電気ヒートトレース: ケーブルの種類、選択基準、および設置ガイド

北部の気候にあるプロセスプラントでは、午前 4 時 30 分に凝縮水の戻りラインが失われます。気温がマイナス18度まで下がり、ラインが凍結して朝勤は生産が開始できなくなった。このシナリオは、非加熱パイプのコストを過小評価している施設で毎年冬に繰り返されます。ラインのブロックは、生産の損失、労働力、修理を含めて、通常、完全な電気ヒートトレースの設置よりもはるかに高いコストがかかります。そのため、ヒートトレースは利便性のためではなく、プロセスの可用性のための保護層として指定されています。

電気ヒートトレースは、パイプ、タンク、バルブ、機器に外部から熱を加える制御された方法です。断熱材を通して失われる熱を補うことにより、流体の温度を維持したり、凍結を防ぎます。この記事の残りの部分では、その仕組み、利用可能なケーブルの種類、適切なシステムの選択方法、現場でのほとんどの障害の原因について説明します。

電気熱トレースの機能

電気ヒートトレースシステムは、パイプ表面に沿って敷設された加熱ケーブル、ケーブル上に設置された断熱材、および電源をオン/オフする制御システムで構成されます。ケーブル内の抵抗体に電流が流れると発熱します。その熱はパイプの壁を通って流体に伝わり、断熱材を通して失われる熱と平衡します。

ヒートトレースは、加熱要素がプロセス流体に触れないという基本的な点で浸漬加熱とは異なります。これにより、既存のラインの改造、長い配管、内部ヒーターが流れを妨げたりホットスポットを作成したりする機器に適しています。トレースは、バルブ、フランジ、サポート、器具など、浸漬ヒーターを設置できない領域でも機能します。

3 つの主要なヒート トレース ケーブル タイプ

適切なケーブルを選択することは、ヒート トレース プロジェクトにおいて最も重要な決定です。 3 つの主要なテクノロジーは、自己調整、定ワット並列、および直列定電力です。それぞれに異なる動作があり、選択は回路の長さ、制御戦略、設置方法に影響します。

自己調整ケーブル

自己調整ケーブルは、2 本のバスワイヤの間に導電性ポリマーコアを使用します。温度が上昇すると、ポリマーの抵抗が増加し、熱出力が低下します。このフィードバック効果は、ケーブルがそれ自身の温度を自然に制限することを意味します。現場で必要な長さに切断でき、焼損の危険なく重ね合わせることができます。これは、中小規模のパイプの凍結防止に最も一般的な選択肢です。

定ワット数パラレルケーブル

定ワット数ケーブルは、母線に電熱線が巻き付けられ、間隔をあけて接続されています。パイプ温度に関係なく、1 メートルあたりの出力は一定のままです。これらのケーブルは、自己調整タイプよりも高く、安定した電力を供給しますが、重複させてはならず、過熱を防ぐためにサーモスタットが必要です。安定した出力が必要な温度維持に適しています。

中距離にわたって安定した出力を必要とするアプリケーションには、フィールド終端コールドリードと標準化された接続キットを備えた柔軟な定電力加熱ケーブルが利用可能です。

プロセスヒートトレース用の柔軟な定電力加熱ケーブル この一定ワット数のケーブルは、単位長さあたりの熱出力を均一に維持し、現場に合わせて切断できるため、安定した温度制御が必要な中程度の長さのパイプラインに適しています。 製品を見る→

直列定電力ケーブル

直列ケーブルは、全長に沿って単一の抵抗導体を使用します。電力出力は回路に沿って均一であり、回路の長さは数キロメートルに及ぶこともあります。そのため、長いパイプライン、積載ライン、および給電ポイントが遠く離れている用途に最適です。ただし、特定の長さに合わせて設計および製造する必要があるため、平行ケーブルよりも計画が重要です。

実際に重要な選択基準

まずは運用目標から始めます。システムは凍結を防止していますか? それともプロセス温度を維持していますか?凍結防止により、より広い温度範囲とより簡単な制御が可能になります。特に粘性流体や発熱プロセスの温度維持には、正確な制御と、最低周囲温度での熱損失に見合ったケーブル出力が必要です。

熱損失の計算には 4 つの入力が必要ですが、実際にはどれも省略することはできません。

• 温度と予想される最低周囲温度を維持する
• パイプのサイズ、肉厚、材質
• 断熱材の種類と厚さ
• 予想される風当たりと設置環境

メートルあたりの熱損失がわかったら、それをケーブル出力と比較します。一般的な安全マージンは 10 ～ 20% ですが、それを超えてサイズを大きくすると、エネルギーが無駄になり、温度に敏感な液体が損傷する可能性があります。流体の種類も重要です。重油は水よりも高い維持温度を必要とし、周囲条件で固化する流体はシャットダウン後に回復するためにより高い追跡能力を必要とします。

危険区域の分類はすべてを変えます。爆発性雰囲気では、ケーブル、接続、および制御キャビネットは適切な認証を取得し、ゾーンの要件に従って設置する必要があります。機密扱いの領域にある標準ケーブルは、直接的な安全違反です。

周囲温度が -20°C を下回ることがほとんどなく、媒体が水または軽質プロセス流体である場合の霜防止義務の場合、耐湿構造を備えた高温定格トレース ヒーターがほとんどの屋外設置をカバーします。

凍結防止用高温トレースヒーター 屋外設置での霜防止用に設計されたこの定ワット数ヒーターは、高温でも確実に動作し、中程度の寒冷気候で水や軽質プロセス流体を運ぶパイプに適しています。 製品を見る→

ほとんどの失敗の原因となるインストール エラー

現場でのヒートトレース障害のほとんどは、ケーブルの欠陥ではなく、取り付けミスに遡ります。ケーブルはパイプの表面に完全に接触している必要があります。ケーブルとパイプ間の空隙は絶縁層として機能し、コールド スポットを作成します。ジャケットを潰す可能性があるケーブルタイではなく、承認されたテープまたはストラップを使用してケーブルを 300 ～ 500 mm ごとに固定するのが標準的な方法です。

パイプサポートやフランジの鋭いエッジは、設置中または熱膨張中にジャケットを切断する可能性があります。ケーブルは端を避けるように配線するか、金属製のガードで保護する必要があります。接続と終端は最も脆弱なポイントです。すべてのスプライスとエンド シールは、メーカーが承認したキットを使用して作成し、湿気から密閉する必要があります。単一の密閉が不十分な終端は、地絡トリップの最も一般的な原因です。

ケーブルを断熱材で覆う前に、各回路の絶縁抵抗を測定してください。このテストでは、ケーブルの損傷や湿気の侵入を早期に発見します。広く受け入れられている最小測定値は 20 メガオームですが、新しい設置では数百メガオームを測定することがよくあります。各回路の値を記録します。これは将来のメンテナンスのベースラインになります。

電気ヒートトレースの施工基準と検査基準にはこれらの点が詳しく記載されており、現場で作業を開始する前に確認する価値があります。

電熱トレースの施工技術と検査基準 .

制御システムとエネルギー効率

コントローラーのないヒート トレース ケーブルは、必要に関係なくフル稼働しているヒーターと同じです。凍結防止用途では、数か月間エネルギーが無駄になる可能性があります。パイプ表面に配置されたライン感知サーモスタットは、パイプ温度が設定点を超えると電力を遮断し、周囲感知コントローラーが外部温度に反応します。温度を維持するには、パイプ上または流体上に直接配置されたセンサーを備えたコントローラーを使用すると、より厳密な制御が可能になります。

すべてのヒートトレース回路には地絡保護が組み込まれている必要があります。健全な加熱ケーブルの漏れ電流は小さいですが、ジャケットが損傷していると、標準的な回路ブレーカーが検出できないアースへの経路が形成される可能性があります。 30 mA 漏電装置が人員とシステムの両方を保護します。危険エリアでは、制御キャビネットがゾーンに対して承認され、他の保護理念と統合されている必要があります。

トレースが機密領域を通過する場合、電源および監視コンポーネントは、その場所向けに設計された認定エンクロージャ内に属します。

危険場所用加熱トレース制御キャビネット この認定された制御キャビネットは、ヒートトレース回路の温度監視と電源管理を統合し、機密環境での安全な動作を提供し、信頼性の高いメンテナンスチェックをサポートします。 製品を見る→

メンテナンスとトラブルシューティング

適切に設置されたヒートトレースシステムのメンテナンス負担は低いですが、ゼロではありません。寒い季節の前の年に一度の検査には、ケーブル ジャケットの切断、摩耗、または化学的攻撃の目視チェックが含まれる必要があります。断熱材が損傷しておらず、防水されていることを確認します。設置ベースラインと比較した絶縁抵抗テスト。測定値がベースラインから 25% 以上低下した場合は、問題が進行していることを示します。

一般的な故障モードとしては、終端部の湿気、パイプのメンテナンス作業による機械的損傷、サーモスタットの故障などがあります。回路がトリップした場合は、最初にコントローラ、次に終端、次にケーブルをチェックします。原因不明の地絡が再発する可能性があるため、ブレーカーをリセットしてその場から立ち去らないでください。

メーカーのスプライシング キットを使用すると、自己調整ケーブルの損傷部分を簡単に交換できます。直列定電源ケーブルの場合、回路全体が影響を受ける可能性があるため、修理の選択肢はさらに限られます。

システム設計では、保守性をすでに考慮している必要があります。アクセス可能な接続ボックス、ラベル付き回路、設計計算の記録により、今後のあらゆる介入がより迅速かつ安全になります。十分に文書化されたヒートトレースシステムは資産です。文書化されていないものは、寒い夜を待つ責任です。