Даже правильно рассчитанная система электрообогрева может работать неудовлетворительно, если температурный датчик установлен в неправильной точке. Датчик возле греющего кабеля может преждевременно отключать нагрев, датчик воздуха на солнечной стене — показывать температуру выше реальной, а датчик продукта в неудачной зоне резервуара — не замечать холодный слой. Поэтому место измерения является частью алгоритма управления: сначала определяется, какую температуру необходимо контролировать, затем выбирается тип датчика, его положение относительно нагревателя, продукта, теплоизоляции и окружающей среды.
Материал подготовлен
Инженерным отделом «ПромОбогрев»
Расчёт и комплектация систем промышленного электрообогрева, температурного контроля и автоматизации
Что должно быть изображено: промышленный трубопровод в разрезе. Под теплоизоляцией показать греющий кабель и отдельный датчик температуры, закреплённый непосредственно на поверхности трубы, но не вплотную к кабелю. Рядом сделать небольшие выноски: «греющий кабель», «датчик», «труба», «теплоизоляция».
Сначала нужно определить: какую температуру должна знать автоматика
Термин «датчик температуры системы электрообогрева» сам по себе недостаточно точен.
На одном объекте системе может быть важно знать:
- температуру наружного воздуха;
- температуру металлической трубы;
- температуру стенки резервуара;
- температуру находящегося внутри продукта;
- максимальную температуру поверхности возле нагревателя;
- температуру кровли или водостока;
- наличие влаги или осадков.
Это разные физические величины. Даже если все датчики в данный момент показывают похожие значения, при изменении режима они могут начать отличаться на десятки градусов.
Правильная последовательность: сначала определить технологическую задачу, затем выбрать контролируемую величину и только после этого — место установки датчика.
Основные варианты температурного контроля
| Тип измерения | Что показывает | Типичная задача |
|---|---|---|
| Температура воздуха | Состояние окружающей среды. | Антизамерзание наружных инженерных систем. |
| Температура трубы | Фактическую температуру стенки трубопровода. | Поддержание температуры трубопровода. |
| Температура поверхности | Температуру конкретной точки оборудования. | Регулирование или защита от локального перегрева. |
| Температура продукта | Реальную температуру технологической среды. | Масла, нефтепродукты, химические и пищевые среды. |
| Температура + осадки | Условия образования снега и льда. | Кровля, желоба, водостоки и открытые площадки. |
| Защитный температурный датчик | Максимально опасную температуру. | Ограничение перегрева оборудования или продукта. |
Датчик температуры трубы: самый распространённый вариант
Для промышленного трубопровода датчик часто устанавливают непосредственно на наружной поверхности трубы под теплоизоляцией.
Такое измерение используется для:
- защиты от замерзания;
- поддержания технологической температуры;
- контроля вязких продуктов;
- обогрева импульсных линий;
- обогрева дренажей;
- поддержания температуры технологических коммуникаций.
Главное требование — хороший тепловой контакт
Чувствительная часть должна действительно измерять температуру трубы.
Между датчиком и поверхностью нежелательны:
- воздушный зазор;
- толстый слой герметика;
- теплоизоляционный материал;
- случайная прокладка;
- неплотное крепление.
Датчик закрепляется предусмотренным проектом и совместимым с температурой способом.
Датчик и греющий кабель должны быть разнесены
Если чувствительный элемент установлен непосредственно рядом с нагревательным кабелем, он будет видеть локально повышенную температуру.
Автоматика решит, что вся труба уже прогрета, и преждевременно отключит нагрев.
Конкретное расстояние и положение относительно кабеля необходимо принимать по проекту и документации выбранной системы. Не следует переносить схему размещения датчика одной марки оборудования на все системы без проверки.
Что должно быть изображено: два поперечных разреза трубы. Слева неправильный монтаж — датчик расположен вплотную к греющему кабелю, зона возле него окрашена красным. Справа правильная принципиальная схема — датчик расположен отдельно и имеет хороший контакт с трубой. Добавить красный крест слева и зелёную галочку справа.
Датчик воздуха: простой способ управления антизамерзанием
Управление по наружной температуре удобно, если задача системы — включать электрообогрев при наступлении потенциально опасной холодной погоды.
Где применяется
- наружные водопроводы;
- пожарные трубопроводы;
- дренажные системы;
- инженерные коммуникации;
- часть систем кровельного обогрева.
Где должен находиться датчик
Точка должна характеризовать реальную температуру контролируемой части объекта.
При выборе места необходимо исключить влияние:
- прямого солнечного излучения;
- горячего вентиляционного выброса;
- дверей и ворот отапливаемого помещения;
- нагретой стены;
- оборудования, выделяющего тепло;
- самого шкафа управления;
- других локальных источников нагрева.
Датчик воздуха должен измерять окружающую среду, а не микроклимат конкретной тёплой стены.
Недостаток управления только по воздуху
Температура воздуха не показывает, насколько прогрелась конкретная труба.
Поэтому для точного технологического поддержания обычно предпочтительнее контролировать температуру самого объекта или продукта.
Датчик поверхности: регулирование и защита от перегрева
Измерение поверхности может использоваться в двух принципиально разных режимах.
Датчик характеризует среднюю или репрезентативную температуру оборудования.
Датчик устанавливается там, где потенциально возможно наиболее опасное повышение температуры.
Эти две функции не следует путать.
Рабочему датчику нужна точка, хорошо характеризующая регулируемый процесс. Защитному датчику, напротив, может требоваться зона потенциального максимального нагрева.
Где особенно важен верхний температурный предел
- полимерные трубопроводы;
- температурно-чувствительные продукты;
- мощные резистивные нагреватели;
- высокотемпературные процессы;
- резервуары с переменным уровнем продукта;
- взрывоопасные зоны;
- оборудование с ограничением температуры поверхности.
Датчик продукта: когда важна температура среды, а не металла
На технологическом производстве основной управляемой величиной может быть температура находящегося внутри продукта.
Это особенно актуально для
- масел;
- нефтепродуктов;
- битумных составов;
- химических растворов;
- вязких сред;
- пищевых продуктов;
- реакторов и технологических ёмкостей.
Датчик может устанавливаться в предусмотренную конструкцией гильзу или другой технологический узел измерения.
Главная проблема — неоднородность температуры
Большой объём продукта не всегда имеет одинаковую температуру.
Возможны:
- холодный слой у днища;
- более горячая зона возле нагревателя;
- температурное расслоение;
- зона поступления холодного продукта;
- застойный участок;
- разница между центральной частью и стенкой.
Один датчик продукта показывает температуру только в своей точке. На большой ёмкости эту точку нельзя автоматически считать средней температурой всего объёма.
Резервуар: одного датчика часто недостаточно
На крупном резервуаре одновременно могут контролироваться:
- температура продукта;
- температура нижней части стенки;
- средняя зона корпуса;
- верхняя зона;
- днище;
- сливной патрубок;
- задвижка;
- максимальная температура нагревательной поверхности.
Почему важен уровень продукта
Стенка ниже уровня жидкости имеет интенсивный отвод тепла в продукт.
После снижения уровня верхняя часть оказывается в совершенно другом тепловом режиме.
Поэтому на резервуарах с переменным заполнением может применяться несколько датчиков и отдельные зоны управления.
Что должно быть изображено: вертикальный резервуар в разрезе, заполненный примерно на две трети. Показать датчик продукта внутри, три датчика стенки по высоте, отдельный датчик сливного патрубка и датчик верхнего ограничения температуры.
Датчики кровли и осадков: температуры воздуха недостаточно
Для антиобледенения кровли задача отличается от обогрева трубы.
Сам факт отрицательной или близкой к нулю температуры ещё не означает, что необходимо постоянно включать нагрев. Для образования снега и льда важно также наличие влаги или осадков.
Поэтому система может использовать
- датчик температуры воздуха;
- датчик температуры поверхности;
- датчик влаги;
- датчик осадков;
- датчик наличия воды в желобе;
- комбинацию нескольких сенсоров.
Датчик осадков должен «видеть» реальные осадки
Если его установить:
- под большим козырьком;
- в полностью закрытой нише;
- в зоне, куда практически не попадает снег;
- слишком близко к источнику тепла;
- в месте, нехарактерном для контролируемой кровли,
автоматика будет получать ложное представление о фактических погодных условиях.
Датчик желоба должен контролировать именно зону влаги
Для водосточной системы важна область, где фактически присутствует талая вода и существует риск повторного замерзания.
Для кровли хороший алгоритм обычно отвечает не на один вопрос «холодно ли?», а на два: «подходящая ли температура?» и «есть ли влага или осадки?»
Что должно быть изображено: промышленная или коммерческая кровля с желобом и водосточной трубой. Отдельно показать датчик воздуха, открытый датчик осадков и датчик влаги в желобе. Стрелками показать передачу сигналов на шкаф или терморегулятор.
Теплоизоляция принципиально меняет показания датчика
Для датчика поверхности трубы теплоизоляция является частью измерительной системы.
Если требуется контролировать температуру трубы, чувствительный элемент обычно должен находиться непосредственно на трубе под теплоизоляцией, а не снаружи металлического кожуха.
Что произойдёт, если измерять температуру кожуха
Наружный металлический лист может иметь температуру, значительно отличающуюся от трубы.
На его показание будут сильно влиять:
- наружный воздух;
- ветер;
- солнце;
- осадки;
- толщина теплоизоляции;
- тепловые мосты.
Такой датчик фактически перестаёт измерять температуру технологического трубопровода.
Проход датчика через теплоизоляцию должен быть герметизирован
После монтажа нельзя оставлять открытую щель в теплоизоляционной конструкции.
Попадание влаги способно:
- увеличить теплопотери;
- изменить локальный температурный режим;
- создать коррозионные проблемы;
- исказить работу системы относительно расчётных условий.
После установки датчика теплоизоляция должна восстанавливать расчётную конструкцию трубопровода, а не оставлять вокруг точки измерения холодный мост.
Нужно ли всегда ставить датчик в самой холодной точке?
Не всегда.
Здесь важно разделить две задачи.
1. Регулирование основной линии
Рабочий датчик должен характеризовать температурное состояние участка, которым он управляет.
Если установить его на случайном мощном тепловом мосту, например на массивной опоре, весь трубопровод может постоянно перегреваться в попытке довести именно эту аномальную точку до общей уставки.
2. Контроль действительно критической холодной точки
Если конкретный фильтр, патрубок, задвижка или технологический узел по расчёту является критичным, его можно и нужно контролировать отдельно.
Не путать: случайный тепловой мост и специально определённая критическая точка — разные вещи. Вторая может требовать собственного датчика и даже отдельной зоны обогрева.
Защитный датчик должен искать не среднюю, а опасную температуру
Для функции ограничения перегрева логика может быть противоположной рабочему регулированию.
Необходимо определить, где при наиболее неблагоприятном режиме температура может стать максимальной.
Потенциально опасны
- участки с высокой удельной мощностью;
- места сложной укладки кабеля;
- резервуар выше уровня жидкости;
- оборудование после остановки продукта;
- участки с изменившимся теплоотводом;
- зоны высокотемпературного нагревателя;
- поверхности с ограничением максимальной температуры.
Такая точка определяется проектом, конструкцией нагревателя и тепловым расчётом.
Где обычно нельзя ставить управляющий датчик
Датчик видит локальный нагрев и преждевременно отключает систему.
Если требуется температура трубы, наружный кожух не является её корректным заменителем.
Тепловой мост может быть значительно холоднее основной трассы.
Если основной участок холоднее, автоматика будет получать завышенное значение.
Особенно критично для датчика наружного воздуха.
Датчик измеряет искусственно созданный микроклимат.
Осадки на кровле есть, а сам сенсор остаётся сухим.
Локальная температура может не характеризовать весь резервуар.
Исключение возможно, если конкретная точка выбрана намеренно как контрольная: например, отдельный датчик действительно должен контролировать холодную задвижку или наиболее горячую поверхность.
Что должно быть изображено: инфографика «Неправильные места датчика». Четыре небольших примера: датчик трубы непосредственно на кабеле; датчик воздуха на солнечной стене; датчик осадков под козырьком; датчик температуры трубы поверх наружного кожуха теплоизоляции. Каждый вариант отметить красным крестом.
Что должна делать автоматика при отказе датчика
Обрыв или короткое замыкание измерительной цепи не должны восприниматься системой как обычное корректное значение температуры.
В зависимости от критичности процесса алгоритм может предусматривать:
- аварийную сигнализацию;
- переход на резервный датчик;
- переход в заранее определённый безопасный режим;
- принудительное отключение нагрева;
- ограниченную аварийную работу;
- передачу неисправности в АСУ ТП.
Почему нельзя универсально сказать «при обрыве всегда выключить»
Для одной системы безопаснее отключить нагрев, чтобы исключить перегрев.
Для другой полное отключение при сильном морозе может привести к замерзанию критического трубопровода.
Поэтому поведение при отказе датчика необходимо задавать в проектном алгоритме.
Когда одного датчика недостаточно
Увеличение количества датчиков имеет смысл не само по себе, а когда объект действительно имеет несколько различных тепловых зон.
Несколько измерений особенно полезны для
- протяжённых трубопроводов;
- разветвлённых трасс;
- резервуаров;
- нескольких технологических продуктов;
- трасс, проходящих через помещение и улицу;
- объектов с различной теплоизоляцией;
- ответственных технологических процессов;
- Ex-систем с ограничением температуры поверхности.
При этом датчики могут использоваться:
- для отдельных независимых зон;
- для выбора минимального значения;
- для определения максимального значения;
- для резервирования;
- для мониторинга без непосредственного управления.
Промышленные системы удалённого измерения позволяют централизованно собирать большое количество температурных точек и передавать их в шкаф управления или АСУ ТП.
Ошибки, которые приводят к перегреву или недогреву
| Ошибка | Что видит датчик | Возможное последствие |
|---|---|---|
| Датчик трубы рядом с греющим кабелем | Завышенную локальную температуру. | Преждевременное отключение и недогрев трубы. |
| Плохой контакт датчика с трубой | Смесь температуры трубы и воздуха под изоляцией. | Нестабильное регулирование. |
| Датчик трубы поверх теплоизоляции | Температуру наружного кожуха. | Существенная ошибка регулирования. |
| Датчик воздуха на солнце | Завышенную наружную температуру. | Система не включается, когда объект ещё холодный. |
| Датчик воздуха возле тёплой вентиляции | Искусственно нагретый воздух. | Недогрев наружной трассы. |
| Рабочий датчик на сильном тепловом мосту | Температуру значительно ниже основной трубы. | Перегрев основной части трассы и лишнее энергопотребление. |
| Датчик продукта только в верхнем слое | Локальную температуру верхней зоны. | Возможен холодный нижний слой продукта. |
| Датчик осадков под навесом | Сухое состояние при реальном снегопаде. | Антиобледенение не запускается вовремя. |
| Только датчик воздуха на кровле | Температуру, но не наличие воды или снега. | Избыточная или недостаточная работа системы. |
| Нет отдельного контроля перегрева | Только рабочую технологическую температуру. | Локальная горячая точка может остаться незамеченной. |
Что должно быть изображено: тепловая карта длинного трубопровода. Показать нормальную рабочую температуру большей части трубы, локальную горячую область возле греющего кабеля и холодную область возле массивной арматуры. Отдельными точками обозначить: «плохое место рабочего датчика», «репрезентативная точка», «отдельный защитный контроль».
Что указать в проекте или техническом задании по датчикам
Формулировки «датчик температуры — 1 шт.» недостаточно для промышленной системы.
| Параметр | Что необходимо определить |
|---|---|
| Измеряемая величина | Воздух, труба, продукт, поверхность, влага или осадки. |
| Назначение датчика | Рабочее регулирование, мониторинг или аварийное ограничение. |
| Диапазон температуры | Минимальная и максимальная рабочие температуры. |
| Тип чувствительного элемента | Выбирается совместно с контроллером и требуемым диапазоном измерения. |
| Количество датчиков | Определяется количеством тепловых зон и требованиями по резервированию. |
| Точка установки | Должна быть показана на схеме или описана однозначно. |
| Положение относительно нагревателя | Определяется проектом и документацией выбранной системы. |
| Способ крепления | Должен обеспечить надёжный тепловой контакт. |
| Теплоизоляция | Нужно определить, находится ли датчик под изоляцией и как герметизируется вывод. |
| Длина линии датчика | Необходима для выбора схемы подключения и размещения измерительной аппаратуры. |
| Условия среды | Влага, химия, наружная установка, механические и температурные воздействия. |
| Ex-зона | При необходимости указывается требуемое исполнение измерительной цепи. |
| Отказ датчика | Нужно заранее определить, что должна сделать автоматика при неисправности. |
| Аварийные уставки | Нижний и верхний пределы, если они требуются технологией. |
Лучше указать в проекте «датчик поверхности трубы в зоне X, рабочее регулирование», чем просто записать в спецификации «датчик температуры — 1 шт.».
Короткий алгоритм выбора точки измерения
Антизамерзание, поддержание продукта, антиобледенение или защита от перегрева.
Воздух, труба, поверхность, продукт или осадки.
Она должна характеризовать именно управляемую тепловую зону.
Рабочий датчик не должен случайно измерять локальную горячую точку.
Датчик и его вывод не должны нарушать тепловую конструкцию.
Отдельно определить холодные узлы и потенциальные зоны перегрева.
Один датчик не должен управлять физически разными температурными зонами без обоснования.
Авария, резервирование, отключение или безопасный режим.
Вопросы и ответы
Можно ли закрепить датчик прямо рядом с греющим кабелем?
Для обычного рабочего контроля трубы это часто приводит к завышенному показанию из-за локального нагрева. Датчик размещают по схеме, предусмотренной проектом и документацией системы, обеспечивая хороший контакт с трубой и исключая прямое влияние нагревателя.
Нужно ли ставить датчик под теплоизоляцию?
Если требуется измерять температуру поверхности трубы, чувствительный элемент обычно устанавливается непосредственно на трубе под теплоизоляцией. Датчик снаружи кожуха будет измерять уже другое тепловое состояние.
Что лучше для антизамерзания — температура воздуха или трубы?
Зависит от объекта. Управление по воздуху проще и позволяет группировать однородные наружные линии. Температура трубы даёт информацию о фактическом состоянии конкретного объекта.
Нужно ли ставить датчик в самой холодной точке трубы?
Не автоматически. Рабочий датчик должен характеризовать контролируемую зону. Если холодная точка является отдельным критическим узлом, её лучше рассматривать отдельно, а не заставлять весь трубопровод управляться по случайному тепловому мосту.
Можно ли датчиком продукта управлять греющим кабелем на резервуаре?
Да, если именно температура продукта является основной технологической величиной. Однако на ответственных системах дополнительно может потребоваться контроль температуры поверхности, чтобы исключить локальный перегрев.
Почему на кровле нужен датчик осадков?
Низкая температура сама по себе не означает наличие снега или воды. Контроль влаги и осадков позволяет системе учитывать реальные условия образования льда и не работать постоянно только по температуре воздуха.
Куда ставить датчик осадков?
Он должен находиться в месте, где сможет достоверно обнаруживать осадки или влагу, характерные для контролируемой системы. Нельзя закрывать его от осадков или устанавливать в искусственно тёплой зоне без соответствующего проектного обоснования.
Зачем отдельный датчик максимальной температуры?
Рабочий датчик поддерживает технологическую уставку, а отдельный ограничитель может контролировать наиболее опасную горячую точку и отключать нагрев при превышении допустимого значения.
Сколько датчиков нужно на длинный трубопровод?
Универсального количества нет. Оно определяется длиной, тепловыми условиями, количеством зон, требованиями процесса и архитектурой шкафа управления.
Что должна делать система при обрыве датчика?
Алгоритм задаётся проектом. Возможны аварийная сигнализация, резервный датчик, защитное отключение или заранее определённый аварийный режим. Решение зависит от того, что опаснее для конкретного процесса: перегрев или потеря обогрева.
- Датчики для терморегуляторов
- Терморегуляторы для греющих кабелей
- RayStat-M2 для кровли и открытых площадок
- Датчик осадков для систем антиобледенения
- Автоматизированные системы управления электрообогревом
- Модуль удалённого измерения температур ConTrace AS
- Шкафы управления электрообогревом
- Промышленные греющие кабели
- Контакты «ПромОбогрев»
Пришлите схему трубопровода, резервуара или другой системы, требуемые температуры поддержания, тип греющего кабеля, данные по теплоизоляции, условия окружающей среды и описание технологического процесса. Специалисты «ПромОбогрев» помогут определить, какие температуры необходимо контролировать, разделить объект на зоны, подобрать датчики, терморегуляторы или АСУЭ и определить точки рабочего и защитного измерения.