Кіріспе

Электрлік жылу ізін салу, жылу лентасы немесе беттік қыздыру – жылу ізін салу кабельдерін пайдалана отырып, құбырлар мен ыдыстардың температурасын сақтау немесе көтеруге арналған жүйе. Іздік жылыту құбырдың бойымен тікелей жанасқан электрлік қыздыру элементі арқылы жүзеге асырылады. Құбырдан жылу шығынын азайту үшін әдетте жылу оқшаулағышпен жабылады. Элементпен тудырылған жылу құбырдың температурасын сақтайды. Іздік жылыту құбырларды мұздан қорғауға, ыстық су жүйелерінде тұрақты ағын температурасын ұстап тұруға немесе қоршаған орта температурасында қатып қалатын заттарды тасымалдауға арналған құбырлар үшін процестік температураны сақтауға қолданылуы мүмкін. Электрлік іздік жылыту кабельдері бумен жылыту жүйесіне балама болып табылады, егер бу қол жетімді болмаса немесе қажет болмаса.

Даму

Электрмен іздік жылыту 1930 жылдары басталды, бірақ бастапқыда арнайы жабдықтар болмады. Минералды оқшауланған кабельдер жоғары ток тығыздығында жұмыс істеп, жылу өндірді, ал басқару жабдықтары басқа салалардан бейімделді. 1950 жылдары минералды оқшауланған кедергілік жылыту кабелі енгізілді, содан кейін, далада қажетті ұзындыққа кесілетін параллель типті жылыту кабельдері қолжетімді болды. Өзін-өзі шектейтін термопластикалық кабельдер 1971 жылы сатуға шығарылды. Іздік жылыту жүйелерін басқару жүйелері 1970 жылдары капиллярмен толтырылған шамды термостаттар мен контакторлардан бастап, 1990 жылдары орталықтандырылған бақылау мен мониторинг қажет болатын ірі жүйелерде желілік компьютерлік басқаруға дейін дамыды. Электрмен іздік жылыту жүйелерін жобалау және орнату кезінде қолданылатын халықаралық стандарттарға IEEE 515 және 622 стандарттары, британдық BS 6351 стандарты және IEC 60208 стандарты кіреді.

Мұздатудан қорғау

Әрбір құбыр немесе ыдыс температурасы қоршаған орта температурасынан жоғары болғанда жылу жоғалтады. Жылу оқшаулауы жылу жоғалту жылдамдығын азайтады, бірақ оны толығымен жоймайды. Трассалық жылыту, жоғалған жылуды берілген жылумен теңестіре отырып, температураны қатып қалмайтын деңгейде ұстайды. Әдетте, термостат температура белгіленген мәннен (әдетте 3 °C мен 5 °C аралығында) төмен түскенде қосылады, бұл мән көбінесе "белгіленген нүкте" деп аталады. Термостат температура басқа белгіленген мәннен (әдетте, белгіленген нүктенің 2 °C жоғары) көтерілгенде трассалық жылытуды өшіреді.

Құбырлар мен төбелерді мұздан тазарту

Қыс айларында мұзды еріту үшін жылу сызықты кабельді шатырларға немесе су жинағыштарға орналастыру. Су жинағыштарда қолданғанда кабельдің мақсаты су жинағыштарды мұздан немесе қардан толық тазарту емес, тек шатырдан еріген судың төмен ағып, құбырлар арқылы түсуіне кедеріссіз жол жасау.

Температураны сақтау

Ыстық сумен жабдықтау құбырларын да іздестіруге болады, сондықтан шүғылаларға ыстық су жеткізу үшін айналымдық жүйе қажет емес. Тізбекті қыздыру және жұмыс істейтін ортаның температурасына сәйкес дұрыс жылу оқшаулаудың үйлесімі жылу тепе-теңдігін қамтамасыз етеді, онда тізбекті қыздырудан шығатын жылу құбырдан шығатын жылу шығынына теңеседі. Өзін-өзі шектейтін немесе реттегіш қыздыру таспалары жасалған және бұл қолданыста өте тиімді. Осыған ұқсас принцип төмен температурада қатып қалуы мүмкін сұйықтықтарды тасымалдайтын құбырларға да қолданылады, мысалы, қара шайыр немесе балқыған күкірт. Қыздыру элементтерінің температурасын бақылау құбырлардың бітелуін болдырмауға көмектеседі. Тізбекті қыздырудың өнеркәсіптік қолданылу салалары – химия өнеркәсібі, мұнай өңдеу зауыттары, атом электр станциялары, азық-түлік фабрикалары. Мысалы, балауыз 70°C-тан төмен температурада қата бастайтын материал, бұл температура әдетте қоршаған ауа температурасынан әлдеқайда жоғары. Сондықтан құбырдың және оның ішіндегі материалдың суынуын болдырмау үшін құбыр сыртқы жылу көзімен жабдықталуы керек. Тізбекті қыздыруды бу арқылы да жасауға болады, бірақ бұл үшін бу көзі қажет, және орнату мен пайдалану қиын болуы мүмкін. Зертханаларда материалтану саласындағы зерттеушілер үлгіні изотропты түрде қыздыру үшін тізбекті қыздыруды қолданады. Олар жылу энергиясын басқару үшін вариакпен бірге тізбекті қыздыруды пайдалана алады. Бұл термодинамикалық қасиеттерді, мысалы, жылулық кеңеюді өлшеу үшін затты баяу қыздырудың тиімді тәсілі.

Кавитацияға қарсы мақсат

Қалың сұйықтықты қыздыру оның тұтқырлығын төмендеткендіктен, құбырлардағы шығындар азаяды. Осылайша, қолда бар таза оң сору басы (қысым айырмасы) артады, нәтижесінде сорғылағанда кавитация пайда болу қаупі төмендейді. Дегенмен, сұйықтықтың бу қысымын тым көтеруге болмайды, себебі бұл қолда бар басқа күшті кері әсер етеді, мүмкін болатын пайданы басып тастауы мүмкін.

Тұрақты электр қуаты "сериясы"

Сериялы жылыту кабелі жоғары кедергілі сымнан жасалған, оқшауланған және көбінесе қорғаныш қаптамамен жабылған. Ол белгілі бір кернеумен қуаттандырылады және сымның кедергісінен пайда болатын жылу энергиясын бөліп шығарады. Мұндай жылытқыштардың кемшілігі – егер сым өзімен-өзі кесісіп кетсе, қызып, жануы мүмкін. Олар белгілі бір ұзындықта шығарылады және оларды орнату орнында қысқартуға болмайды. Сонымен қатар, кабельдің кез келген жеріндегі ақау бүкіл кабельдің жұмысын тоқтатуы мүмкін. Артықшылығы – олар көбінесе арзан (пластмассалық жылытқыштар болған жағдайда) немесе, минералды оқшауланған жылыту кабельдері сияқты, өте жоғары температураға төтеп бере алады. Минералды оқшауланған жылыту кабельдері процестік құбырларда жоғары температураны сақтауға немесе жоғары температуралы бу құбырлары сияқты қатты қызып кететін құбырларда төмен температураны ұстауға өте ыңғайлы. Әдетте, сериялы элементтер ұзын құбыр желілерін қыздыру үшін қолданылады, мысалы, ұзын мұнай құбырлары және мұнай өңдеу зауыттарындағы тиеу құбырларының портында.

Тұрақты ваттты қуат

Тұрақты ваттты кабель бірнеше тұрақты электр қуаты аймақтарынан тұрады және екі оқшауланған параллель шиналық сымдардың айналасына жұқа жылыту элементін орау арқылы жасалады. Содан кейін өткізгіштердің кезектесіп жақтарында оқшаулауда ойық жасалады. Жылыту элементі әдетте ашық өткізгіш сымға дәнекерленеді, бұл кішкентай жылыту тізбегін жасайды; бұл кабельдің ұзындығы бойына қайталанады. Содан кейін шиналық сымдарды жерге қосудан ажырататын ішкі қаптама болады. Коммерциялық және өндірістік кабельдерде резеңкеден немесе тефлоннан жасалған қосымша сыртқы қаптама қолданылады. Бұл жүйенің сериялық элементтерге қарағанда артықшылығы – егер бір кішкентай элемент бұзылса, жүйенің қалған бөлігі жұмыс істей береді. Екінші жағынан, кабельдің зақымдалған бөліктері (әдетте 3 футке дейінгі аралық) суық болып қалуы мүмкін және осы бөлімде мұз қатуына әкелуі мүмкін. Сондай-ақ, бұл кабель параллель тізбегі болғандықтан, оны далада қажетті ұзындыққа дейін кесуге болады. Алайда, тізбек кабельдегі соңғы аймаққа ғана жететіндіктен, орнату кезінде құбыр желісінің соңынан сәл артық орнату қажет. Тұрақты ваттты немесе кез келген жылу қадағалау кабелін орнату кезінде кабельді өзіне-өзі жабуға немесе тигізуге болмайды, себебі ол қызып кетуіне және жануына әкелуі мүмкін. Тұрақты ваттты кабель әрқашан кабельдің қуаттылығын басқару үшін термостатпен орнатылады, бұл оны өте сенімді жылу көзіне айналдырады. Бұл кабельдің кемшілігі – көптеген тұрақты ваттты кабельдер шиналық сымдарға дәнекерленген қосылымдары жоқ, керісінше, қысыммен бекітілетін контактілерді пайдаланады, сондықтан кабельді өңдеу және орнату кезінде пайда болатын бос қосылымдар салдарынан суық тізбектерге бейім.

Өзін-өзі реттеу

Өзін-өзі реттейтін жылу ізін байлайтын таспалар – температураға қарай кедергісі өзгеретін кабельдер. Кабельдің белгіленген температурасынан төмен болғанда кедергісі төмен, ал белгіленген температурадан жоғары болғанда кедергісі жоғары болады. Кабель температурасы белгіленген мәнге жеткенде, кедергі максималды деңгейге жетеді, нәтижесінде жылу беру тоқтатылады. Бұл кабельдерде электр тогын өткізетін, бірақ көп жылу шығармайтын екі параллель жетек сым қолданылады. Олар жартылай өткізгіш полимерге ендірілген. Бұл полимер көміртегімен қанықтырылған; полимер элементі қызғанда, ток ағыны азаяды, сондықтан кабель энергияны үнемдейді және жүйеге қажет болған жерде және уақытта ғана жылу мен қуат жеткізеді. Кабельдер өндіріліп, содан кейін сәулелендіріледі, көміртегінің мөлшері мен дозасын өзгерту арқылы әртүрлі шығыс сипаттамаларына ие әртүрлі таспалар жасауға болады. Бұл кабельдің артықшылығы – оны қажетті ұзындықта кесу мүмкіндігі. Ол тұрақты қуатты кабельге қарағанда мықтырақ және сенімдірек, өзін-өзі қыздырып алмайды, сондықтан оны қиыстырып өткізуге болады, бірақ мұндай орнату дұрыс емес. Өзін-өзі реттейтін және тұрақты қуатты жылу кабельдерінің ең жоғары рұхсат етілген температурасы бар, яғни олар жоғары температураға ұшыраса, таспа зақымдануы мүмкін және оны жөндеуге болмайды. Сонымен қатар, өзін-өзі шектейтін таспалар суық стартта индукциялық моторларға ұқсас жоғары кіріс тогына ұшырайды, сондықтан жоғары қуатты контактор қажет.

Электрмен жабдықтау және басқару

Тез жылу кабельдері бір фазалы немесе (топтар бойынша) үш фазалы қуат көздеріне қосылуы мүмкін. Қуатты контактор немесе қатты күйді контроллер арқылы басқарылады. Өзін-өзі реттейтін кабель үшін, егер жүйе суық күйден іске қосылса, қуат көзі жоғары бастапқы жылыту тогын беруі тиіс. Контактор немесе контроллерге температураны дәл сақтау қажет болған жағдайда термостат қосылуы мүмкін, немесе жай ғана қолайлы ауа райында мұздан қорғау жүйесін тоқтатуы мүмкін. Электрлік жылу жүйелерінде адамдар мен жабдықты қорғау үшін жерге ағу (жерлік ақау немесе RCD) құрылғылары болуы қажет. Жүйе дизайны ағымның азаюын қамтамасыз етуі керек, бұл кез келген жеке жылыту тізбегінің ұзындығын шектеуі мүмкін.

Басқару жүйесі

Үш фазалы жүйелер желідегі бір жерде орналасқан термостатпен басқарылатын үш фазалы "тікелей қосылым" стартеріне ұқсас контакторлар арқылы қуаттандырылады. Бұл температураның тұрақты сақталуын және желінің артық қызуына немесе суынуына жол бермейді. Егер жылу өшірілгеннен кейін желі қатып қалса, оны еріту үшін жылыту элементтерін пайдаланып біраз уақыт қажет болуы мүмкін. Бұл үш фазалы жүйелерде "автотрансформатор" арқылы кернеу жоғарылатылып, нәтижесінде ток күші артығырақ беріледі, соның арқасында жылыту элементтері күштірек қыздырылады. Көтеру жүйесі әдетте таймерде жұмыс істейді және белгілі бір уақыт өткен соң "қалыпты" күйге қайта оралады.