Электрокалориферы, или взрывозащищенные электрические нагреватели канального типа, служат для нагрева воздуха, азота, аргона и других нейтральных газов на различных промышленных предприятиях. Области применения канальных электронагревателей обширны: вентиляционное оборудование; системы кондиционирования воздуха; сушильная техника; отопление помещений; системы ОВКВ; противообледенительные системы; установки повторного нагрева.
Отрасли использования промышленных нагревателей повышенной безопасности: добывающая промышленность; обрабатывающая промышленность; переработка нефти и природного газа; энергетика; аэрокосмические лаборатории; строительная индустрия; судостроение; машиностроение; химическая промышленность; промышленные производства. С учетом заданных условий эксплуатации (рабочая температура, объемный поток, среда) мощность канальных нагревателей может варьироваться от 500 Вт до более 1000 кВт.
Особенности конструкции
Канальный электрический нагреватель обычно представляет собой приваренную к фланцу связку формованных нагревательных элементов из нержавеющей стали. Элементы разделены специальными пластинами в целях исключения их соприкосновения для увеличения надежности эксплуатации всей конструкции. Соединительные клеммы каждого нагревательного элемента выведены в коробку подключения, которая располагается на некотором расстоянии от фланца для исключения нагрева клемм и устройств контроля температуры.
Какую сталь выбрать?
Марку нержавеющей стали для нагревательных элементов канальных электрических нагревателей рекомендуется подбирать, принимая во внимание условия эксплуатации оборудования:
1. AISI 316L — самая распространенная сталь среднего ценового сегмента, применяющаяся в производстве нагревательных элементов в канальных электрических нагревателях. Добавление молибдена (2–3 %) делает ее устойчивой к химическим реактивам. Низкое содержание углерода создает высокую степень устойчивости к межкристаллитной коррозии. Этот вид стали рекомендуется при нагреве воздуха до температуры менее +400 °C. Предельная температура нагревательных элементов составляет +680 °C.
2. AISI 321 — высокотемпературная сталь с добавлением титана. Рекомендуется при длительном процессе нагрева до температуры +600 °C. Предельная температура нагревательных элементов составляет +750 °C.
3. AISI 309 — жаропрочная аустенитная сталь с повышенным содержанием хрома, самая надежная из перечисленных. Рекомендуется при нагреве до температуры от +600 до +700 °C. Предельная температура нагревательных элементов составляет +1000 °C.
Заказчик сам может выбрать материал рамы, фланцев и коробки подключения — обычно это нержавеющая или оцинкованная сталь. Выбор материала конструкции осуществляется на этапе проектирования электротермической установки.
Как контролировать температуру нагреваемой среды и температуры поверхности ТЭНа?
Электрические канальные нагреватели оснащены температурными датчиками, позволяющими контролировать температуру на выходе, расход температуры поверхности нагревательных элементов и удельную мощность. Регулировка желаемой мощности нагрева осуществляется в зависимости от числа нагревательных элементов конструкции такими устройствами как механические термостаты, ограничители перегрева поверхности нагревательных элементов, термопары типа «K» и «Т», а также термометры сопротивления РТ100. Возможно оснастить калориферы преобразователями сигналов с термопар в токовый сигнал 4–20 мА. При мощности термоустановки более 10 кВт канальные электрические нагреватели оснащаются отдельными шкафами управления. При показателях мощности менее 10 кВт отдельный шкаф питания, как правило, не нужен. Шкафы управления нагревом можно разделить по типам управления:
1. Контакторное управление (вкл/выкл). При достижении заданной температуры нагреваемой среды подогреватель отключается. При понижении температуры нагреваемой среды температурный датчик фиксирует ее изменение и включает подогреватель.
2. Тиристорное управление (плавное регулирование). Термоустановка включается не сразу, постепенно увеличивая значения тока. При достижении заданной температуры калорифер не отключается, а работает в установленном режиме. При уменьшении температуры нагреваемого воздуха мощность плавно увеличивается.
Преимущества контакторного типа управления: умеренная цена; относительная простота конструкции; двухпозиционное регулирование (вкл/откл.). Преимущества тиристорного типа управления: отсутствие скачков мощности; плавный выход на заданный уровень температуры; высокий ресурс эксплуатации всей системы в целом; высокая точность поддержания температуры (до 0,5 °C). Что касается энергообеспечения рассматриваемого оборудования, то канальные электрические нагреватели, как правило, рассчитаны на трехфазное питание 380 В.
При небольших мощностях эксплуатационных режимов (до 7–8 кВт) нагреватели проектируют с расчетом на однофазное напряжение 220 В, а при высоких потребностях в мощности эти показатели составляют 480 и 660 В.
Работа во взрывоопасных зонах
Взрывозащищенное оборудование по стандартам делится на группы:
- I — оборудование, предназначенное для применения в подземных выработках шахт, рудников, опасных в отношении рудничного газа и горючей пыли, а также в тех частях наземных строений, в которых существует опасность присутствия рудничного газа и горючей пыли;
- II — оборудование, предназначенное для применения во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок;
- III — оборудование, предназначенное для применения во взрывоопасных пылевых средах.
Канальные электрические нагреватели, применяемые во взрывоопасных зонах, должны иметь взрывозащищенную коробку подключения, соответствующую условиям эксплуатации. Взрывоопасность воздушной смеси и других субстанций зависит от их воспламеняющейся концентрации, а также от собственных характеристик и классификаций: IIA — пропан, бутан, бензин, ацетон, керосин, сырая нефть; IIB — этилен, этил, эфир, бутадиен; IIC — водород, ацетилен.
Взрывоопасные газы имеют различную температуру самовоспламенения — чем ниже эта температура, тем опаснее газ. Оборудование для работы во взрывоопасных зонах разделяют на классы максимальных температур поверхности нагревательных элементов: T1 (+450 °C); T2 (+300 °C); T3 (+200 °C); T4 (+135 °C); T5 (+100 °C); T6 (+85 °C). Максимальная температура на поверхности ТЭН должна быть ниже температуры воспламенения газов или веществ, содержащихся в помещении эксплуатации электрооборудования при нормальных или аварийных рабочих условиях.
Для этого в конструкции взрывозащищенных калориферов применяются дополнительные устройства контроля температуры поверхности нагревательных элементов.
Типы взрывозащищенных коробок
В конструкции взрывозащищенных канальных нагревателей используются два типа клеммных коробок:
1. Защитная коробка типа «е» (повышенная безопасность). Используется высококачественный изолирующий материал, рассчитанный в соответствии с путями утечки и расстоянием по воздуху, а также в соответствии с качеством электрических подключений, что исключает появление источника возгорания электрической дуги и повышение температуры в рабочих режимах. При использовании коробки повышенной безопасности взрывозащищенный калорифер маркируется как «EExeIIT1…T6».
2. Защитная коробка типа «d» (пламезащитный кожух). Коробка подключения сдерживает взрыв и гарантирует, что возгорание не распространится за ее пределы. Температура ее поверхности должна быть ниже температуры самовоспламенения окружающих газов и паров. При использовании этого вида коробки взрывозащищенный канальный электронагреватель маркируется как «EExdBIIT1… T6» или «EExdСIIT1…T6».
Как выбрать электрокалорифер?
Электрические нагреватели воздуха могут быть использованы как на крупных промышленных объектах, так и для обогрева вокзалов, аэропортов, административных зданий, торговых центров. Тип электрического нагревателя подбирается в зависимости от задач конкретного технологического процесса. Прежде всего, необходимо правильно рассчитать мощность электротермического оборудования, которая зависит от расхода воздуха и требуемой температуры на выходе из подогревателя.
Затем необходимо определить габаритные размеры конструкции. Канальные нагреватели встраивают в имеющийся воздуховодный канал или поставляются в комплекте с рамой квадратного, прямоугольного или круглого сечения в зависимости от формы сечения уже имеющегося воздуховода. При необходимости между каналом и коробкой подключения нагревателя устанавливают теплоизолирующий кожух и «лапы» для вертикальной или горизонтальной конструкции.
Если оборудование предназначено для эксплуатации во взрывоопасных зонах необходимо правильно выбрать тип взрывозащиты и определить температурный класс оборудования. Существует внушительный ряд нормативных документов и стандартов, регламентирующих процесс выбора вида взрывозащиты для оборудования, допускаемого к использованию в каждой из групп взрывоопасных зон.
Этот факт делает выбор индивидуальной разработки электронагревателя под конкретные задачи применения более логичным для технологических процессов, требующих поддержки постоянной температуры нагретого воздуха или иного газа в любой первоначальной температуре среды. Это наиболее актуально для обогрева различных промышленных объектов — помещений, цехов, камер для просушивания, складов со взрывоопасными и возгораемыми веществами, щитовых, ангаров. Канальные нагреватели необходимы там, где нет центрального отопления и есть недостаток естественной конвекции воздуха.
