Tracing Heat

El término Traicing se refiere a la aplicación continua o intermitente de calor a una tubería o Recipiente con el fin de reemplazar la pérdida de calor al ambiente. Los principales usos de Traicing incluyen protección contra la congelación, descongelación, el mantenimiento de fluidos a la temperatura de proceso (o al viscosidades de bombeo), la prevención de la separación de componentes de fluido, y la prevención de la condensación de gas.

Los siguientes ejemplos son típicos de la diversidad de aplicaciones de rastreo de calor: la protección de congelamiento de agua corriente; transferencia de productos químicos de proceso fundidos tales como ácido fosfórico, azufre, y p-xileno; mantenimiento de baja viscosidad de los fluidos bombeados incluidos los productos derivados del petróleo, aceites vegetales y jarabes, polimérico y materiales resinosos, y concentrados acuosos y lodos; evitar la condensación y posterior quema indebida de gas combustible en las refinerías; evitando que la humedad se condense de gas natural canalizado; la prevención de congelación de válvulas de control y daños en el compresor; eliminación de la corrosión de tuberías debido a sulfuro de hidrógeno húmedo resultante de la humedad condensada.

Heat-Traicing se puede evitar en situaciones donde la pérdida de calor al ambiente se puede minimizar efectivamente. En climas fríos o áreas con inviernos severos, tuberías de agua están enterrados a menudo por debajo de la línea de congelamiento. Alternativamente, pueden ser mantenidos de la congelación mediante la ejecución a través de los edificios con calefacción.

En los casos en que el flujo es intermitente, el Traicing podría evitarse mediante el diseño de un sistema de auto-drenaje tales como los utilizados para las devoluciones de condensado de vapor. El método de auto-drenaje es adecuado sólo para tuberías de uso poco frecuente debido a los altos costos laborales involucradas en la limpieza y el costo potencial y el alcance de la reparación, en caso de una tubería no vacíe correctamente.

Un tercer enfoque en la prevención de Traicing es diseñar para el 100 por ciento de flujo. Esta práctica no es recomendable, ya que puede producir averías del equipo o de la interrupción del proceso puede resultar en una caída irreversible en la temperatura del líquido por tuberías.

Los Sistemas de Heat Traicing se pueden dividir en dos grandes clases, eléctricos y de fluidos. El Heat Traicing de fluidos se utilizan medios de calentamiento a temperaturas elevadas para transferir calor a una tubería. El fluido se hace circular por un tubo o un pequeño tubo conectado a la tubería que está siendo rastreado. Si el vapor es el líquido usado, el condensado vuelve a la caldera o la inmersión. Si se emplea un fluido de transferencia de calor orgánico, se devuelve a un intercambiador de calor para recalentar y recirculación. En general, el Heat Traicing de fluidos puede ser proporcionado por el calor residual de una corriente de proceso, la quema de combustibles fósiles, vapor o electricidad.

Sistemas de Heat Traicing eléctricos convierten la energía eléctrica en calor y transferirlo a la tubería y su fluido contenido. La mayoría de los sistemas comerciales eléctricos en uso hoy en día son del tipo resistivo y toman la forma de cables colocados en el tubo. Cuando la corriente fluye a través de los elementos resistivos, el calor se produce en proporción al cuadrado de la corriente y la resistencia de los elementos al flujo de corriente. Otros sistemas especializados de trazado eléctrico hacen uso de impedancia, de inducción, y los efectos de la conducción de la piel para generar y transferir el calor.  Tabla A enumera las temperaturas de funcionamiento y de exposición y las principales características de los diferentes tipos de líneas de calentamiento.

Tabla A: Comparación de traceado Métodos

FLUIDO traceado

Vapor

Una serie de características deseables hizo vapor del sistema de tracing original de la opción de mantener la temperatura del proceso y proporcionar protección contra la congelación. Alto calor latente del vapor de vaporización es ideal para aplicaciones de transferencia de calor. Sólo se requiere una pequeña cantidad de una gran carga de calefacción; y se puede calentar rápidamente una línea, condensar a temperatura constante, y el flujo hasta el punto de uso sin bombeo. El vapor es universalmente disponible y no tóxico.

Hoy en día, la eficiencia energética y la reducción al mínimo de mano de obra cara son consideraciones prioritarias en la selección de un sistema de traceado económico. Con la llegada del calor eléctrico trazado muy fiable, la popularidad de vapor traceado está disminuyendo. El vapor es más caro de instalar y mantener que los calentadores de resistencia eléctrica.

Fugas periódicas y trampas de vapor fallidos en una energía residual del sistema de vapor de trazado y la demanda de los costes laborales adicionales para la reparación y sustitución. Además, un solo marcador de vapor proporciona de 2 a 10 veces más calor que la mayoría de las aplicaciones requieren.Por el contrario, los sistemas de rastreo eléctrico proporcionan un mejor control de la temperatura y la utilización mucho más eficiente de la energía. Esto significa que a pesar de que el costo por unidad de energía es menor para el vapor, los costos totales de energía para el trazado eléctrico suelen ser significativamente menor.

En la mayoría de aplicaciones de Heat Traicing, el vapor saturado se suministra a presiones de 30 a 150 psig (210-1.035 kPa) (298 F / 147 C y 367 F / 186 C). La capacidad de eliminar continuamente el condensado a través de un montaje de trampa de vapor permite que el trazador de vapor para proporcionar una fuente de temperatura constante de calor.

La abrumadora mayoría de los sistemas de tuberías de vapor de trazado emplean trazado externo.Tramos rectos de la tubería de vapor o tubos están unidos a la tubería, y todo el conjunto está cubierto con aislamiento sección preformada ( ver Fig. 1 ).

Fig 1: Los componentes típicos de un sistema de vapor para traicing

Válvulas, conexiones, y los instrumentos son disipadores de calor (los componentes del sistema de gran superficie y las superficies metálicas expuestas a la que fluirá calor del sistema y quedar perdidos para el medio ambiente); y para entregar la cantidad requerida de calor, varios bucles del tubo de rastreo se enrollan alrededor de ellos antes de ser cubierto con un aislamiento. Esta configuración ayuda a reducir colas, es decir, la tendencia de vapor para perder calor y condensar a lo largo de la línea con la pérdida de presión ( ver Fig. 2 ).

'' Arrolla «acuerdo» para el rastreo de válvulas, bridas, carcasas, e instrumentos. Bobinas actúan como juntas de expansión para los sistemas de rastreo de vapor.

En la mayoría de aplicaciones tales como la prevención de congelación y el mantenimiento de la viscosidad en las tuberías de menor diámetro, una sola trazador ofrece más que el calor necesario. Sin embargo, para procesos que requieren una mayor entrada de calor, las características de transferencia de calor de trazadores de vapor se pueden mejorar significativamente mediante la colocación de cemento de transferencia de calor entre la traza y la tubería, lo que aumenta en gran medida la cantidad de superficie para la transferencia de calor por conducción. Las temperaturas de los sistemas de vapor de trazado pueden variar hasta en un 10 F (6 C) entre las tuberías subterráneas y 20 F (11 C) para los gasoductos que sobre el suelo. La incapacidad para lograr el control preciso de la temperatura se atribuye a tres factores que operan en tándem.

1. vapor saturado se suministra a la presión deseada por medio de una válvula reductora de presión. A medida que se reduce la presión, el vapor saturado se convierte en sobrecalentado. El exceso de calor se disipa rápidamente en el sistema.

2. Contacto desigual entre el trazador de vapor y tubería de proceso produce una distribución desigual de la temperatura. Este efecto se hace más significativa como la diferencia de temperatura entre el tubo y trazadores aumenta. Cuando el vapor se convierte en recalentado, la diferencia de temperatura alcanza un máximo.

3. Separación de la cola también afecta a la temperatura del vapor circundante. Un control más preciso de la temperatura del trazador de vapor se puede lograr mediante el uso de encamisado de vapor ( ver Fig. 3 ) o válvulas de vapor sensibles a la temperatura. 

Fig. 3: encamisado de vapor es caro y emplea sólo en situaciones especiales de alta temperatura y la demanda

Sin embargo, estos métodos son raramente utilizados, ya que proporcionan un nivel de control de la temperatura inferior a la de traceado eléctrico, y a una significativamente mayor costo.

Medios circulantes

Medios circulantes son los sistemas de rastreo de calor más caros y se especifican para procesos especiales o condiciones ambientales ( véase el cuadro A ). La virtud de fluidos que circulan es la capacidad de proporcionar protección y control razonable a temperaturas por encima y por debajo de las que se obtienen con el vapor-tracing. Sistemas de medios circulantes pueden separarse en dos clases;aceites y fluidos de transferencia de calor orgánico adecuado para aplicaciones de alta temperatura, y glicoles con propiedades anticongelantes que los hacen especialmente útil en climas fríos, donde no se congele incluso cuando se utiliza de forma intermitente.

RESISTENCIA ELÉCTRICA

Introducción

Uso comercial significativa de Traicing eléctrico comenzó a afianzarse en la década de 1950. Sirvió como una alternativa visible en situaciones donde el vapor no podía ser utilizado, o era poco práctico. Las primeras aplicaciones típicas incluyen el trazado eléctrico de las líneas de transferencia para petróleo, asfalto, y ceras. Trazado eléctrico resultó especialmente útil para las carreras largas de tubería. [Tracing de vapor se limitan generalmente a carreras de 100 a 200 pies (30 a 60 m). Rastreo de largo o múltiples tuberías con vapor puede aumentar significativamente tanto la complejidad de rastreo y el costo.]

Al principio, el hardware tenía que ser adaptada de otras aplicaciones de calentamiento por resistencia.Cable de calefacción del suelo cubierta de plomo se utilizó ampliamente para protección contra la congelación línea de flotación mientras tandas largas de tubería se trazaron con cobres minerales cable aislado con calefacción. Para el servicio de mayor temperatura, calentadores tubulares (normalmente utilizado para la inmersión y la pinza de aplicaciones) se convierten para la localización de la tubería, y los controladores han sido adaptados de los hornos y aparatos de consumo con el fin de controlar la temperatura.

Calentadores de autorregulación

Desde su introducción en 1971, los calentadores de autorregulación han convertido en la forma más popular de traceado eléctrico y se ofrecen actualmente por la mayoría de los principales proveedores de la industria traceado. Autorregulador traceado tiene una ventaja con respecto a otros productos de rastreo de calor porque esta tecnología elimina la posibilidad de rotura del calentador debido a la incapacidad para disipar el calor generado internamente la causa más común de fallo del calentador (Fig. 4 ).

Fig. 4: Componentes de una resistencia en paralelo al calor trazador autorregulado

Trazadores de autorregulación se proporcionan generalmente en la forma de una tira del calentador que consta de dos en paralelo 20 a 10 calibre del cable (AWG) cables de bus estadounidenses incrustados en un núcleo de polímero conductor, que sirve como el elemento de calentamiento y sobre la cual un aislador polimérico se extruye . Todo el conjunto se cubre con una trenza de metal para proporcionar puesta a tierra y protección mecánica adicional. Otra camisa de polímero se puede añadir ( ver Fig. 4 ).

El núcleo del calentador consta de partículas de carbono embebidas en una matriz de polímero. El calor se genera por la resistencia a la corriente que fluye a través de los conductores de calefacción element.As polímero de la temperatura de los conductores núcleo aumenta, también lo hace la resistencia eléctrica.El resultado es una disminución de la producción de calor para cada incremento sucesivo de la elevación de la temperatura. Desde la salida de potencia es una función de la temperatura en cualquier ubicación en el elemento, el núcleo conductor se comporta como un reóstato sensible a la temperatura protección contra baja, así como la insuficiencia de alta temperatura ( ver Figs. 5 y 6 ).

Fig. 5: Relación de las propiedades resistivas a los cambios en la estructura del polímero con la temperatura en el núcleo conductor de una cinta de resistencia al calor de trazado paralelo autorregulador

Fig. 6: Gráfico de la resistencia frente a la temperatura para una resistencia en paralelo de calor trazador de autorregulación

Trazadores autorregulado se pueden cortar a la longitud deseada y se instalan de campo dentro de las limitaciones de la caída de tensión en los cables de bus. Tienen una buena resistencia al impacto y se gestionan normalmente en el campo. La característica de auto-regulación proporciona un gran impulso a la seguridad de funcionamiento, mientras que la reducción de costes de instalación, mantenimiento y energía. También agrega una dimensión de la seguridad disponible con cualquier otra forma de resistencia eléctrica rastreo de productos porque el calentador no puede ser destruido por su propia salida de calor. El único inconveniente grave de los trazadores de autorregulación es el límite superior de las temperaturas de funcionamiento, 366 F (186 C) para la exposición constante y 420 F (215 C) para la exposición intermitente. Trazadores autorregulado pueden fallar como resultado de la exposición a un exceso de calor del fluido de cañería o de limpieza a vapor. Por esta razón, el trazador debe seleccionarse para ajustarse a las condiciones reales del proceso.

Zona Calentadores

Presentado por primera vez en 1971, los calentadores de zona fueron inicialmente la forma más popular de calentadores de resistencia en paralelo; y para mediados de la década de 1970, estaban siendo utilizados en un gran porcentaje de solicitudes de rastreo de calor eléctricos. Desde entonces, han sido reemplazados cada vez más por los calentadores de autorregulación.

Un calentador de zona típica consiste en dos cables de bus aislados envueltos con un calibre pequeño (38 a 41 AWG) calefacción nicromo, cubierto con aislamiento de polímero y revestido de una trenza metálica cubierta con una camisa de polímero opcional. El hilo de calentamiento está conectado a los cables de bus alternas en los nodos de cada 1 a 4 pies (0,3 a 1,2 m), y la distancia entre las conexiones constituye una (calentamiento) de zona. El calor es generado por la corriente que fluye entre los cables del bus a través del alambre de la calefacción ( ver Fig. 7 ).

Fig. 7: Componentes de un tipo de zona de resistencia en paralelo trazador de calor

La configuración de circuito en paralelo de los calentadores de zona significa que la salida es independiente de la longitud del cable y que los sistemas pueden ser diseñados y adaptados por la compra de cables de una potencia específica que se corta a la longitud en el campo. (Es importante recordar que la longitud del cable entre el corte y el nodo más cercano no recibirá energía y no debe ser dependido para el servicio de calefacción). Como resultado, el diseño y los costes de instalación se reducen considerablemente. Calentadores de zona de uso voltajes estándar, y su circuito paralelo preserva la función del sistema en caso de fallo del elemento calentador individual (ver Fig. 8): una ventaja importante sobre los circuitos en serie (véase la Fig. 9).

Fig. 8: diagrama de circuito simplificado para un calentador de resistencia en paralelo de tipo zona

Fig. 9: diagrama de circuito simplificado para un calentador de resistencia de tipo serie

Calentadores de zona utilizan hilos resistivos más delgadas que los calentadores de la serie y son más susceptibles a daños por impacto. Están disponibles con una temperatura de exposición de hasta 1000 F (538 C) de fibra de vidrio con aislamiento de cables, pero son susceptibles a la humedad.

La adición de una chaqueta fluoro-polímero para protección contra la humedad reduce la temperatura nominal exposición a 545 F (285 C). Quizás el mayor inconveniente de los calentadores de la zona es su susceptibilidad al agotamiento. Con su combinación de potencia constante y el aislamiento de polímero, calentadores de zona son vulnerables a la destrucción de sobrecalentamiento autogenerada. Al igual que con todos los calentadores constante-voltaje, calentadores de zona para ser utilizados en áreas peligrosas (clasificadas) requieren cálculos de fábrica para determinar si el sistema se ajusta a la clasificación T prescrito.

Calentador Mineral-Cable aislado (Constant-Potencia de la Serie)

Mineral-cable aislado (MI) se introdujo en la década de 1950 como una alternativa con alimentación eléctrica a vapor y cable MI líquido calor tracing.23 es una constante en watts, calentador de resistencia serie en la que todo el circuito actúa como un elemento de calentamiento continuo. El calor es generado por la corriente que fluye a través de un nicromo, cobre, u otro conductor de metal, aislada con óxido de magnesio y encapsulado en una funda metálica exterior de cobre, acero inoxidable, Inconel, u otros metales adecuados ( ver Fig. 10 ).

Fig. 10: Componentes del cable de traceado de aislamiento mineral

MI cable es capaz de transportar grandes cargas de calefacción. Teniendo en cuenta el conductor y la vaina de aleaciones adecuadas, puede ser utilizado en aplicaciones de hasta 1500 F (800 C). Su alta resistencia al impacto y resistencia en general le permiten situarse a la manipulación brusca en el campo. Circuitos por lo general son a la longitud antes de la instalación, que puede ser una fuente de problemas cuando se realizan cambios de tuberías ya que los cables son difíciles de modificar en el campo fabricado en fábrica. Fabricación Campo de circuitos es lo suficientemente complejo que la formación del personal de instalación debe ser supervisado por un técnico capacitado en fábrica.Circuitos del sistema de cable MI deben ser diseñadas de forma individual, o de los controles de tensión variable se deben proporcionar para establecer los parámetros del circuito.

Control de tensión también puede ser necesaria para longitudes cortas debido a la baja resistencia. Al igual que con todos los circuitos en serie, una sola ruptura en el cable hace que todo el sistema al fracaso (pausas en el revestimiento exterior pueden causar un fallo debido a la absorción de la humedad y la consiguiente pérdida de propiedades aislantes). Otra desventaja de cable MI es el riesgo de sobrecalentamiento de las corrientes excesivas o mala disipación térmica. Instalaciones para áreas peligrosas deben ser para asegurar la conformidad con la calificación adecuada T calculado en fábrica.

Cable con aislamiento de polímero de Resistencia serie

La serie de cables de resistencia de polímero aisladas se pueden utilizar con diversos materiales conductores. Nichrome es adecuado para los circuitos cortos, pero la longitud debe estar predeterminado, ya sea para adaptarse a la tensión disponible o campo de corte y provista de un suministro de voltaje variable. Los conductores como el cobre ofrecen una medida de las propiedades del calentador auto-limitación, ya que su resistencia aumenta con la temperatura. Esto permite una mayor latitud de uso, y conductores de cobre con su limitación 600-V y costo relativamente bajo (incluso con la trenza metálica obligatorios y opcionales sobre-chaqueta) son especialmente favorecida para aplicaciones de línea de tiempo con este tipo de calentador.

Los circuitos deben estar diseñadas y controladas para minimizar la temperatura alta, ya que un fallo en un punto desactiva el circuito completo. La posibilidad de un fallo catastrófico (circuito en serie) debido a un sobrecalentamiento y fusión del polímero aislante pone este tipo de rastreo en la competencia un-favorable con los sistemas de rastreo de calor de la resistencia paralelo, que dominan en el bajo a campos de aplicación moderada de temperatura.

TRACING DE EFECTO PIEL

Sistemas de efectos de la piel son principalmente aplicables a la localización de las tuberías largas. El efecto piel se basa en la tendencia de una corriente alterna a fluir en las capas cercanas a la superficie (piel) de un conductor ferromagnético de transporte de corriente ( ver Fig. 11 ). 

Fig. 11: Componentes y flujo eléctrico en efecto piel traceado

En un típico trazador efecto de la piel, el elemento de calentamiento es un tubo de acero al carbono de diámetro pequeño soldado a la tubería de transporte de fluido a ser rastreado. Corriendo a través del tubo de calor es un alambre de cobre de baja resistencia de aislamiento. El campo magnético alterno creado por este conductor de transporte de corriente alterna-hace que la corriente de retorno en el tubo de calor pequeño para ser concentrada hacia la pared interior del tubo. Este fenómeno se denomina el efecto de proximidad. Debido a que casi no fluye corriente en la superficie exterior del tubo de calor, no hay potencial medible allí y todo el sistema de tuberías puede estar conectado a tierra en cualquier número de puntos.

El requisito para el diseño de sistemas a medida hace que los sistemas de efecto piel costosa, sin perjuicio de la posibilidad de hacer uso de materiales de bajo costo ordinarios, incluidos los componentes prefabricados y técnicas de construcción estándar. El método mantiene una diferencia de baja temperatura entre la pared circuito de fluido y el tubo (18 F / 10 C), se considera fiable, y es fácil de reparar. Sobres de un solo circuito de hasta 25.000 pies (7.500 m) son factibles con tensiones de alimentación de 3.000 tensiones de alimentación V. Superiores hacer circuitos aún más largos posible.Uno informes de referencia una única central eléctrica capaz de suministrar servicio de hasta 30 millas (48 km) de la tubería. Por otro lado, Carson califica esto con una limitación práctica de 10 millas (16 km), ya que por encima de la alimentación de 5 kV requerido para una línea de esta longitud, los costes de cable y de conmutación se convierten en una consideración cada vez mayor. Esto parece confirmarse por Ando y Takki, que denuncian la construcción de una de 68 millas (108 km) efecto de piel sistema de traceado impulsado por 12 subestaciones con una tensión del transformador de 13 800 V.

Efecto piel traceado generalmente no es rentable para las tuberías de menos de 5.000 pies (1.500 m), el límite superior de temperatura de aproximadamente 400 F (204 C) se establece por la temperatura máxima de la exposición del aislamiento del cable conductor, y el método no es adaptable para la tubería compleja. Instalaciones no se pueden modificar, y todo el sistema falla con un solo salto de línea.

IMPEDANCIA 

En el calentamiento de impedancia, el tubo se convierte en el elemento de calentamiento. La generación de calor se produce por la resistencia al flujo de corriente ( ver Fig. 12 ). Impedancia en el traicing tiene la capacidad de alcanzar altas temperaturas de funcionamiento, limitado solamente por el diseño y contenido del sistema de tuberías. Dado que la tubería es el elemento de calefacción, es el cable de alimentación y las conexiones que pueden ser vulnerables al agotamiento. Esta técnica tiene altas tasas de transferencia de calor y distribución del calor uniforme y proporciona un excelente control de la temperatura en el punto de control, usando uno cualquiera de varios métodos de control automático.

Fig. 12: Componentes y interacción eléctrica y magnética en la impedancia traceado

Su costo es muy elevado y tiene una aplicación limitada. Los sistemas son casi exclusivamente sobre vendedores-diseñados, y la ingeniería pueden llegar a ser complicado, sobre todo en el intento de lograr un equilibrio eléctrico en los sistemas de tuberías con múltiples ramas. Dado que la corriente significativa fluye a través de la tubería, toda la tubería debe ser eléctricamente aislado de la estructura de soporte y protegido del contacto personal. Como medida de precaución, las tuberías de impedancia de trazado son normalmente funcionan a 30 V o menos. Tensiones en 80 V se permiten si se suministra la protección de falla a tierra.

El calentamiento por inducción

El Tracing de Inducción utiliza una tubería metálica como un elemento de calentamiento mediante la colocación en el campo magnético de una fuente de corriente alterna. Alambre de baja resistencia se enrolla alrededor de una tubería conductora o recipiente, y la corriente alterna que fluye a través de las bobinas genera un campo magnético rápidamente cambiante que induce corrientes parásitas y las pérdidas de histéresis en la pared de la tubería. El calentamiento por inducción se ha empleado con mayor frecuencia para los metales de fusión y lo más probable sería considerado para alta temperatura, aplicaciones de rastreo de calor de alta potencia.

La ausencia de resistencia térmica entre la fuente de calor y la tubería permite calentamiento muy rápido. Los sistemas actuales implicarían considerable gasto y diseño personalizado y requerirían entradas de alimentación a intervalos cortos a lo largo de la tubería. Métodos de inducción no se prestan fácilmente a la producción de un calentamiento uniforme, y las tasas de IEEE el método de proporcionar la eficiencia del sistema sólo moderada.