ТЭН 1Ex для битума: как подобрать нагреватель без нагара и без нарушений по взрывозащите

Битум греют при 140-180°C, среда вязкая и плохо отдаёт тепло: если удельная мощность трубки выше 1,0-2,0 Вт/см², на оболочке нарастает нагар и ТЭН греет всё хуже. В закрытой ёмкости пары битума при нагреве взрывоопасны, поэтому клеммную часть делают во взрывозащищённом исполнении по ТР ТС 012/2011 (например маркировка 1Ex d IIB T4 Gb, но конкретный класс под ваш проект). Изготавливаем нагревательный элемент по чертежу заказчика, минимальная партия 1 шт.

Почему битум коксуется на ТЭНе

Коксуется он из-за перегрева тонкого слоя у самой оболочки, а не из-за температуры среды в целом. У битума низкая теплопроводность и высокая вязкость, прогретый слой у трубки не успевает перемешиваться с основной массой. Если снимать с трубки больше 2,0 Вт/см², локальная температура оболочки уходит намного выше заданных 140-180°C, битум у поверхности начинает разлагаться и коксоваться. Нагар работает как шуба: слой в 1-2 мм режет теплоотдачу вдвое, мощность падает, а прогрев начинает занимать вместо часов сутки.

Наш ориентир для битума, мазута и вязких масел: 1,0-2,0 Вт/см² удельной мощности (ватной нагрузки). Для сравнения, ТЭН в воде можно грузить до 8-12 Вт/см², там жидкость подвижная и уносит тепло с поверхности быстро. С битумом такой запас нельзя закладывать в принципе.

Как это выглядит в расчёте одного ТЭНа

Берём трубчатый элемент диаметром 18 мм на 3 кВт. Если сделать активную (нагреваемую) часть 2000 мм, площадь поверхности получится 1131 см², а удельная мощность выходит на 2,65 Вт/см². Это выше допустимых 1,0-2,0 Вт/см² для битума, риск нагара реальный уже в первый месяц работы.

При той же мощности 3 кВт на активной части 2700 мм площадь вырастает до 1527 см², а удельная мощность падает до 1,96 Вт/см², уже внутри допуска. Мощность та же, трубка длиннее, тепло снимается мягче.

Пример расчёта мощности из заявки

Мощность для разогрева объёма считаем по формуле P = 0,00116 × V × ΔT / t, где V это объём в литрах, ΔT это разница температур в °C, t это время разогрева в часах.

Резервуар битума на асфальтобетонном заводе, объём 5000 л, нужно поднять температуру с +20°C до рабочих 160°C (ΔT = 140°C) за 8 часов:

P = 0,00116 × 5000 × 140 / 8 = 101,5 кВт

Это суммарная мощность нагрева с запасом на потери через стенку без учёта изоляции. На такой объём одним ТЭНом не обойтись, ставят блок из нескольких нагревателей на общем фланце, каждый рассчитан на свою удельную мощность в пределах 1,0-2,0 Вт/см². Если резервуар утеплён, реальная мощность будет меньше расчётной на 15-25%, но без замера теплопотерь эту скидку не закладываем: лучше запас, чем недогрев.

Почему нужна взрывозащита

При нагреве до рабочей температуры битум выделяет пары, а в закрытой или слабо вентилируемой ёмкости они накапливаются и создают взрывоопасную концентрацию у клеммной части нагревателя. Требования по взрывозащищённому оборудованию в такой среде задаёт ТР ТС 012/2011, единый технический регламент Таможенного союза. Мы согласуем с заказчиком конструктив клеммной коробки (герметичный ввод кабеля, уплотнения), материал оболочки под битум и маркировку взрывозащиты под конкретный проект и зону.

Справочный пример маркировки: 1Ex d IIB T4 Gb. Расшифровка по знакам:

• 1: степень защиты оборудования для взрывоопасных зон
• Ex: знак взрывозащиты
• d: вид защиты (взрывонепроницаемая оболочка)
• IIB: подгруппа взрывоопасной смеси по газам
• T4: температурный класс (максимум 135°C на поверхности)
• Gb: уровень защиты

Это не гарантированная маркировка на любой заказ. Конкретное обозначение и комплект документов зависят от вашего проекта, зоны и температуры вспышки паров конкретного продукта.

Как устроена клеммная часть у взрывозащищённого ТЭНа

Трубка нагревателя целиком находится внутри резервуара, под уровнем битума. Все контакты (клеммы, провода, сама клеммная коробка) вынесены наружу, на сухую сторону стенки или фланца. Коробка взрывозащищённого исполнения массивная: толстостенный металлический корпус, кабельный ввод с прижимной гайкой и уплотнением. Задача этой конструкции в том, чтобы не дать искре из клеммной части попасть в среду с парами, даже если внутри коробки произойдёт короткое замыкание.

Похожую логику мы уже разбирали на примере блочного варианта: см. блок ТЭН во взрывозащищённом исполнении Exd: для больших резервуаров чаще ставят именно блок из нескольких трубчатых элементов на одном фланце, а не одну толстую трубку.

Таблица подбора

Что мы делаем и чего не обещаем

Изготавливаем нагревательный элемент по чертежу и техническому заданию заказчика, подбираем материал оболочки под битум и согласовываем конструктив клеммной коробки под требуемый класс взрывозащиты. Документы и паспорт изделия предоставляем. Отдельного серийного сертификата ЕАС/Ex на готовую модель у нас нет: маркировка и объём сертификации согласуются под конкретный проект заказчика, а не выдаются «по умолчанию» на любую заявку. Если для вашего объекта нужна экспертиза под конкретную зону, это отдельный этап согласования, а не то, что решается в один клик.

Смежная тема: импортозамещение таких нагревателей на нефтегазовых объектах, разбирали подробнее в статье про замену импортных взрывозащищённых ТЭН.

Чек-лист: что прислать для расчёта

• Объём резервуара или бака (литры либо м³)
• Начальную температуру битума и целевую рабочую температуру
• Время, за которое нужно выйти на рабочую температуру
• Материал и толщину стенки, есть ли теплоизоляция снаружи
• Зону по взрывоопасности и требуемый температурный класс, если они определены проектом
• Чертёж посадочного места или фланца, если меняете уже стоящий ТЭН

Если проекта по взрывозащите ещё нет, присылайте то, что есть (даже фото шильдика старого нагревателя), а зону и класс обсудим отдельно. Общий подход к подбору ТЭН под битум без темы взрывозащиты смотрите в статье ТЭН для битума: как подобрать нагреватель, там же таблица применяемости для разных объёмов ёмкостей.

Частые вопросы

Автор: Руслан Садыкбаев, производство ТЭН с 2017 года