Особенности обогрева стальных вертикальных резервуаров для воды

Применение РВС резервуаров для воды в холодных регионах

Проект резервуаров FLAMAX разрабатывается с учётом местного климата. По справочникам уточняются параметры максимальной отрицательной и положительной температуры, влажности, скорости ветра, холодной пятидневки и ряд других характеристик. Мы рассчитываем проект с запасом прочности, подбираем утепление и, при необходимости, обогрев ёмкости.

Скорость ветра и влажность воздуха используются для определения ветро-холодового индекса, отражающего жёсткость погоды. Поскольку одна и та же температура с учётом этих показателей будет ощущаться по-разному. 

Вспомните, как ощущается температура -15 градусов Цельсия в Санкт-Петербурге и в Москве. Разница значительная! Или, например, город Норильск, который занимает двенадцатое место в списке холодных Российских городов и четвёртое в перечне самых ветренных городов мира. Там при температуре -40 °C и порывах ветра до 25 м/с холод ощущается как при -67–68 °C. Для человека такие погодные условия чреваты высоким риском переохлаждения, обморожением открытых участков кожи менее чем в течение 2 минут.

Влияние влажности и ветра касается не только людей, но и материалов: сталь имеет высокую теплопроводность. Поэтому для каждого региона важно учитывать все параметры климата, а не только общепринятую холодную пятидневку.

Проектировщики резервуаров нередко оставляют подбор утеплителя на усмотрение производителя ёмкостей, полагаясь на его компетентность. Однако в целях экономии толщина утеплителя может быть занижена. Мы видели подобные решения и перепроверили их, рассчитывая тепловые потери. Полученные результаты были близки к минимально необходимым значениям или говорили о нехватке принятых по утеплению мер.

Мы, специалисты компании FLAMAX, смотрим на все климатические параметры места установки ёмкостей, принимаем коэффициент запаса прочности по главным показателям и, если значение пограничное, используем наибольшее. Это относится и к «лояльным» по погоде регионам. Поскольку неизвестно, как в будущем поменяется климат за время эксплуатации резервуаров, которые рассчитано на срок службы на 25 и более лет!

Расчет тепловых потерь ёмкостей с водой

Чтобы выбрать толщину теплоизоляции и мощность системы обогрева, выполняется расчёт тепловых потерь.

В компании FLAMAX такие расчеты автоматизированы. По их результатам можно подобрать решение, удобное для клиента. Например, сделать толщину изоляции с запасом. При этом расходы на строительство увеличиваются, но эксплуатационные затраты снижаются, так как система подогрева применяется реже.

При расчете тепловых потерь используются: 

— габаритные характеристики резервуара; 

— толщина и тип металла; 

— климатические параметры региона; 

— расчетная, поддерживаемая температуры воды; 

— характеристики материалов утепления. 

В результате мы получаем показатель суммарных тепловых потерь с учетом коэффициента запаса прочности. Из расчёта видно, какие компенсирующие мероприятия требуется предусмотреть.

Особенности обогрева РВС для хранения воды

Высокая теплопроводность металлических резервуаров приводит к тому, что жидкость в них быстро остывает или нагревается в зависимости от температуры окружающей среды. Это влияет на работоспособность ёмкости. Чтобы избежать негативных последствий, резервуары утепляют и устанавливают систему подогрева воды внутри.

В тех местах, в которых вода контактирует с остывшей поверхностью, происходят тепловые потери. Такие зоны нуждаются в утеплении.

Предотвратить замерзание также помогает циркуляция воды в ёмкости. Когда температура окружающей среды понижается, жидкость в резервуаре может замёрзнуть. Однако циркуляция вместе с обогревом предотвращают это. Процесс циркуляции приводит к движению воды в резервуаре, предотвращая образование льда.

Один из способов обеспечить циркуляцию жидкости в резервуаре — использовать помпу или насос для перекачивания воды. Эта механическая система принуждает воду двигаться, образуя поток, который препятствует замерзанию. 

Другой способ предотвращения замерзания воды в резервуарах — использование системы нагревания. Тепловые элементы устанавливаются внутри резервуара и поддерживают постоянную температуру воды выше точки замерзания. Это помогает избежать образования льда и сохранить воду в жидком состоянии даже при низких температурах.

Сравнение обогрева сварного резервуара и сборного резервуара FLAMAX

Обогрев сварных РВС электрокабелем «змеевиком» 

Металлическое дно сварных РВС находится в прямом контакте с фундаментом. Это приводит к тепловым потерям. Снизить их поможет утепление самого фундамента, однако способ не всегда эффективен.

Сварные резервуары утепляются при помощи контура подогрева, который также называют змеевиком. Он распределяется по стенкам и дну ёмкости. Обогрев работает на побочном тепле — воде или паре, проходящими по системе трубопроводов.

Обогрев стальных резервуаров для воды с использованием электрокабеля имеет свои плюсы и минусы. Одно из главных преимуществ этого метода — точный контроль над температурой воды. Электрокабель даёт равномерный, стабильный обогрев, поддерживает условия для хранения и использования жидкости. Он эффективен, отличается достаточно низкой стоимостью.

Однако следует также учитывать минусы обогрева стальных резервуаров для воды с помощью змеевика. Прокладка требует тщательного планирования, финансовых затрат и времени. Кроме того, неправильная установка или использование некачественного кабеля может привести к неэффективной работе системы или даже к возникновению аварийных ситуаций.

К минусам также относят:

— Проведение строительных работ: трубы подводят к резервуару и делают обмотку.

— Вода контактирует с трубопроводом внутри резервуара. При этом есть разница температуры воды в резервуаре и трубопровода с теплоносителем. Следовательно, скорость износа таких трубопроводов увеличивается. Проблему можно решить, изготовив трубы из нержавеющей стали, но это будет очень дорого!

— Сложный ремонт. Чтобы исправить локальную поломку, потребуется частично разобрать резервуар.

— Зависимость от источника теплоносителя: резервуары останутся без подогрева, если в котельной произойдёт авария и остановка подачи тепла.

— Чтобы подавать в змеевик воду, требуется циркуляционный насос. Если он выходит из строя или же обесточен, то резервуары остаются без подогрева воды.

В результате обогрев стальных резервуаров для воды с помощью электрокабеля обладает рядом преимуществ, однако затрудняет ремонт, требует качественных планирования и установки для эффективной и безопасной работы системы.

Обогрев сборных резервуаров FLAMAX с помощью устройства ТЭН

Мы утепляем резервуары FLAMAX плитами из экструдированного пенополистирола и наполнителем из пенополиуретана. Теплоизоляция защищает дно, стенки и крышу ёмкости при температурах до -15 градусов Цельсия. Помимо утеплителя, в резервуарах FLAMAX, используются нагревательные элементы — ТЭНы.

Обогрев стальных резервуаров для воды ТЭНами — эффективный, надежный метод поддержания нужной температуры. Это особенно важно для противопожарного и производственного запасов воды.

Трубчатые элементы способны быстро и равномерно нагреть воду, что минимизирует потери тепла и экономит энергию. ТЭНы устанавливаются на стенках ёмкости. Места установки рассчитываются так, чтобы тепло распределялось равномерно. Это уменьшает риск появления холодных зон.

Именно этот способ подогрева воды мы выбрали для сборных стальных резервуаров FLAMAX за его преимущества.

— ТЭНы просты в установке.

— Низкая цена системы обогрева.

— Энергоэффективность системы, малый расход на содержание в холодный период.

— У ТЭНов есть возможность горячей замены нагревательного элемента без опорожнения резервуара. Такую замену может выполнить квалифицированный электрик службы эксплуатации.

Мы используем ТЭНы из нержавеющей стали, поэтому они менее подвержены коррозии. Для резервуаров с питьевым запасом воды применяется пищевая нержавеющая сталь, которая исключает негативное влияние металла на воду. Сам нагревательный элемент ТЭНа находится в металлической колбе и не контактирует с жидкостью.

Дополнительным преимуществом ТЭНов, которого лишены змеевики, становиться циркуляция воды. Жидкость в нижней части резервуара при нагреве поднимается, в то же время холодная опускается. Этот процесс конвекции предотвращает замерзание воды.

ТЭНы для обогрева стальных резервуаров также имеет свои недостатки. Нагревательные элементы могут потреблять значительное количество электроэнергии при постоянном использовании и поддержании высокой температуры. Однако с правильно рассчитанной теплоизоляцией, нет необходимости в их бесперебойной работе. Также ТЭНы зависимы от электричества. Но этот минус легко обойти: насосные станции, от которых, как правило, ведётся электричество к резервуарам, чаще всего запитаны по первой категории. А это значит, что электричество будет бесперебойным всегда.

Система автоматизации подогрева резервуаров для воды

Система автоматизации выстраивается из задач, которые она должна решать для каждого конкретного проекта. Исходя из этого, комплектуется шкаф управления — ШУ. Обычно он включает в себя управление системой подогрева воды и контроль уровней жидкости.

В систему подогрева можно добавить водонаполненные термокабели. Такие решения мы выполняем редко и по запросу, поскольку обвязка резервуаров находится в зоне ответственности подрядчика по насосной станции.

Как устроена система обогрева резервуаров FLAMAX? Её центральная часть — шкаф управления. Он оснащен специальным программным обеспечением, которое оптимизирует работу системы обогрева, контролирует технические и рабочие параметры.

Компания FLAMAX разработала шаблон ШУ, поэтому он изготавливается и программируется быстро, качественно и недорого.

Система автоматизации резервуаров FLAMAX включает в себя:

1) Шкаф управления, который изготавливается на базе оборудования «ОВЕН», силовая часть на Schneider Electric.

2) Датчики уровня воды — кондуктометрические «ОВЕН» ДУ. 5-1 или реже гидростатические, когда нужно измерять много разных уровней.

3) Датчики температуры воды «ОВЕН» ДТС 105Л, они же датчики термосопротивления с коммутационной головкой. 

4) ТЭНы закрытого типа.

5) Расходный материал — кабельная продукция, распределительные коробки IP54, лотки и прочее.

Схема расстановки датчиков и ТЭН

ТЭНы устанавливаются друг над другом в верхней и нижней зонах резервуара. Верхний нагревательный элемент крепится на 1000 мм ниже уровня зеркала воды, а нижний располагают расстоянии 1000 мм от уровня фундамента. 

Датчики измерения температуры воды мы также ставим в верхней и нижней зонах ёмкости. Устанавливаем их на 400 мм ниже каждого ТЭНа.

Принцип работы системы обогрева резервуара с водой

Надводная и нижняя зоны резервуара будут охлаждаться быстрее. Первая теряет тепло из-за конвекционных потоков, идущих через дыхательные патрубки. Вторая, нижняя зона охлаждается, так как тёплая вода поднимается наверх. Поэтому для контроля температуры воды датчики устанавливаются на этих участках резервуара.

Если датчики фиксируют падение температуры в нижней зоне, то подключается нижний ТЭН. Соответственно, если в верхней, то начинает работать верхний нагревательный элемент. В случае, когда один ТЭН не справляется с обогревом за установленное программой ШУ время, то подключается второй.

Благодаря плитам экструдированного пенополистирола, уложенным на фундамент, тепловые потери через дно резервуаров FLAMAX стремятся к нулю. В результате нижняя зона остывает медленнее относительно верхней.

Для верхнего ТЭНа предусмотрен быстрый подогрев, чтобы в холодный период на зеркале воды не образовалась сплошная корка льда. Также он помогает избежать образования вакуума при интенсивном заборе воды из резервуара. Вакуум — разрежённость, при которой стенки резервуара могут деформироваться и сложиться внутрь ёмкости.

Кроме того, ШУ управляет включением и отключением ТЭН в случае падения уровня воды.

Контроль уровней воды и управление ТЭНами

ШУ контролирует работу резервуара по отметкам: 

— «резервуар полный»,

— «начать пополнение резервуара»,

— отключения ТЭНов,

— «резервуар пустой».

У шкафа управления есть включение любого из ТЭНов в ручном режиме вне зависимости от показателя датчика температуры воды. НО! Стоит ограничение: без воды ТЭН не заработает.  

ШУ контролирует неисправности ТЭНов и датчиков. В случае неполадок на приборную панель шкафа управления и в пультовую подаётся сигнал. 

Заключение

Для холодных регионов важно выбрать удобное для монтажа и эксплуатации решение. В этом плане преимущество за технологическими особенностями сборных резервуаров FLAMAX. 

При проектировании сборных резервуаров FLAMAX учитывается климатология, берутся нормативные параметры с запасом прочности. Правильно рассчитываются тепловые потери, корректно подбирается теплоизоляция и автоматическая система подогрева. Она справится с задачей, не принесёт дополнительных затрат в эксплуатации, а также будет энергоэффективной.

Полученные по ТЗ и расчётам решения обоснованы с точки зрения требований клиента, будущей экономии на эксплуатации и надёжности.