Проточные нагреватели в системах подогрева жидкостей и газов

Проточные нагреватели, обычно встроенные в технологическую магистраль или циркуляционный контур, служат эффективным средством, чтобы подогревать жидкие и газообразные среды. Нагреватель состоит из нагревательных элементов, сосуда высокого давления (резервуара), клеммной коробки, монтажного оборудования, изоляции, входных и выходных соединений.

В зависимости от технических требований, составные части проточных нагревателей (нагревательные элементы, оболочка резервуаров, клеммы) изготавливаются из различных материалов. Различаются и номинальная мощность оборудования, и допустимое рабочее давление среды. Проточные нагреватели спроектированы таким образом, что рабочая среда проходит непосредственно через нагревательные элементы. Тепло в среде распространяется быстро и равномерно.

Помимо того, что проточные нагреватели просто установить и обслуживать, их главными преимуществами являются эффективность, быстрота действия, равномерная теплопередача, широкий диапазон параметров и безотходная работа. Многие компании предпочитают электрические нагреватели массивным газовым отопительным системам. Однако, чтобы реализовать эти преимущества, нагреватель должен быть правильно подобран. Это можно осуществить только тогда, когда полностью понятна задача, которую необходимо решить.

Что необходимо учесть, подбирая проточные нагреватели

Проточные нагреватели широко распространены во многих технологических процессах, особенно в химической промышленности или там, где перерабатывают углеводороды и природный газ, производят электроэнергию. Ими нагревают воздух, азот, водород, воду (включая деминерализованную, питьевую, чистую и технологическую) и масла (в том числе гидравлическое масло, смазки, топливо и сырую нефть). Кроме этого, нагревателями перегревают пар - это процесс, при котором его нагревают до очень высоких температур, чтобы увеличить энтропию.

Подбирая проточный нагреватель следует учитывать следующие характеристики:

• Химический состав, вязкость, термические свойства и коррозионное воздействие нагреваемой среды;
• Минимальный и максимальный расход;
• Рабочее и расчетное давление;
• Минимальные и максимальные рабочие и расчетные температуры;
• Место установки (внутри или снаружи);
• Ориентация монтажа (горизонтальная или вертикальная);
• Условия окружающей среды;
• Доступная мощность (вольт, фаза, ампер);
• Требования к датчику температуры;
• Требования к контролю температуры;
• Требования к падению давления;
• Требования к классификации взрывоопасных зон;
• Требования к сертификации оборудования.

Если заранее учесть максимальное количество переменных, останется меньше возможностей ошибиться с выбором.

Из чего изготавливают проточный нагреватель

Выбрать материал изделия - это важное конструкторское решение. Обычно нагревательные элементы изготавливают из нержавеющей стали марки 08Х17Н13М2 (аналог AISI316) или сплава 800/840. Корпус проточного нагревателя обычно изготавливают из углеродистой стали или нержавеющей AISI316. Выбирая материалы, необходимо учитывать химический состав и коррозионную активность нагреваемой среды.

Обычно проектировщики выбирают изделия с типовыми параметрами. Они доступны и их можно быстро доставить. Однако во многих специализированных задачах требуется индивидуальный подход. Есть примеры конструкций, в которых среда течет по изолированному пути (обычно по трубам из нержавеющей AISI316 или из хромоникелевых сплавов), и никогда прямо не контактирует с нагревательным элементом. Это особенно важно, когда нагреваются сверхагрессивные или легковоспламеняющиеся среды.

Рабочая температура нагревательного элемента

Еще один фактор, который необходимо учесть: как сильно будет разогреваться проточный нагреватель. От этого зависят срок службы, физический размер и количество нагревательных элементов. Как правило, чем выше рабочая температура нагревателя, тем короче срок его службы, особенно, когда он взаимодействует с агрессивной коррозионной средой.

Чтобы определить мощность проточного нагревателя, необходимо выполнить расчеты. Это гарантирует надлежащую температуру и скорость нагрева среды. Проводится анализ состава потока, его скорости и наибольшей разности температур (ΔT) в нагревателе. Чтобы увеличить теплопередачу, можно установить перегородки, которые увеличат площадь эффективного теплосъема.

Мощность нагревательного элемента должна быть подобрана так, чтобы сохранялась надежность оборудования, и не портилась подогреваемая среда. Ране это решалось, когда понижалась удельная мощность нагревателя. С новыми технологиями, в которых поток усиливается и улучшается теплопередача между средой и элементами нагревателя, появилась возможность увеличить удельную мощность нагревателя и сократить его габаритные размеры. В результате получилось компактное, легкое и эффективное решение. В некоторых случаях можно уменьшить количество нагревателей и сократить объем резервуаров.

Ориентация проточных нагревателей

Проточный нагреватель необходимо правильно сориентировать в пространстве, чтобы нагревательные элементы были погружены в подогреваемую среду полностью:

• Если подогревается жидкость, то нагреватель необходимо разместить горизонтально впускным и выпускным патрубками вверх. Обычно впускное отверстие находится ближе к клеммной коробке, однако, когда поток создается низкотемпературными жидкостями, это не критично;
• Другой вариант для жидкостей: нагреватель ориентируют вертикально так, чтобы клеммная коробка находилась внизу, а входное отверстие - ближе к дну. Это гарантирует, что нагревательные элементы во время работы будут полностью погружены в среду;
• Для воздуха или газов проточный нагреватель необходимо ориентировать горизонтально так, чтобы входное соединение находилось ближе к клеммной коробке. Это необходимо, чтобы ее защитить от высоких температур.

Источник: Process Heating