配管トレース加熱: 仕組み、種類、産業用途

産業施設内の 1 本のパイプが凍結すると、生産ライン全体が停止する可能性があります。石油とガス、化学処理、および発電では、冬の周囲温度をはるかに超えて凝固、結晶化、または凍結する流体が配管に運ばれますが、トレース加熱はオプションの安全装置ではありません。これはプロセスの信頼性の中核となるコンポーネントです。

配管トレース加熱とは何ですか?

配管トレース加熱は、周囲環境への熱損失を補償するために、パイプ、容器、バルブ、計器類の外面に沿って設置された電気加熱ケーブルのシステムです。ケーブルは配管の長さにわたって (経路を「トレース」して) 発生し、熱損失を相殺して、配管内容を目標温度以上に保ちます。

動作原理は単純です。パイプの内容物が周囲環境よりも暖かい場合、すべてのパイプは周囲に熱を失います。断熱はこの損失を遅らせますが、完全になくすことはできません。 トレース加熱は、断熱材が保持できない熱を積極的に置き換えます。 、継続的に熱バランスを維持します。その結果、内部の流体は流体のままであり、流量は一定に保たれ、プロセス化学反応は温度変化によって中断されません。

電気トレース加熱は、より正確な制御、より簡単な設置、より低いメンテナンスオーバーヘッド、および個々の回路をリモートで監視する機能を提供するため、新しい産業設備における蒸気トレースに大きく取って代わりました。 IEEE 515、IEC 60208、BS 6351 などの国際規格は、危険用途と非危険用途にわたる電気トレース加熱システムの設計と設置を管理します。

トレース加熱システムの仕組み

完全な配管トレース加熱システムは、加熱ケーブル、断熱材、制御システム、設置アクセサリという、連携して動作する 4 つの主要コンポーネントで構成されています。

の 加熱ケーブル アルミニウムテープを使用してパイプ表面に直接固定されているため、熱接触が改善され、熱がより均一に分散されます。ケーブルはパイプに沿って配線されます。短い配線の場合は真っ直ぐに、より高い熱出力要件の場合は螺旋状に巻き付けられます。バルブ、フランジ、およびパイプ サポートでは、これらの継手が生成するより高い熱損失を補うために、追加のケーブルがループ状に巻かれています。

ケーブルやパイプを越えて、 断熱材 動作温度に応じて、通常はミネラルウール、発泡ガラス、またはケイ酸カルシウムが適用されます。絶縁層は、ケーブルに必要な加熱負荷を大幅に軽減します。十分に絶縁されたシステムでは、絶縁されていないパイプが要求する電力のほんの一部しか必要としないため、システム全体の効率にとって絶縁の選択はケーブルの選択と同じくらい重要になります。

の 制御システム — サーモスタット、コントローラー、または大規模な設置ではネットワーク化された監視パネル — は、パイプまたは周囲の温度に基づいて、ケーブルがいつ通電または切断されるかを決定します。ほとんどのシステムは、監視されている温度が設定点 (通常、凍結防止のため 3 ～ 5°C) を下回ると作動し、温度が安全なレベルに回復するとオフになります。プロセス温度を維持するには、より厳密な制御バンドを使用して、流体を正確な粘度または反応性ウィンドウ内に維持します。

取り付けアクセサリ (エンド シール、電源接続ボックス、ジャンクション ボックス、および T コネクタ) によって回路が完成し、湿気の侵入や機械的損傷から保護されます。

配管用途の加熱ケーブルの種類

すべての加熱ケーブルがすべてのパイプ用途に適しているわけではありません。主なカテゴリは、回路に沿って熱を生成および分配する方法が異なります。

自己調整ケーブル 配管の凍結防止や低～中温のメンテナンスに最も広く指定されているタイプです。その出力は、局所的なパイプ温度に応じてケーブルの長さに沿って自動的に変化します。つまり、パイプが最も冷たいところではより多くの熱が生成され、パイプがより暖かいところでは出力が減少します。これにより、本質的にエネルギー効率が高く、過熱に対して安全になります。現場で適切な長さに切断し、バルブで重ね合わせ、回路を再設計することなく、変動する周囲条件全体で使用できます。

定ワット数並列ケーブル パイプの温度に関係なく、単位長さあたり一定の出力を供給します。これらは、回路全体に沿って正確で一貫した熱入力が必要なアプリケーション、または長い回路長が自己調整ケーブルの実用範囲を超えるアプリケーションに最適です。電力出力が変化しないため、定ワット数回路では過熱を避けるために正確なサーモスタット制御が必要です。

鉱物絶縁 (MI) ケーブル は、高温プロセスのメンテナンス、つまり維持温度が 150°C を超える用途、またはパイプ環境が機械的損傷、腐食性化学薬品、または放射線にさらされる用途に指定されています。 MI ケーブルは金属シースと酸化マグネシウム絶縁体を使用しており、ポリマー被覆ケーブルでは耐えられない極端な条件に対する耐性を備えています。

全文を閲覧する ヒートトレース製品範囲 、温度維持のための低温トレース ヒーターと、厳しい環境での凍結防止のための高温トレース ヒーターが含まれます。

配管トレース加熱の産業用途

の range of pipework applications where trace heating is specified covers most major industrial sectors.

で 石油とガスの処理 、原油、重燃料油、ワックス含有炭化水素、および硫黄パイプラインはすべて、流動点または凝固温度が一般的な周囲条件よりもはるかに高いため、微量の加熱が必要です。たとえば、硫黄パイプラインでは、約 130°C の温度を維持する必要があります。これは、露出した配管での積極的な加熱なしでは達成できません。

で 化学および石油化学プラント 、粘性ポリマーから反応性中間体に至るプロセス流体は、正確な温度範囲内に維持する必要があります。これらの窓の外側での熱損失は、粘度、反応速度、または結晶化挙動を変化させ、最悪の場合、完全な閉塞または危険な分解を引き起こします。

上下水道システム 加熱されていない構造物または屋外環境で、露出した主管、計装ライン、排水管、および消火システムの凍結を防止するためにトレース加熱を使用します。極度の霜が降りたときに 15 分間停電しただけでも、重要な計装ラインが凍結してしまう可能性があります。

で 食品および飲料の製造 、チョコレート、脂肪、油、砂糖溶液は、ポンピング可能な状態を維持するために温度を維持する必要があります。有効成分や溶媒を輸送する医薬品パイプラインにも同様の要件があり、多くの場合、製品の安定性によって厳しい温度耐性が求められます。

発電設備 燃料油システム、冷却水ライン、計器導圧管、凝縮水戻り配管など、熱損失がタービンの可用性や安全システムの性能に影響を与えるあらゆる場所で、トレース加熱を広範囲に使用します。

システム設計の考慮事項

配管トレースを効果的に加熱するには、ケーブルを選択する前に正確な熱損失を計算する必要があります。主な入力値は、パイプのサイズと材質、流体の維持温度、最低周囲温度、風速の暴露、断熱材の種類と厚さです。加熱ケーブルのサイズが小さすぎると、システムは設計上の最小条件中に温度を維持できなくなります。サイズを大きくしすぎるとエネルギーが無駄になり、温度に敏感なパイプライニングやコーティングが損傷する可能性があります。

可燃性ガスや粉塵が存在する可能性のある危険区域に設置する場合、ケーブルの選択は ATEX または IECEx 認定要件に準拠する必要があり、制御機器も同様にその区域に合わせて定格を満たしている必要があります。危険な場所でのトレース加熱には、危険な場所用に認定されたヒート トレース制御キャビネットと、本質安全または適切に保護された適切なケーブル ジャケット材料が必要です。

のrmostats and controllers must be positioned to accurately reflect the temperature at the coldest point of the circuit — not an average. Sensor location errors are one of the most common causes of under-performance in installed systems. For large installations, networked monitoring systems provide circuit-level alarming and energy data, allowing maintenance teams to detect faults or degraded insulation before a process failure occurs.

エンドシール、電源接続ボックス、ティーキットなどの完全なトレースヒーター取り付けキットと付属品により、回路が最初から適切に終端され、保護されることが保証されます。

メンテナンスと長期信頼性

トレース ヒーティング システムは、通常、正しく設置されればメンテナンスはそれほど簡単ではありませんが、パフォーマンスを維持するには定期的な検査が不可欠です。最も一般的な故障モードは、絶縁体の濡れまたは損傷 (熱損失が増加し、ケーブルが定格を超えて動作する可能性があります)、ケーブル ジャケットの物理的損傷、およびケーブル終端部に水分が侵入するエンド シールの破損です。

年に一度の電気試験では、絶縁抵抗と消費電流を測定し、回路が故障する前に劣化した回路を特定します。赤外線サーモグラフィーは、回路の故障や断熱セクションの欠落を示す配管内のコールド スポットを特定するために、季節の試運転中にますます使用されています。

大規模な微量暖房設備を管理する運用チーム向けに、 産業用電気制御システム 集中監視、自動警報、エネルギーログを可能にし、手作業による検査の負担を軽減し、規制や保険の目的でシステムパフォーマンスの文書化された証拠を提供します。