ТЭН с блоком Ex для мазута: как выбрать и заменить
18 трубчатых элементов по 2 кВт на одном фланце, так выглядит блок Ex на 35-36 кВт для резервуара мазута на 4000 литров, разогреваемого с 20 до 80°C за 8 часов. Мазуту нужно заметно больше элементов, чем битуму при той же мощности: удельная нагрузка на трубку ограничена жёстче, 1,0-1,5 Вт/см² против 1,0-2,0 у битума. Дальше разберём расчёт числа элементов, что делать с 36 контактными выводами и как коммутировать блок, не роняя автомат на вводе.
Почему для мазута ставят блок, а не одну трубку
В статье про ТЭН 1Ex для мазута мы разбирали, почему одиночный элемент коксуется: мазут плохо отводит тепло с горячей поверхности, и если удельная нагрузка завышена, трубка перегревается локально и обрастает нагаром. Для маленькой ёмкости с подогревом на пару градусов одного элемента хватает. Но резервуары мазутного хозяйства котельных и ТЭЦ считаются в десятках киловатт, а бесконечно удлинять одну трубку нельзя: она не влезет в горловину, да и шестиметровую петлю в баке не смонтировать.
Выход тот же, что и для других вязких сред: ставить рядом несколько элементов покороче, каждый в пределах безопасной удельной нагрузки, и собирать их на одном фланце. Получается блок ТЭН, то же инженерное решение, что мы разбирали для блока Ex для битума и для блока Ex для дизтоплива, только с другими цифрами по нагрузке и другим числом элементов.
Почему мазуту нужно больше элементов, чем битуму
Битум допускает удельную нагрузку 1,0-2,0 Вт/см² на трубку. У мазута этот коридор ниже, ориентировочно 1,0-1,5 Вт/см², потому что при рабочих температурах подогрева (60-120°C) плёнка мазута у оболочки отводит тепло хуже, чем более текучий на этих температурах битум в своём рабочем диапазоне. Практический эффект простой: чем ниже допустимая нагрузка на квадратный сантиметр, тем больше площади поверхности нужно набрать на ту же мощность, а значит и больше отдельных трубок в блоке.
На примере ниже с той же мощностью около 35 кВт у битума получилось бы 11-12 элементов по 3 кВт, а у мазута при более жёстком лимите Вт/см² выходит 17-18 элементов по 2 кВт. Один и тот же диаметр трубки 18 мм, но для мазута элемент делают короче по мощности и их приходится ставить больше.
Как считают число элементов: пример с резервуаром 4000 л
Общая мощность блока считается 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. Формула построена на теплоёмкости воды и даёт оценку с запасом: у мазута теплоёмкость ниже, но запас не лишний, потому что формула не учитывает потери через стенки бака и трубопровод.
Заявка с котельной: резервуар на 4000 л, мазут остыл до 20°C, нужно поднять до 80°C (ΔT = 60°C) за 8 часов до розжига:
P = 0,00116 × 4000 × 60 / 8 = 34,8 кВт
Берём элемент диаметром 18 мм и активной длиной 2500 мм. Площадь поверхности одной трубки: π × 1,8 см × 250 см ≈ 1413 см². При мощности элемента 2 кВт удельная нагрузка составит 2000 / 1413 ≈ 1,42 Вт/см², в пределах допуска для мазута. Тогда 34,8 кВт / 2 кВт ≈ 17,4, округляем вверх с небольшим запасом: 18 элементов по 2 кВт, итого 36 кВт.
Сопротивление и допуск по ГОСТ для одного элемента блока
Для элемента 2 кВт на 220 В: R = 220² / 2000 = 24,2 Ом. По ГОСТ 13268-88 допуск по мощности +5/−10%, то есть 2100-1800 Вт, что даёт коридор сопротивления 23,1-26,9 Ом. На собранном блоке это проверяется прозвонкой каждого вывода отдельно: сразу видно, какой из восемнадцати элементов вышел за коридор, без разборки всей сборки.
Резьба и фланец: где кончается стандарт
Элементы диаметром 18-20 мм при плотной раскладке помещаются в резьбу до G2"-M64×3, это примерно 8-9 трубок по кругу с зазором под завальцовку. Блок на 17-18 элементов почти вдвое превышает этот предел, поэтому фланец не берут из каталога, а чертят под конкретную горловину резервуара: увеличенный диаметр посадочного отверстия, раскладку элементов в несколько рядов, толщину плиты под сварку или под ответный фланец на баке.
Клеммная коробка на блок мазута
У одиночного взрывозащищённого ТЭНа два вывода. У блока на 18 элементов их 36: каждый элемент заводится в общую коробку отдельной парой. Коробку проектируют под фактическое число вводов: толстостенный литой корпус, сальниковые кабельные вводы с бронированием под сечение кабеля, класс защиты не ниже IP65. Маркировка взрывозащиты зависит от зоны и температурного класса объекта, готового универсального обозначения нет. Для примера формата часто встречается 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 18 элементов разом, пусковой ток на вводном щите подскакивает резко, и на объектах со слабым вводом автомат может отключиться. Поэтому элементы обычно разбивают на группы с отдельными контакторами, например 6+6+6 по 12 кВт. Это даёт пуск ступенями вместо одного скачка, позволяет держать одну группу включённой постоянно для поддержания температуры хранения без прогрева всего блока, а перед сливом или прокачкой включают все группы разом и быстрее выходят на рабочую температуру.
| Признак | Причина | Что менять |
|---|---|---|
| Один элемент из восемнадцати «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 группы с отдельными контакторами, пускать по очереди |
| Хотят блок на 18+ элементов в резьбу G2" | Стандартная резьба физически не вмещает такое число трубок с нужным зазором | Заказать фланец увеличенного диаметра по чертежу под горловину бака |
| Нагар быстрее всего появляется на крайних элементах блока | Неравномерная циркуляция мазута 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 36 выводов от 18 элементов | Проектировать коробку под фактическое число вводов, не экономить на габарите |
Материал оболочки
Базовый вариант для сухого мазута без примесей: сталь 10, она нормально работает в этом диапазоне температур. Если в мазуте есть влага, конденсат или повышенное содержание сернистых соединений, оболочку элементов делаем из нержавейки 12Х18Н10Т или из нашего дефолтного варианта для агрессивных сред, стали AISI 321 (08Х18Н10Т), титан-стабилизированной. Фланец под блок варим из той же марки, что и элементы, чтобы не создавать гальваническую пару на сварном шве.
Цена блока и что в неё не входит
Калькулятор на сайте даёт ориентир для базового блок-ТЭНа мощностью 3-18 кВт, уровень «норма»: от 3510 до 21700 ₽1. Блок на 18 элементов и 36 кВт для мазута в этот диапазон уже не укладывается, здесь считаем индивидуально после чертежа, потому что на цену влияют число элементов, материал оболочки, класс и группа взрывозащиты клеммной коробки и объём сертификации по проекту. Присылайте параметры резервуара, посчитаем точную цену и срок.
1 Цены калькулятора указаны при закупке от 10 шт. Для нестандартных блоков и взрывозащищённого исполнения точный расчёт делаем по чертежу или фото.
Что прислать для расчёта блока
- Объём резервуара или ёмкости (литры либо м³)
- Начальную температуру мазута и целевую рабочую температуру
- Время, за которое нужно выйти на рабочую температуру
- Диаметр горловины или посадочного отверстия под фланец
- Зону взрывоопасности, группу газа и 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 резервуар с мазутом?
Присылайте объём ёмкости, диаметр горловины и требования по зоне, посчитаем число элементов и мощность. От 1 шт., срок 7-14 рабочих дней.
Оформить заказ