סרטי חימום חשמליים בקווי תהליך

אחד האתגרים שמפעלים מתמודדים עמם, הוא הצורך המתמיד לשמור על טמפרטורה גבוהה של נוזלים או גזים הזורמים בצנרת או הנמצאים במכלים. החשש הגדול הוא שהזורמים יאבדו מהחיוניות שלהם, ובמקרים מסוימים אף יקפאו ויגרמו חסימה בצנרת. נכון שבצינורות כלולה שכבת בידוד תרמית פנימית, אך היא אינה מסוגלת להתמודד עם התופעות האלו, שעלולות להשבית קווי ייצור. פתרון פשוט, זמין וממוקד לתופעה, הוא שימוש בטכנולוגיית סרטי חימום חשמליים (Trace Heating) כדי לחמם קווי תהליך.

סרטי חימום הם למעשה גופי חימום חיצוניים שעוטפים את הצנרת או מוצמדים אליה, והחום שהם מפיקים שומר על הטמפרטורה של הזורם. אפשר להתקינם צמוד לצנרת או למכל, וכך לשמור על טמפרטורה רצויה של המדיה המצויה. פסי חימום חשמליים הם אלטרנטיבה נהדרת לשימוש בקיטור לחימום קווים, אשר מצריכים הפקת קיטור והתקנה מסובכת ויקרה (צנרת נוספת ואביזרי בקרה מגוונים).

לפסי חימום מספר יתרונות מרכזיים: ראשית, עלויות ההתקנה שלהם נמוכות למדי ועלויות תחזוקתם נמוכות מאוד. שנית, הם אמינים יותר מפתרונות אחרים. שלישית, יעילותם רבה; רביעית, אין להם הפסדי חום נוספים לעומת פתרונות אחרים; וחמישית, הטכנולוגיה מאפשרת לספק חום במקומות רצויים ובגישה קלה.

פסי חימום אידיאליים למגוון רחב של יישומים ותעשיות: תעשיות כימיות, מיתקני זיקוק, תחנות כוח, מפעלי מזון ופארמה, וכדומה.

הנה דוגמה לשימוש יעיל בפסי חימום. שעווה מתחילה להתמצק כאשר היא נמצאת בטמפרטורה הנמוכה מ-70 מעלות צלזיוס - טמפרטורה גבוהה בהרבה מטמפרטורת הסביבה. לכן צנרת שמזרימה שעווה חייבת לקבל מקור חום חיצוני, שימנע מהשעווה שזורמת בצינור להתקרר. פסי חימום עשויים לשמש במקרה זה פתרון מצוין. דוגמה אחרת היא חימום צנרת קיטור של תחנת כוח כדי לשמור על קיטור "שחון", כלומר קיטור שהטמפרטורה שלו גבוהה במיוחד, או שמירה על טמפרטורה גבוהה יחסית של גז כדי לשמור על מצב הצבירה שלו לצורך הזרמתו ושימוש בו במגוון תהליכים.

ישנם בשוק מספר סוגים של סרטי חימום, שלושה מהם נפוצים במיוחד: סרטי חימום גמישים עם ויסות עצמי, סרטי חימום גמישים עם הספק קבוע וסרטי חימום מתכתיים/מינרליים.

סרט חימום גמיש עם ויסות עצמי

סרט חימום עם ויסות עצמי (Self-Regulated Heater) הוא סרט גמיש, עשוי מחומר תרמו-פלסטי, עמיד לכימיקלים ומיועד לטמפרטורות חימום של עד 200 מעלות. נכללים בו שני כבלים מקבילים שמזרימים חשמל, אך לא יוצרים חום רב, ונתונים בסרט העשוי פולימר מוליך-למחצה, שטעון פחמן. כאשר טמפרטורת הצינור/מכל עולה, טמפרטורת הפולימר עולה, התנגדות הפולימר עולה גם כן, הזרם יורד, והספק החימום יורד. כאשר טמפרטורת הצינור/מכל יורדת, טמפרטורת הפולימר יורדת, וכך גם ההתנגדות. הזרם לעומת זאת עולה, והספק החימום עולה עד לנקודת איזון שבה מתקיים שוויון בין טמפרטורת הצינור/מכל לטמפרטורה של סרט החימום. בנקודה זו התנגדות הסרט גבוהה, הזרם נמוך והסרט מפסיק לחמם.

בסידרת סרטי חימום מסוג ויסות עצמי קיימים סרטים עם מגוון הספקי חימום המוגדרים על פי הספק חימום למטר אורך סרט, W/M. יתרון בולט של דגם מסוג ויסות עצמי הוא שהוא מבטל את הצורך בבקרת טמפרטורה מורכבת.

סרט חימום גמיש עם הספק קבוע

כבלי חימום מסוג הספק קבוע (Constant heating cable) הם התשובה האידיאלית לצנרת או למכלים המצריכים טמפרטורות חימום גבוהות למדי לצורך תחזוקת תהליכים המצריכים טמפרטורת סף למניעת התמצקות או קפיאה, ואשר עלולים להיגרם בהם קשיי זרימה וסתימת צינורות.

כל יחידת אורך של הכבל מייצרת הספק קבוע, ללא קשר לטמפרטורה של הצינור או המכל. הספק זה מוגדר ביחידות W/m, והוא הנתון העיקרי המגדיר את סוגי הכבלים למיניהם. הגדרות הספק אופייניות של כבלי החימום הן 10, 20, 30, 40, 50 W/m.

כבל החימום מורכב מרצף של אזורי חימום קבועים ומרובים. מקטע של גוף החימום מולחם לחוטי מתח ההזנה שעוברים לאורך כל הכבל. למעשה נוצר גוף חימום קטן שחוזר על עצמו לאורך כל הכבל. בתצורה זאת מתקבל רצף של גופי חימום.

היתרון הוא שאם אלמנט חימום נכשל, המערכת תמשיך לחמם, ולא תהיה השפעה על כבל החימום הנותר. כבל החימום מורכב מרצף של אזורי חימום, ואפשר לחתוך אותו לאורך הנדרש. כאשר חותכים אותו בנקודה מסוימת, מעגל החימום נקטע עד לנקודת המגע הבאה, והחלק הלא פעיל הזה עשוי לשמש מוביל קר.

המבנה של הכבל דומה לזה של כבל חימום עם ויסות עצמי, והוא מגיע עם מעטפת סיליקון חיצונית או פלואורופולימרים מסוג FEP/PFA שיש להם עמידות גבוהה בפני כימיקלים והגנה בפני קרינת UV.

כבלי החימום מיועדים לטמפרטורות עד 260 מעלות צלסיוס, ומאושרים לעבודה באזורים נפיצים. אפשר להשתמש בכבלים האלה למגוון רחב של יישומים בצנרת תהליכית ובמכלים כדי לשמר טמפרטורת סף שתמנע התמצקות או קפיאה של הגזים או הנוזלים.

אסכם את היתרונות של כבלי חימום קבוע: תפוקה קבועה של הספק חשמלי למטר אורך של כבל, עמידות גבוהה לכימיקלים, עמידות לקרינת UV, טמפרטורת עבודה גבוהה, עד 260˚C.

סרט חימום מתכתי/מינרלי

כבל חימום מסוג מינרל (Mineral Insulated Heater) עשוי ממוליך חשמלי (אחד או שניים) ששתול באבקת מגנזיום אוקסיד דחוסה ובמעטפת הגנה מתכתית חיצונית. לאבקת מגנזיום אוקסיד יש שתי תכונות עיקריות: בידוד חשמלי ומוליכות חום גבוהה. תכונות אלו, עם מעטפת הגנה מתכתית, מאפשרות לסרט חימום מסוג מינרל לעבוד בטמפרטורות גבוהות ובתנאי סביבה קשים.

הקוטר הממוצע של כבל חימום מינרל הוא כחמישה מ"מ, ובשל הטיפול התרמי שהכבל עבר, קיימת גמישות כיפוף שמאפשרת התקנה נוחה. חיבור מתח הזנה לשני קצוות הכבל מביא לחימום הגיד המרכזי (שמשמש כגוף חימום) ולהעברת החום למעטפת החיצונית של הכבל.

אלו המאפיינים העיקריים של כבל חימום מינרל:

* כבל חד-גידי שבו מקור מתח ההזנה מתחבר לשני קצוות הכבל;

* כבל דו-גידי שבו מקור המתח מתחבר לצד אחד של הכבל;

* התנגדות הכבל ליחידת אורך של מטר אחד קובעת את ההספק ליחידת אורך, והיא נמדדת ב-W/m;

* הספק היציאה קבוע, ואיננו תלוי במשתנים אחרים;

* חוזק מכני;

* עמידות ללחות;

* מתח עבודה מרבי - 750 V;

* הספק מרבי - 300 W/m;

* עמידות בטמפרטורה מרבית של 800˚C;

* טמפרטורת חשיפה מרבית - 1,000˚C.

כבל החימום עומד בטווח רחב של סטנדרטים:

* CSA (Hazardous and Non-Hazardous Location Approvals for heating elements);

* ATEX & IEC Ex (Hazardous Area Approval for heating elements);

* British Nuclear Group Technical Standards A.0359-10;

* IEC 61515;

* AMS2750.

כבלים אלה מגיעים עם חמישה סוגי מעטפת המתאימים למגוון של טמפרטורות ויישומים:

* Cooper;

* AISI 321 SST;

* AISI 316L SST;

* AISI 310 SST;

* Cupronickel 70/30;

* Inconel 600;

* Alloy 825.

קיימות חברות המספקות סרטי חימום לפי אורך רצוי ובהתאם ליישום. חלק קטן מהחברות יודעות גם לבצע את התכנון ואת החישובים לפרויקט, ולבצע את ההתקנה הלכה-למעשה.

מנהל פרויקטים, אלקון ממ"ב moshe@elcon.co.il