Сухой ТЭН в колбе 24 кВт: сколько элементов поставить на фланец

24 кВт сухими керамическими нагревателями в колбах почти никогда не делают одним элементом. Стандартная сборка - 6 колб по 4 кВт или 8 колб по 3 кВт на общем фланце, каждая со своей герметичной металлической гильзой и ценой на керамический картридж в 2-3 раза ниже, чем у одного мощного элемента. Дальше - как выбрать между этими вариантами и что считать перед заказом.

Разрез бака: шесть сухих колб на общем фланце, снаружи - клеммная коробка с контактами каждого элемента

Что такое сухой ТЭН в колбе и почему его путают с трубчатым

Внутри колбы нет нихромовой спирали в магнезитовой засыпке, как у обычного трубчатого ТЭНа. Нагревательный элемент - керамическое, чаще стеатитовое, основание с намотанной на него спиралью. Эта вставка садится внутрь герметичной металлической колбы (гильзы), и сама колба погружается в бак или ванну. Среды касается только наружная стенка колбы, спираль с водой или маслом никогда не соприкасается напрямую.

Отсюда и путаница в терминологии: на рынке «колбой» иногда называют вообще любую сборку из нескольких трубчатых ТЭН на одном фланце, даже если каждая трубка погружена в воду целиком. Это другая конструкция - там при отказе элемента меняется весь трубчатый узел. В сухой колбе меняется только внутренний картридж, сама гильза остаётся вваренной в бак годами.

Сколько колб нужно на 24 кВт

Два рабочих варианта компоновки покрывают почти все задачи промышленного нагрева. Разница - в шаге регулировки и в том, сколько мощности теряется при отказе одной колбы.

Для гальванических ванн и технологических процессов с жёстким допуском по температуре берут 8 колб: шаг 3 кВт даёт плавнее выход на режим, и отказ одной колбы почти не заметен на процессе. Для простого подогрева воды в технологической ёмкости достаточно 6 колб по 4 кВт - меньше точек герметизации на фланце.

Как понять, что нужно именно 24 кВт

Мощность считается от объёма среды, перепада температур и времени нагрева, а не берётся «с запасом». Формула:

P = 0,00116 × V × ΔT / t

где V - объём в литрах, ΔT - на сколько градусов нужно поднять температуру, t - время нагрева в часах.

Пример из заявки: ванна обезжиривания на 1000 литров щелочного раствора, нужно поднять температуру с 15 до 65°C (ΔT = 50°C) за 2,5 часа перед началом смены:

P = 0,00116 × 1000 × 50 / 2,5 = 23,2 кВт

23,2 кВт по расчёту округляют вверх до 24 кВт - запас в 0,8 кВт компенсирует остывание ванны через стенки за время нагрева и неполный КПД передачи тепла через стенку колбы. Если бы время на нагрев было не 2,5, а 2 часа, потребовалось бы уже 29 кВт - тогда компоновку меняют на 8-10 более мощных колб.

Расчёт тока для подключения на 380 В

Блок на 24 кВт подключается к трёхфазной сети 380 В, схема соединения - звезда, колбы распределяют равномерно по фазам.

При компоновке 6 х 4 кВт на каждую фазу приходится по две колбы, то есть ток через одну фазу при полной нагрузке - около 12,2 А. Если блок управляется твердотельными реле со ступенчатым включением, реальный ток в моменте зависит от того, сколько колб включено: 2 колбы дадут около 12 А, 4 колбы - около 24 А, все 6 - 36,5 А.

Сопротивление одной колбы в блоке

Для колбы 4 кВт на 220 В (фаза-нейтраль) сопротивление считается стандартно: R = U²/P = 220²/4000 = 12,1 Ом. ГОСТ 13268-88 нормирует допуск по мощности, не по сопротивлению: +5/−10% от номинала, то есть реальная мощность элемента лежит в диапазоне 3600-4200 Вт. Пересчёт через R = U²/P даёт коридор сопротивления 11,5-13,4 Ом на каждую колбу. Если при проверке мультиметром одна колба в блоке даёт 20 Ом при остальных в норме - у неё частично выгорела спираль, менять только эту вставку.

Почему сухая колба выгоднее одного мощного элемента

На бумаге проще поставить один нагреватель на 24 кВт. На практике промышленные заказчики почти всегда просят разбить мощность на несколько колб по трём причинам.

• Цена замены при отказе. Картридж на 3-4 кВт стоит в 2-3 раза меньше, чем на 24 кВт, и его можно держать на складе как расходник.
• Нагрев без простоя. Пока меняется одна колба, остальные продолжают греть - процесс не останавливают полностью.
• Равномерность по объёму. Несколько точек нагрева на разных участках фланца прогревают ванну ровнее, чем один элемент в углу.

Минус у блочной сборки один - больше точек герметизации на фланце, а значит больше мест, где теоретически может потечь. На практике при нормальной прокладке уплотнений это не проблема: колбы на фланцах служат годами без протечек.

Материал колбы и где такие блоки работают

Стандартный материал колбы - нержавеющая сталь AISI 304, диаметр 38 мм, длина 420, 600 или 800 мм под резьбовое соединение 20 мм. Такой типоразмер подходит для большинства водных и щелочных сред с pH 7-11. Для кислотных растворов, хлоридов или гальванических ванн с агрессивной химией подбирают 316L или титан - это решается отдельно по составу среды.

Блоки сухих колб на 24 кВт заказывают под промышленные ванны обезжиривания, промывочные баки перед нанесением покрытий, технологические чаны пищевого и химического производства, масляные термостаты для испытательных стендов. Общая черта этих задач - постоянная работа оборудования, где слив бака ради замены одного нагревателя стоит production-времени дороже самого ТЭНа.

Что прислать для расчёта блока сухих ТЭН 24 кВт

• Диаметр и толщину фланца или посадочного отверстия в стенке бака
• Объём ёмкости, литры
• Начальную и конечную температуру среды или требуемое ΔT
• Время, за которое нужно выйти на рабочую температуру
• Напряжение сети: 220 или 380 В
• Среду нагрева: вода, масло, щелочной или кислотный раствор
• Фото или эскиз старого узла с размерами, если это замена

Расчёт компоновки и количества колб делаем по чертежу или по этим данным в день обращения. Цену называем после расчёта - готовых прайсов на сухие колбовые блоки нет, конфигурация у каждого заказа своя.

Частые вопросы

Похожие темы в блоге: сухой ТЭН в гильзе 2 кВт и межклеммное расстояние, колба из нержавеющей стали AISI 304 Ø38 мм L600, два ТЭНа в колбе для бассейна на 380 В.

Автор: Руслан Садыкбаев, производство ТЭН с 2017 года.