ТЭН с блоком Ex для битума: производство по чертежу заказчика
10-11 трубчатых элементов на одном фланце вместо одной толстой трубки: примерно так выглядит блок Ex на 30 кВт для ёмкости битума на 3000 литров. Причина не в моде на блоки, а в физике: удельная мощность одной трубки для битума ограничена 1,0-2,0 Вт/см², и выше этого порога на оболочке нарастает нагар. Больше мощности с той же посадочной площади можно снять только увеличением числа элементов. Дальше: как считают, сколько их нужно, и как это всё коммутируют.
Почему для битума ставят блок, а не одну трубку
В статье про ТЭН 1Ex для битума мы разбирали границу 1,0-2,0 Вт/см²: выше неё вязкий битум коксуется на оболочке, нагар режет теплоотдачу, и мощность со временем падает. Для маленькой ёмкости одного элемента хватает. Но у резервуаров асфальтобетонных заводов и битумных баз счёт идёт на десятки киловатт, а удлинять трубку бесконечно нельзя: она физически не влезет в горловину, да и монтировать шестиметровую петлю неудобно.
Выход один: ставить рядом несколько элементов покороче, каждый в пределах допустимой удельной мощности, и собирать их на одном фланце. Это и называется блок ТЭН. По сути то же самое инженерное решение, что мы уже разбирали для блок-ТЭН во взрывозащищённом исполнении Exd, только здесь речь конкретно про вязкую высокотемпературную среду и её ограничение по нагреву.
Как считают число элементов на конкретном примере
Расчёт всегда начинается с общей мощности 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.
Заявка с асфальтобетонного завода: промежуточная ёмкость на 3000 л, ночной прогрев с +20°C до рабочих +165°C (ΔT = 145°C) за 16 часов:
P = 0,00116 × 3000 × 145 / 16 = 31,5 кВт
Дальше делим общую мощность на мощность одного элемента при допустимой удельной нагрузке. Берём тот же типоразмер, что и в примере для одиночного ТЭНа: диаметр 18 мм, активная длина 2700 мм, площадь поверхности 1527 см², мощность 3 кВт на элемент, удельная нагрузка 1,96 Вт/см², в пределах допуска для битума. Тогда 31,5 кВт / 3 кВт ≈ 10,5, округляем вверх с небольшим запасом: 11 элементов по 3 кВт, итого 33 кВт.
Сопротивление и допуск по ГОСТ для одного элемента блока
Для элемента 3 кВт на 220 В: R = 220² / 3000 = 16,1 Ом. По ГОСТ 13268-88 допуск по мощности +5/−10%, то есть 3150-2700 Вт, что даёт коридор сопротивления 15,4-17,9 Ом. Это удобно проверять на готовом блоке: прозваниваете каждый вывод отдельно и сразу видите, какой элемент из одиннадцати вышел за коридор, без демонтажа всей сборки.
Резьба фланца: где кончается стандарт и начинается чертёж
Элементы диаметром 18-20 мм при аккуратной раскладке помещаются в резьбу до G2"-M64×3: это примерно 8-9 трубок по кругу с зазором под завальцовку. У блока на 11 элементов это уже упирается в предел стандартной резьбы. В таком случае фланец не берут из каталога, а чертят под конкретную горловину резервуара: увеличенный диаметр посадочного отверстия, число и раскладку отверстий под элементы, толщину плиты под сварку или под ответный фланец на баке. Отсюда и заголовок этой статьи: блок с числом элементов больше 8-9 почти всегда идёт как изделие по чертежу заказчика, а не типовая позиция.
Клеммная коробка на блок: больше выводов, больше корпус
У одиночного взрывозащищённого ТЭНа два вывода. У блока на 11 элементов их 22: каждый элемент заводится в общую коробку отдельной парой. Коробка получается заметно крупнее, чем на одиночный ТЭН, и её тоже проектируют под конкретное число вводов: толстостенный литой корпус, сальниковые кабельные вводы с бронированием, класс защиты не ниже IP65. Маркировка взрывозащиты зависит от зоны и температурного класса объекта, готового универсального обозначения нет. Для примера часто встречается формат 1Ex d IIB T4 Gb, но точный класс и объём сертификации согласуем под ваш проект и ТР ТС 012/2011.
Ступенчатое включение: зачем блоку несколько контакторов
Если включить все 11 элементов одновременно, пусковой ток на вводном щите подскакивает резко, и на объектах со слабым вводом автомат может отключиться. Поэтому элементы обычно разбивают на 2-3 группы (например 4+4+3) с отдельными контакторами. Это даёт три практических эффекта: пуск идёт ступенями, а не одним скачком; часть блока можно держать включённой постоянно для поддержания температуры хранения, не гоняя весь блок; а перед сливом или перекачкой включают все группы разом и выходят на рабочую температуру быстрее.
| Признак | Причина | Что менять |
|---|---|---|
| Один элемент из одиннадцати «молчит», остальные греют | Обрыв нихромовой нити именно в этом элементе, остальные цепи независимы | Прозвонить каждый вывод отдельно, заменить только вышедший из строя элемент |
| При включении блока срабатывает автомат вводного щита | Суммарный пусковой ток всех элементов превышает уставку | Развести блок на 2-3 группы с отдельными контакторами, пускать по очереди |
| Хотят блок на 12+ элементов в резьбу G3" | Стандартная резьба физически не вмещает такое число трубок с нужным зазором | Заказать фланец увеличенного диаметра по чертежу под горловину бака |
| Нагар появляется только на паре крайних элементов блока | Неравномерная циркуляция битума у стенки резервуара, крайние трубки греются с худшим отводом тепла | Снизить мощность крайних элементов относительно центральных или изменить раскладку на фланце |
| Просят коробку меньшего размера, «как у одиночного ТЭНа» | В неё физически не заведёшь 22 вывода от 11 элементов | Проектировать коробку под фактическое число вводов, не экономить на габарите |
Материал оболочки
Для битума при 140-180°C оболочку элементов обычно делаем из нержавейки AISI 304 (08Х18Н10), она держит этот диапазон с запасом. Если в составе битума повышенное содержание серы или технолог требует дополнительную стойкость, берём AISI 321 (08Х18Н10Т), титан-стабилизированную сталь, наш дефолт для агрессивных сред. Фланец под блок варим из той же марки, что и элементы, чтобы не было гальванической пары на сварном шве.
Чек-лист: что прислать для расчёта блока
- Объём резервуара или ёмкости (литры либо м³)
- Начальную температуру битума и целевую рабочую температуру
- Время, за которое нужно выйти на рабочую температуру
- Диаметр горловины или посадочного отверстия под фланец
- Зону взрывоопасности и требуемый температурный класс, если они определены проектом
- Нужно ли ступенчатое включение и сколько групп удобно завести на щит
Если проекта по взрывозащите ещё нет, присылайте то, что есть, хотя бы фото старого блока с линейкой. Зону и класс обсудим отдельно с вашим технологом.
Нужен блок Ex под конкретный резервуар с битумом?
Присылайте объём ёмкости, диаметр горловины и требования по зоне: посчитаем число элементов и мощность. От 1 шт., срок 7-14 дней.
Оформить заказ