โรงงานแปรรูปแห่งหนึ่งในสภาพอากาศทางตอนเหนือสูญเสียท่อส่งกลับคอนเดนเสทเมื่อเวลา 04:30 น. อุณหภูมิลดลงถึง -18°C สายการผลิตค้าง และกะเช้าไม่สามารถเริ่มการผลิตได้ สถานการณ์นี้เกิดขึ้นซ้ำทุกฤดูหนาวในโรงงานที่ประเมินต้นทุนของท่อที่ไม่ได้รับความร้อนต่ำเกินไป สายการผลิตที่ถูกบล็อก รวมถึงการสูญเสียการผลิต แรงงาน และการซ่อมแซม มักจะมีราคาสูงกว่าการติดตั้งระบบติดตามความร้อนทางไฟฟ้าที่สมบูรณ์ นั่นคือเหตุผลที่การติดตามความร้อนไม่ได้ถูกกำหนดไว้เพื่อความสะดวก แต่เป็นชั้นป้องกันสำหรับความพร้อมใช้งานของกระบวนการ
การติดตามความร้อนด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีการควบคุมในการเพิ่มความร้อนให้กับท่อ ถัง วาล์ว และเครื่องมือจากภายนอก จะรักษาอุณหภูมิของของเหลวหรือป้องกันการแช่แข็งโดยการชดเชยความร้อนที่สูญเสียไปผ่านฉนวนกันความร้อน ส่วนที่เหลือของบทความนี้จะอธิบายวิธีการทำงาน ประเภทสายเคเบิลที่มีอยู่ วิธีเลือกระบบที่เหมาะสม และสาเหตุที่ทำให้ฟิลด์ส่วนใหญ่ล้มเหลว
ระบบติดตามความร้อนทางไฟฟ้าประกอบด้วยสายเคเบิลทำความร้อนที่วางอยู่ตามพื้นผิวท่อ ฉนวนกันความร้อนที่ติดตั้งอยู่เหนือสายเคเบิล และระบบควบคุมการเปิดและปิดเครื่อง เมื่อกระแสไหลผ่านส่วนต้านทานภายในสายเคเบิลจะทำให้เกิดความร้อน ความร้อนนั้นถ่ายเทผ่านผนังท่อไปยังของไหล และทำให้ความร้อนที่สูญเสียไปผ่านฉนวนสมดุลกัน
การติดตามความร้อนแตกต่างจากการให้ความร้อนแบบแช่ในวิธีพื้นฐานประการหนึ่ง นั่นคือ องค์ประกอบความร้อนไม่ได้สัมผัสกับของเหลวในกระบวนการ ทำให้เหมาะสำหรับการดัดแปลงท่อที่มีอยู่เดิม สำหรับงานเดินท่อยาว และสำหรับอุปกรณ์ที่เครื่องทำความร้อนภายในอาจรบกวนการไหลหรือสร้างจุดร้อน การติดตามยังใช้ได้กับวาล์ว หน้าแปลน ส่วนรองรับ และเครื่องมือในบริเวณที่ไม่สามารถติดตั้งเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มได้
การเลือกสายเคเบิลที่เหมาะสมคือการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดในโครงการติดตามความร้อน เทคโนโลยีที่โดดเด่นสามประการคือการควบคุมตนเอง กำลังไฟฟ้าคงที่แบบขนาน และพลังงานคงที่แบบอนุกรม แต่ละรายการมีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน และตัวเลือกจะส่งผลต่อความยาวของวงจร กลยุทธ์การควบคุม และแนวทางปฏิบัติในการติดตั้ง
สายเคเบิลแบบควบคุมตัวเองใช้แกนโพลีเมอร์นำไฟฟ้าระหว่างสายบัสสองเส้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานของโพลีเมอร์จะเพิ่มขึ้นและความร้อนที่ปล่อยออกมาจะลดลง ผลตอบรับนี้หมายความว่าสายเคเบิลจะจำกัดอุณหภูมิของตัวเองตามธรรมชาติ สามารถตัดให้มีความยาวในสนามได้ และสามารถทับซ้อนกันได้โดยไม่เสี่ยงต่อความเหนื่อยหน่าย เป็นตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการป้องกันการแข็งตัวของท่อขนาดเล็กและขนาดกลาง
สายไฟที่มีกำลังไฟคงที่จะมีลวดทำความร้อนพันอยู่รอบๆ สายบัสและเชื่อมต่อเป็นระยะๆ เอาต์พุตต่อเมตรคงที่โดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิของท่อ สายเคเบิลเหล่านี้ให้พลังงานที่สูงกว่าและสม่ำเสมอกว่าประเภทแบบควบคุมตัวเอง แต่ต้องไม่ทับซ้อนกัน และต้องใช้เทอร์โมสตัทเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป เหมาะกับการรักษาอุณหภูมิที่ต้องการเอาต์พุตที่สม่ำเสมอ
สำหรับการใช้งานที่ต้องการเอาต์พุตที่เสถียรในระยะทางปานกลาง มีสายเคเบิลทำความร้อนด้วยพลังงานคงที่ที่ยืดหยุ่นพร้อมสายนำเย็นที่ปลายภาคสนามและชุดเชื่อมต่อมาตรฐานให้เลือกใช้
สายไฟทำความร้อนด้วยพลังงานคงที่แบบยืดหยุ่นสำหรับการติดตามความร้อนในกระบวนการ สายไฟที่มีกำลังวัตต์คงที่นี้รักษาความร้อนที่จ่ายออกมาสม่ำเสมอต่อความยาวหน่วย และสามารถตัดให้พอดีกับไซต์งานได้ ทำให้เหมาะสำหรับท่อส่งความยาวปานกลางที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิที่เสถียร ดูผลิตภัณฑ์ → สายเคเบิลซีรีส์ใช้ตัวนำต้านทานตัวเดียวตลอดความยาว กำลังขับที่สม่ำเสมอตลอดวงจร และความยาวของวงจรสามารถขยายออกไปได้หลายกิโลเมตร ทำให้เหมาะสำหรับท่อยาว สายโหลด และการใช้งานที่จุดจ่ายไฟฟ้าอยู่ห่างจากกัน อย่างไรก็ตาม ต้องได้รับการออกแบบและผลิตตามความยาวที่กำหนด ดังนั้นการวางแผนจึงมีความสำคัญมากกว่าการใช้สายเคเบิลแบบขนาน
| คุณสมบัติ | การควบคุมตนเอง | ขนานกำลังวัตต์คงที่ | ซีรีย์กำลังคงที่ |
|---|---|---|---|
| พฤติกรรมเอาท์พุต | ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น | เอาท์พุทคงที่ต่อเมตร | เอาต์พุตสม่ำเสมอตามวงจร |
| การตัดสนาม | ตัดให้ยาวบนเว็บไซต์ | ตัดตามความยาวตามจุดที่กำหนด | ความยาวที่ออกแบบจากโรงงาน |
| อนุญาตให้ทับซ้อนกัน | ใช่ | ไม่ | ไม่ |
| ความยาววงจรทั่วไป | สูงถึง 100 ม | สูงถึง 200 ม | กิโลเมตรก็ได้ |
| เหมาะที่สุดสำหรับ | ป้องกันการแช่แข็งของท่อขนาดเล็ก | การบำรุงรักษาอุณหภูมิ | ท่อยาวและมีกำลังสูง |
เริ่มต้นด้วยเป้าหมายการดำเนินงาน ระบบป้องกันการแข็งตัวหรือรักษาอุณหภูมิของกระบวนการหรือไม่ การป้องกันการแช่แข็งช่วยให้แถบอุณหภูมิกว้างขึ้นและควบคุมได้ง่ายขึ้น การบำรุงรักษาอุณหภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับของไหลที่มีความหนืดหรือกระบวนการคายความร้อน จำเป็นต้องมีการควบคุมที่แม่นยำและเอาต์พุตกำลังของสายเคเบิลที่ตรงกับการสูญเสียความร้อนที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำสุด
การคำนวณการสูญเสียความร้อนต้องใช้อินพุตสี่อินพุต และในทางปฏิบัติ คุณไม่สามารถข้ามอินพุตใดๆ ได้:
เมื่อทราบการสูญเสียความร้อนต่อเมตรแล้ว ให้เปรียบเทียบกับเอาต์พุตของสายเคเบิล อัตราความปลอดภัยโดยทั่วไปอยู่ที่ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ แต่การเกินขนาดจะทำให้สิ้นเปลืองพลังงานและอาจสร้างความเสียหายให้กับของเหลวที่ไวต่ออุณหภูมิได้ ประเภทของของไหลก็มีความสำคัญเช่นกัน: น้ำมันหนักต้องมีอุณหภูมิคงตัวสูงกว่าน้ำ และของไหลที่แข็งตัวในสภาวะแวดล้อมต้องใช้พลังการติดตามที่สูงกว่าในการกู้คืนหลังจากการปิดเครื่อง
การจำแนกประเภทพื้นที่อันตรายเปลี่ยนแปลงทุกสิ่ง ในบรรยากาศที่อาจเกิดการระเบิด สายเคเบิล การเชื่อมต่อ และตู้ควบคุมต้องมีใบรับรองที่เหมาะสมและติดตั้งตามข้อกำหนดของโซน สายเคเบิลมาตรฐานในพื้นที่จำแนกถือเป็นการละเมิดความปลอดภัยโดยตรง
สำหรับหน้าที่ป้องกันน้ำค้างแข็งที่อุณหภูมิโดยรอบไม่ค่อยลดลงต่ำกว่า -20°C และตัวกลางคือน้ำหรือของเหลวในกระบวนการเบา เครื่องทำความร้อนแบบติดตามอุณหภูมิสูงที่มีโครงสร้างกันความชื้นจะครอบคลุมการติดตั้งกลางแจ้งส่วนใหญ่
เครื่องทำความร้อนร่องรอยอุณหภูมิสูงเพื่อป้องกันการแช่แข็ง ออกแบบมาเพื่อการป้องกันน้ำค้างแข็งในการติดตั้งกลางแจ้ง เครื่องทำความร้อนที่มีกำลังวัตต์คงที่นี้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิสูง และเหมาะกับท่อที่บรรทุกน้ำหรือของเหลวในกระบวนการเบาในสภาพอากาศเย็นปานกลาง ดูผลิตภัณฑ์ → ในภาคสนาม ความล้มเหลวในการติดตามความร้อนส่วนใหญ่จะย้อนกลับไปที่ข้อผิดพลาดในการติดตั้งมากกว่าข้อบกพร่องของสายเคเบิล สายเคเบิลต้องสัมผัสกับพื้นผิวท่อทั้งหมด ช่องว่างอากาศระหว่างสายเคเบิลและท่อทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวนและสร้างจุดเย็น แนวทางปฏิบัติมาตรฐานคือการยึดสายเคเบิลทุกๆ 300 ถึง 500 มม. ด้วยเทปหรือสายรัดที่ผ่านการรับรอง ไม่ใช่สายรัดเคเบิลที่สามารถบดขยี้แจ็คเก็ตได้
ขอบแหลมคมบนส่วนรองรับท่อและหน้าแปลนสามารถตัดแจ็คเก็ตระหว่างการติดตั้งหรือระหว่างการขยายตัวเนื่องจากความร้อน ควรเดินสายเคเบิลเพื่อหลีกเลี่ยงขอบ หรือป้องกันด้วยตัวป้องกันโลหะ การเชื่อมต่อและการยุติเป็นจุดอ่อนที่สุด รอยต่อและซีลปลายทุกอันต้องทำด้วยชุดอุปกรณ์ที่ได้รับอนุมัติจากผู้ผลิตและปิดผนึกป้องกันความชื้น การสิ้นสุดการปิดผนึกที่ไม่ดีเพียงจุดเดียวเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการเดินทางจากข้อผิดพลาดภาคพื้นดิน
ก่อนที่จะหุ้มสายเคเบิลด้วยฉนวนกันความร้อน ให้วัดความต้านทานของฉนวนของแต่ละวงจรก่อน การทดสอบนี้จะตรวจพบความเสียหายของสายเคเบิลและความชื้นซึมเข้าไปตั้งแต่เนิ่นๆ การอ่านขั้นต่ำที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลายคือ 20 เมกะโอห์ม แม้ว่าการติดตั้งใหม่มักจะอ่านได้หลายร้อยก็ตาม บันทึกค่าสำหรับแต่ละวงจร มันจะกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการบำรุงรักษาในอนาคต
มาตรฐานการก่อสร้างและการตรวจสอบสำหรับการติดตามความร้อนด้วยไฟฟ้าครอบคลุมประเด็นเหล่านี้โดยละเอียด และควรค่าแก่การตรวจสอบก่อนเริ่มงานนอกสถานที่
เทคนิคการก่อสร้างและมาตรฐานการตรวจสอบการติดตามความร้อนด้วยไฟฟ้า .
สายเคเบิลติดตามความร้อนที่ไม่มีตัวควบคุมคือเครื่องทำความร้อนที่ทำงานเต็มประสิทธิภาพโดยไม่คำนึงถึงความจำเป็น ในแอปพลิเคชันป้องกันการแช่แข็ง นั่นอาจหมายถึงการสิ้นเปลืองพลังงานเป็นเวลาหลายเดือน เทอร์โมสแตทตรวจจับเส้นที่วางอยู่บนพื้นผิวท่อจะตัดไฟเมื่ออุณหภูมิท่อสูงกว่าจุดที่ตั้งไว้ ในขณะที่ตัวควบคุมตรวจจับสภาพแวดล้อมตอบสนองต่ออุณหภูมิภายนอก สำหรับการดูแลรักษาอุณหภูมิ อุปกรณ์ควบคุมที่มีเซ็นเซอร์วางอยู่บนท่อหรือบนของเหลวโดยตรงจะช่วยให้การควบคุมเข้มงวดยิ่งขึ้น
วงจรติดตามความร้อนทั้งหมดควรมีการป้องกันความผิดปกติของกราวด์ กระแสไฟรั่วในสายเคเบิลทำความร้อนที่ดีนั้นมีน้อย แต่แจ็คเก็ตที่เสียหายสามารถสร้างเส้นทางลงกราวด์ซึ่งเซอร์กิตเบรกเกอร์มาตรฐานตรวจไม่พบ อุปกรณ์ที่เกิดข้อผิดพลาดกราวด์ขนาด 30 mA จะปกป้องทั้งบุคลากรและระบบ ในพื้นที่อันตราย ตู้ควบคุมจะต้องได้รับการอนุมัติสำหรับโซนนั้นและบูรณาการเข้ากับปรัชญาการป้องกันที่เหลือ
ในกรณีที่การติดตามวิ่งผ่านพื้นที่จัดประเภท กำลังไฟฟ้าและส่วนประกอบการตรวจสอบจะอยู่ในกล่องหุ้มที่ผ่านการรับรองซึ่งออกแบบมาสำหรับสถานที่นั้น
ตู้ควบคุมการติดตามความร้อนสำหรับสถานที่อันตราย ตู้ควบคุมที่ได้รับการรับรองนี้รวมการตรวจสอบอุณหภูมิและการจัดการพลังงานสำหรับวงจรติดตามความร้อน ให้การทำงานที่ปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่จัดประเภท และสนับสนุนการตรวจสอบการบำรุงรักษาที่เชื่อถือได้ ดูผลิตภัณฑ์ → ภาระการบำรุงรักษาของระบบติดตามความร้อนที่ติดตั้งอย่างดีมีน้อย แต่ก็ไม่เป็นศูนย์ การตรวจสอบทุกปีก่อนฤดูหนาวควรรวมถึงการตรวจสอบปลอกหุ้มสายไฟด้วยสายตาเพื่อดูรอยตัด การเสียดสี หรือการโจมตีทางเคมี การตรวจสอบว่าฉนวนมีความสมบูรณ์และกันน้ำได้ และการทดสอบความต้านทานของฉนวนเปรียบเทียบกับพื้นฐานการติดตั้ง ค่าที่อ่านได้ลดลงมากกว่า 25 เปอร์เซ็นต์จากค่าพื้นฐานส่งสัญญาณถึงปัญหาที่กำลังพัฒนา
โหมดความล้มเหลวทั่วไป ได้แก่ ความชื้นที่จุดสิ้นสุด ความเสียหายทางกลจากงานบำรุงรักษาท่อ และเทอร์โมสแตทที่ไม่ทำงาน เมื่อวงจรตัดการทำงาน ให้ตรวจสอบคอนโทรลเลอร์ก่อน จากนั้นจึงต่อสาย จากนั้นจึงตรวจสอบสายเคเบิล อย่าเพิ่งรีเซ็ตเบรกเกอร์แล้วเดินออกไป เพราะข้อผิดพลาดของกราวด์ที่ไม่ได้ระบุอยู่จะกลับมาอีกครั้ง
การเปลี่ยนส่วนที่เสียหายของสายเคเบิลแบบควบคุมตัวเองนั้นทำได้ง่ายและรวดเร็วเมื่อใช้ชุดต่อประกบของผู้ผลิต สำหรับสายไฟคงที่แบบอนุกรม ตัวเลือกการซ่อมแซมจะมีข้อจำกัดมากกว่า เนื่องจากอาจส่งผลกระทบต่อทั้งวงจร
การออกแบบระบบควรคำนึงถึงการบำรุงรักษาอยู่แล้ว กล่องเชื่อมต่อที่เข้าถึงได้ วงจรที่มีป้ายกำกับ และบันทึกการคำนวณการออกแบบทำให้ทุกการแทรกแซงในอนาคตรวดเร็วและปลอดภัยยิ่งขึ้น ระบบติดตามความร้อนที่มีการบันทึกไว้อย่างดีถือเป็นทรัพย์สิน ที่ไม่มีเอกสารเป็นความรับผิดชอบที่รอคืนที่หนาวเย็น
