ホットオイルトレース: その仕組み、いつ使用するか、そして適切に断熱する方法

ホットオイルトレースが依然としてプロセスプラントでその地位を獲得している理由

製油所は、蒸気供給が存在しない 400 メートルのパイプラックに沿って硫黄移送ラインを融点以上に維持する必要があります。化学プラントでは、冬の間、ポリマーラインを安定した 200°C に保つ必要があります。どちらの場合も、高温オイルトレースは、蒸気による凝縮水処理や抵抗トレースによる電気負荷を必要とせずに、均一で制御可能な熱を供給します。

現場ですでにサーマルオイル加熱システムが稼働している場合、またはプロセス温度が約 150 °C ～ 350 °C の狭い範囲内に収まる必要がある場合は、ホット オイル トレースを検討してください。これは、短距離のランや孤立したラインにとって最も単純なオプションではありません。通常、電気トレースの方が簡単です。しかし、長いプロセス配管、複数の平行ライン、または蒸気圧力が信頼できない領域では、多くの場合、熱油トレースがエネルギー効率と温度制御の両方で優れています。

ホットオイルトレースシステムの仕組み

ホット オイル トレーサーは、通常直径 12 ～ 20 mm の小口径のチューブで、供給ヘッダーと戻りヘッダーの間のプロセス パイプに沿って走行します。高温のサーマルオイルがトレーサー内を継続的に循環します。熱はトレーサ壁を通って接触面、またはトレーサとプロセスパイプの間の小さな空隙に伝わり、断熱材の外層が熱を捕捉して、大気中に逃げるのではなくプロセス流体の内側に伝わります。

エンジニアリング ロジックは、基本的な点で蒸気とは異なります。蒸気は凝縮するときに潜熱を放出するため、スチームトレーサーは一定の温度で大量の固定量のエネルギーを供給します。ホットオイルは完全に顕熱で動作します。相変化は起こらないため、伝達される熱のすべてのワットは、オイルとプロセスラインの間の温度差から生じます。トレースされたセクション全体の設計温度降下とオイル流量が加熱能力を設定します。

2 つの配管配置が一般的です。 1 つ目では、供給ヘッダーが単一のトレーサーをプロセス ラインに沿って供給し、トレーサーは戻りヘッダーに排出されます。 2 つ目では、同じオイルがトレースされたセクションを 2 回通過します。1 つのトレーサーに沿って出て、2 番目のトレーサーに沿って戻り、その後ヘッダー システムに戻ります。 2 ライン構成により伝熱面積がほぼ 2 倍になり、長いラインや高熱の要件に適合します。大規模な設備は多くの場合、バランスとトラブルシューティングを簡素化するために、それぞれに独自の圧力降下とリターン接続を備えた 50 メートルのセクションに分割されます。

熱油 vs 蒸気 vs 電気トレース

スチームトレースが意味をなす場合

蒸気は多くの場合工場ですでに利用可能であり、高温の油や電線よりもメートル当たりより多くの熱を供給するため、蒸気トレースが主流です。トレードオフは、スチーム トラップ、凝縮水の戻り、凍結を防ぐための慎重な断熱などのインフラストラクチャです。蒸気の温度は供給圧力に関係しているため、熱に弱い製品を 180°C に保つには、減圧ステーションまたは追加の制御バルブが必要です。

電気トレースが意味をなす場合

電気トレースは、循環液なし、漏れなし、相変化なし、正確な制御など、最もクリーンな設置を実現します。その主な欠点は、キロワットあたりの運用コスト、古いプラントでは電気容量が限られていること、電圧降下やコールドリード終端によってホットスポットや電力不足セクションが生じないように長い回路を設計するために必要な注意が必要なことです。

ホットオイルトレースが適している場所

ホットオイルトレースはこの 2 つの間に位置します。有機熱伝達流体 (通常は合成油または鉱物油) を使用し、プラントに凝縮水を処理しない閉じた液体回路を提供します。オイルの温度はヒーターで集中的に制御されるため、トレースされた長さ全体にわたって安定した温度が維持されます。顕熱制限も同様です。オイルは流れ続けなければならず、入口から出口までの温度降下は許容プロセス範囲内にとどまらなければなりません。

トレースが機能するかどうかを決定する設計上の決定

トレーサーのサイズと接触

トレーサーの数とトレーサーがパイプにどのように接触するかによって、製品に到達する熱量が決まります。水平パイプの上部に固定された 1 つのトレーサーは、液体製品が存在する下部象限に沿って 2 つのトレーサーを実行するよりも熱の伝達が少なくなります。負荷の高いサービスでは、熱伝達化合物を備えた複数のトレーサーが接触を改善します。単にパイプに結び付けられたトレーサーに頼らないでください。空気は伝導性が悪いため、隙間によって伝達される熱が大幅に減少する可能性があります。

熱損失の計算

設計は、製品温度だけからではなく、最低周囲温度での断熱パイプの熱損失から始まります。熱損失がわかったら、トレースされたセクションに沿った温度降下が小さくなるようにオイル流量を設定します。バランスのとれたシステムの場合、通常は 10 ～ 30°C です。オイルが冷えすぎると、遠端で製品の温度を維持できなくなります。フローのバランスをとることは不可欠です。 50 メートル以上のセクションには、それぞれ測定可能な流量制御、または少なくとも正の戻りライン表示が必要です。

サーマルオイルの選択と劣化

すべての熱伝達流体には最大バルク温度と最大膜温度があります。ヒーターをフィルムの限界に近づけすぎると、トレーサー内部に亀裂、コーキング、炭素の堆積が発生し、熱伝達が静かに低下します。皮膜が汚れると能力は年々低下し、油温の上昇は堆積を促進するだけです。バルク温度定格が必要な追跡温度より少なくとも 30 ～ 50 °C 高いオイルを選択し、定期的にオイル分析を監視してください。

絶縁性: トレース性能の決定要因

断熱層は熱伝達計算の一部であり、後付けではありません。厚さはトレーサーの温度と周囲条件に適合する必要があります。コントローラーに障害が発生すると、トレーサーが動作点を超えて送信される可能性があるため、材料は通常のプロセス温度だけでなく、可能な限り最高の油温度に耐える必要があります。設置はしっかりと行う必要があります。隙間、たるんだ部分、ハンガーの潰れた断熱材によってコールド スポットが形成され、パイプが最も必要とする場所に正確に熱が逃げます。

250℃を超えるトレースラインの場合、従来のミネラルウールやエラストマーフォームでは不十分です。低い熱伝導率、寸法安定性、有機物を含まないことが最も重要な 3 つの基準です。 セラミックファイバー製品は、これらの温度でも断熱性能を維持しながら、簡単に取り付けたり切断したりできます。 そのため、高温炉のライニングに使用されているのと同じ材料ファミリーが、トレースされた配管の断熱にも使用されています。

A セラミックファイバーブランケット断熱材 は、しっかりと包み込み、圧縮してトレーサーの周囲の小さな凹凸を埋め、千鳥状のジョイントで 2 層にすることができるため、トレースされたパイプの直線部分に最も実用的な選択肢です。バルブ、フランジ、および計器のティーでは、トレーサーがきつい曲がりを形成し、絶縁体が不規則な空隙を埋める必要があるため、 セラミックファイバーコットン エアポケットを防ぐ弾力性のある中綿を提供します。

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現場でよくある間違いは、最初にプロセスパイプを断熱し、トレーサーを断熱材の外側に置いておくことです。これでは目的が果たせません。トレーサーはパイプの代わりに断熱材を加熱します。正しい順序は、プロセス壁に対するトレーサー、その両方の上の断熱、そして耐候性ジャケット層です。断熱材はまた、その外面を安全な接触温度以下に保つ必要があります。

私たちの 高温断熱材バイヤーズガイド トレースラインの性能に影響を与える温度グレード、導電率、設置の詳細について説明します。

熱油トレースでよくある失敗を回避する

高温油追跡問題はさまざまな業界で繰り返されています。早期にそれらを認識することで、シャットダウンを防ぐことができます。

• 長いセクションの端で配信不足。 オイルは移動中に顕熱を放出するため、バランスの悪いセクションの最後の数メートルはヘッダー端よりも低温になります。ヒーターの設定値を上げるのではなく、戻り温度をチェックして流量のバランスをとってください。
• トレーサー直下で過熱。 トレーサーが細い線に沿ってパイプに接触し、製品が熱に弱い場合、局所的な金属温度が製品の制限を超える可能性があります。熱伝達化合物を使用して熱を分散させるか、油の温度を下げます。
• サポート、フランジ、バルブの絶縁ギャップ。 パイプサポートは冷却フィンとして機能し、フランジは複雑な表面を持っています。断熱材がこれらの点を完全にカバーしていない場合、各ギャップでの熱損失が直管の熱損失をはるかに上回り、ラインの残りの部分が温度を保持している間に製品はフランジで冷却されます。
• トレース接続部からの油漏れ。 システムの熱サイクルにより、フランジ付きトレーサー ジョイントから漏れが発生します。溶接または圧縮タイプの接続が望ましく、絶縁前の漏れテストが最も安価な保険です。
• 湿気により断熱性能が徐々に失われます。 ウェザージャケットが損傷すると、断熱材の中に水が侵入します。湿った断熱材は乾いた断熱材よりも何倍も速く熱を伝え、水が高温のオイルトレーサーに到達すると、トレーサーの壁を腐食する可能性もあります。ジャケットの損傷を直ちに修理してください。

同じ規律が電気トレースと蒸気トレースにも適用されるため、多くの工場ではトレース手順が標準化されています。より広範なガイダンスについては、 産業用暖房システム用断熱材 、トレースされた各ラインの選択を文書化し、プロセス温度が変化するたびにそれを確認します。

最後の要点: トレース方法を実際の制約に一致させる

ホットオイルトレースは、すべてのパイプラインのデフォルトの選択ではありません。蒸気が豊富で、製品がその温度に耐えられる場合は、蒸気のトレースがより簡単になります。ラインが短く、電気料金が安い場合は、電気トレースの方がきれいです。熱油トレースは、温度を 150 ～ 350 °C の範囲で均一かつ制御可能にする必要がある場合、サーマル オイル プラントがすでに存在する場合、または蒸気が利用できず電力容量が限られている場合に適しています。多数の平行トレースラインを備えた長いパイプラックの場合、1 つの中央ヒーターと 2 つのヘッダーが、数百のスチームトラップや数十の電気回路を使用せずにラック全体に供給されます。

最終的な設計ルールは、オイル回路と絶縁層を 1 つのシステムとして扱うことです。オイルは熱を伝えます。断熱材が熱の行き先を決定します。パイプをしっかりとなぞり、すぐに断熱し、断熱材を乾燥した状態に保ち、各セクションの戻り温度のバランスを保ちます。私たちの テクニカルサポートチーム 材料の選択やトレースラインによる断熱材のレビューに役立ちます。