výrazně tím šetří elektrickou energii. Pro provoz není teoreticky potřeba další regulace. Díky těmto vlastnostem jsou samoregulační topné kabely pro otápění potrubí nejrozšířenější. Pro protimrazovou ochranu se nejčastěji používá typ FST, průmyslový samoregulační topný kabel pro nižší teploty (do 65 C). Pro udržování vyšších procesních teplot (do 110 C) typicky v chemickém průmyslu je určen typ FSV. Typ FSX ve vypnutém stavu odolává teplotám až 200 C a tím umožňuje například proplach potrubí párou. Pro méně náročné průmyslové podmínky a pro občanskou sféru jsou určeny kabely FSG a FSH. Typ FSG je odlehčenou obdobou kabelu FST pro ochranu proti zamrznutí nebo udržování nižších teplot (dohřev TUV bez ochrany před Legionellou). Pro dohřev TUV a ochranu před Legionellou (rozsáhlé objekty, nemocnice) je určen typ FSH. Při návrhu otápění pomocí samoregulačních topných kabelů je potřeba počítat s vyšším náběhovým proudem a odpovídajícím způsobem dimenzovat jištění a napájení. Náběhové proudy jednotlivých typů jsou uvedeny v katalogových listech. Provoz samoregulačních topných kabelů na hranici jejich maximální povolené teploty výrazně zkracuje jejich životnost (kumulativně 1000 hodin). Maximální délka topného kabelu je závislá na typu kabelu a vychází z průřezu napájecích vodičů kabelu a z jeho výkonové hodnoty. OTÁPĚNÍ POTRUBÍ 4

5 Výše zmíněné paralelní typy topných kabelů (samoregulační a s konstantním výkonem) se vyrábí ve více výkonových variantách a mohou být vybaveny dalšími ochrannými vrstvami. Základní provedení topného kabelu může být pro větší mechanickou odolnost a elektrickou ochranu vybaveno opředením. Jedná se buď o pocínované měděné opředení nebo opředení z nerezové oceli se zvýšenou chemickou odolností. Dále mohou být topné kabely vybaveny vnějším termoplastovým pláštěm (PVC) pro mechanickou a chemickou ochranu před sloučeninami na vodné bázi. Fluoropolymerový plášť zajišťuje teplotní odolnost do 200 C a chemickou ochranu před sloučeninami na uhlovodíkové bázi. Všechny průmyslové typy samoregulačních kabelů a některé topné kabely s konstantním výkonem jsou v provedení s opředením a vnějším pláštěm schváleny pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Paralelní topné kabely vykazují mnohem větší provozní spolehlivost než kabely sériové. Je to dáno především jejich robustností napájecí vodiče mají větší průřez než odporový vodič sériových kabelů kabely snesou větší namáhání v tahu. V případě, že dojde k místnímu poškození paralelního topného kabelu, pokud není narušen izolační stav nebo přerušen napájecí vodič přestane topit pouze poškozený úsek, ale zbytek kabelu funguje dál. TABULKA 2 Chemická odolnost silikonové gumy a PVC: Chemická sloučenina Koncentrace PVC Silikon Chemická sloučenina Koncentrace PVC Silikon Kyseliny: Rozpouštědla: kyselina octová 10% ne ano aceton ne ne koncentrovaná ne ano octan butylnatý ne ne kyselina chromová 50% ne ano alkohol amylnatý ano koncentrovaná ne alkohol butylnatý (butanol) ne kyselina citrónová ano etylalkohol (etanol) ano kyselina mravenčí 80% ne ano isopropylalkohol ne kyselina chlorovodíková 20% ano ano metylalkohol (metanol) ano koncentrovaná ne ano benzen ne ne kyselina dusičná 10% ne ano benzín ne koncentrovaná ne ne terpentýn ne kyselina olejová ano éter ne ne kyselina šťavelová ano perchloretylén ne kyselina fosforečná 10% ano ano chlorid uhličitý ne ne koncentrovaná ano toluen ne ne kyselina stearilová ano ano Jiné: kyselina sírová 10% ano ano anilín ne ano koncentrovaná ne ne anhydrid ftalátový ano ano Zásady: anhydrid siřičitý ne ano hydroxid amonný 10% ne ano bróm ne ne koncentrovaný ne ano chlór ne hydroxid draselný 10% ano ano chlorová voda ne ano 50% ne ano dibutylftalát ne ano hydroxid sodný 50% ne ano para dichlorbenzen ne ne Solné roztoky: chlorovaný difenyl ano octan amonný ano voda ano ano uhličitan amonný ano ano vařící voda ne ano chlorid barnatý ano ano pára ne ne uhličitan vápenatý ano ano peroxid vodíku 80% ano chlorid vápenatý ano ano etylenglykol ano chlornan vápenatý ano etylenoxid ne ano síran měďnatý 50% ano ano formaldehyd 40% ano síran železnatý ano ano freon 12 ne dvojchroman draselný ano ano freon 14 ne chlorid draselný ano ano glycerín ano kyselý síran sodný ano ano metylchlorid ne ne kyselý siřičitan sodný ano parafín ne uhličitan sodný 2% ano pentachlorfenol 10% ano chlorid sodný 20% ano ano fenol 85% ne ano kyanid sodný ano ano chlorid fosforečný ne ne chloristan sodný 20% ano chlorid křemičitý ne sirnatan sodný ano ano Poznámky: - není-li uvedeno označení, informace nebyly k dispozici - silikonovou gumu není možné použít do kontaktu s oleji a tuky - fluoropolymer (Teflon) je použitelný téměř se všemi chemikáliemi OTÁPĚNÍ POTRUBÍ 5

6 2.3 Instalace topných kabelů a jejich příslušenství Detailní instrukce k montáži kabelů na potrubí podává příručka Pokyny pro instalaci topných kabelů. Ke každé připojovací a zakončovací soupravě je navíc přiložen návod k připojení. Instrukce je dobré dodržovat, protože většina problémů, které se v praxi vyskytují, je zapříčiněna špatnou montáží Pokládka topných kabelů a jejich připojení Potrubí se většinou ošetřuje topným kabelem přiloženým podélně. Pokud jsou výkonové nároky vyšší, raději se použijí dva a více paralelně vedené kabely podél potrubí. Ovíjení potrubí topným kabelem se využívá zřídka kvůli komplikovanosti ovíjení. jeden topný kabel dva topné kabely tři topné kabely Topný kabel se připevňuje k potrubí pomocí polyetylenové lepící pásky FX/PE nebo sklotextilní lepící pásky FX/FG obtočením ve vzdálenostech cca 30 cm. Pro lepší přestup tepla především u plastového potrubí je vhodné topný kabel po délce přelepit hliníkovou lepící páskou FX/AL. Potrubní oblouky a kolena se ošetřují po vnější straně. Pro příruby, armatury, podpěry, závěsy a další místa zvýšených tepelných ztrát se vynechají smyčky, které se navinou na ošetřované zařízení tak, aby byla možná jeho opravitelnost a vyměnitelnost bez demontáže větší délky topného kabelu. Kratší potrubní odbočky se také ošetřují pomocí smyčky Zakončování topných kabelů Topné kabely se ukončují pomocí připojovacích a zakončovacích souprav. Zakončování topných kabelů je potřeba provádět pečlivě tak, aby dovnitř kabelu nemohla pronikat vlhkost. Pečlivě provedené ukončení přispěje k jeho dlouhé životnosti. Rozlišujeme dva způsoby ukončování topných kabelů: - za tepla - teplem smrštitelné hadice a tvarovky vybavené vevnitř lepidlem, - za studena - silikonové tvarovky přilepené silikonovým tmelem. Všechny soupravy umožňující připojení do krabice obsahují odpovídající vývodky s oválným těsněním. Součástí každé připojovací a zakončovací soupravy je návod k montáži. Průchod topného kabelu oplechováním izolace má být chráněn pomocí průchodky izolací FX/GI. Pro označení otápěného potrubí nebo technologického zařízení slouží samolepící výstražný štítek POZOR ELEKTROOHŘEV s označením FX/LB. OTÁPĚNÍ POTRUBÍ 6

7 2.3.3 Napájení topných kabelů Topné kabely jsou napájeny prostřednictvím připojovacích krabic. Většinou je topný kabel zaveden přímo do krabice. Pro prostředí bez nebezpečí výbuchu se používají připojovací krabice FX/JB, pro prostředí s nebezpečím výbuchu jsou to svorkovnicové skříně FX/JBX. Při montáži na potrubí je výhodné použít držák z nerezové oceli FX/JBB vhodný nejen pro krabice FX/JB a FX/JBB, ale i pro regulátory EBERLE a ZPA. Krabice mohou sloužit nejen pro připojení napájecího napětí, ale i pro rozbočování topných kabelů. Lze tak vytvořit větvený topný systém sledující větvení potrubní technologie. Jedinou omezující podmínkou je celková maximální délka topného kabelu napájeného z jednoho místa. V některých případech může být výhodné topný kabel nastavit studeným přívodem šňůrou s plastovou nebo silikonovou izolací. K tomuto účelu slouží univerzální soupravy FS/KIT/1,2 a FT/KIT/1,2. Napájecí rozvaděč musí obsahovat jištění. U topných kabelů s konstantním výkonem se vychází z výkonu a délky kabelu. V případě samoregulačních topných kabelů je důležitý náběhový proud pro 1 m kabelu dle katalogového listu násobený délkou kabelu. Veškerá otápění potrubí a technologických zařízení by měla být chráněna proudovým chráničem 30 ma. Rozvaděč může dále obsahovat regulaci Regulace Pokud použijeme pro ochranu proti zamrzání samoregulační kabely, většinou není nutné ani žádoucí topné kabely spínat a regulovat podle čidla umístěného na otápěné technologii. Samoregulační kabely udržují teplotu samy. Abychom odstavili topný systém mimo období, kdy mrzne, je nejvhodnější použít prostorový (venkovní) termostat. Firma EBERLE nabízí řadu prostorových elektronických termostatů AZT. Jsou vybaveny vestavěným čidlem a mají krytí IP 54. Toto provedení je předurčuje k montáži poblíž regulovaných topných kabelů. Do termostatu mohou být zavedeny dva kabely. Jeden napájecí a druhý přívod k topnému kabelu. Termostat je možné namontovat přímo na držák FX/JBB. Pro prostředí s nebezpečím výbuchu doporučujeme regulátor teploty prostorový ZPA Ekoreg v provedení EEx de IIC T6. Regulátor je také možné montovat na držák FX/JBB. Topné kabely s konstantním výkonem je většinou nutné regulovat pomocí čidla umístěného na otápěné technologii. Regulátory s dálkovým čidlem najdou uplatnění i při přesné regulaci samoregulačních kabelů. Dále je vhodné použít tento typ regulátoru i pro spínání dle venkovní teploty, kdy regulátor je umístěn v rozvaděči a čidlo je vyvedeno do venkovního prostoru. Pro montáž poblíž otápěné technologie je možné použít regulátor s dálkovým čidlem UTR s krytím IP 65. Regulátor je možné montovat na držák FX/JBB. Pro použití v rozvaděči je určen regulátor ITR-3 montovaný na lištu DIN. Čidlo je možné osadit do venkovního prostoru nebo na otápěnou technologii. Oba výše zmíněné regulátory vyrábí firma EBERLE. V prostředí s nebezpečím výbuchu je možné použít regulátor teploty prostorový ZPA Regulátor se vyrábí v mnoha variantách i v provedení EEx de IIC T6. Baňka s kapilárou se umístí na technologii a regulátor je vhodné namontovat na držák FX/JBB. OTÁPĚNÍ POTRUBÍ 7