Компания CETAL специализируется на разработке и производстве электронагревательного оборудования для промышленности с 1967 года. Предприятие имеет ряд собственных инновационных технологий производства трубчатых нагревательных элементов и одной из значимых разработок компании являются трубчатые нагревательные элементы с электроизоляционным наполнителем из нитрида бора, которые все чаще используются вместо традиционного оксида магния.
Технология особенно востребована в проектах, где необходимо эффективно нагревать большие объемы среды до высоких температур при высоком давлении. Применение нитрида бора в качестве диэлектрика обходится дороже, но физические свойства этого материала позволяют улучшить технические характеристики трубчатых электронагревателей (ТЭН) и значительно улучшить показатели выработки тепла в промышленных масштабах и условиях.
Возможности нагрева стандартных ТЭН с традиционным изолятором из оксида магния ограничены рабочей температурой на поверхности в +650…+700°С, что обусловлено не лучшей теплопроводностью оксида магния и температурой начала плавления резистивной нихромовой спирали при +1100…+1200°С. При этом допустимая, но уже критическая рабочая температура греющей нити составляет +1100°С. Разница температур между нитью накала и поверхностью нагревательного элемента в традиционных ТЭН диаметром до 16 мм составляет 400°С.
Оксид Магния (MgO) | Нитрид Бора (Bn) | |
Диапазон удельной мощности, Вт/см2 | 0,1 - 20 | 10 - 100 |
Ограничение рабочей температуры ТЭН, °С | +650 | +1050 |
Разница температур между нитью накала и поверхностью ТЭН, ΔT | 400 | 100 |
Диаметр ТЭН, мм | 8,5/ 10/ 13,5/ 16 | 10/ 16/ 19 и более |
Погружная длина, мм | 3000 | 5000 |
Главное преимущество данной инновации — это высокая надежность ТЭН при высокотемпературных рабочих режимах, например при нагреве газообразной или жидкой среды до +800...+1000°С.
Нитрид бора — уникальное химическое соединение и хороший диэлектрик, обладающий высокой теплопроводностью. Сочетание данных свойств делает его незаменимым материалом при производстве нагревательных элементов для высокотемпературных режимов эксплуатации. Высокая теплопроводность изолятора позволяет снизить разницу температур между рабочей поверхностью ТЭН и нитью накала до 100°С, что в четыре раза меньше чем у нагревательных элементов с применением изоляции из оксида магния.
В нитридборных нагревательных элементах, как и в обычных ТЭН, используется резистивный провод из нихрома, с температурой плавления +1100…+1200°С, поэтому при применении нитрида бора в качестве теплопроводящего диэлектрика, максимальная температура на поверхности трубки нагревательного элемента может достигать 1050°С без риска оплавления проводника.
Для высокотемпературных условий обязательно применение цельнотянутых бесшовных трубок из жаропрочных сталей и сплавов, чтобы исключить вероятность оплавления, продольного разрыва ТЭН в результате термического расширения, температурной деформации, либо появления микротрещин в стальной оболочке нагревательного элемента. Малейшее нарушение герметичности трубки ТЭН может привести к быстрому окислению нихромовой нити и перегоранию нагревательного элемента.
Высокая рабочая температура поверхности нитридборных нагревательных элементов, возможность применения высокой удельной поверхностной мощности ТЭН (выше 30 Вт/см2), и исключительные свойства диэлектрика актуальны для многих промышленных процессов.
С появлением данной технологии стало возможным перегревать пар от +600°С до +800°С при переменном расходе среды, или нагревать воздух испытательных стендов газотурбинных установок и авиационных двигателей до +750°С и более.
За последние пару лет специалисты компании CETAL разработали, установили и внедрили ряд электронагревательных установок для конкретных производственных задач с применением нитрида бора на таких предприятиях России, как ОАО «НПП «Химмашстарт», ООО «Зи Поли Томск», ЗАО «Эр Ликид Северсталь», ОАО «ЦС «Звездочка» и других.
Примеры проектов с применением нитридборной технологии:
- ОАО «НПП «Химмашстарт» — поставка Побразных ТЭН CETAL для печей сжигания химического оружия, 2кВт (600 штук), рабочая температура поверхности ТЭН 900°С. (г. Пенза)-2009.
- ООО «Зи Поли Томск», г.Томск — поставка 32 высокопроизводительных ТЭН CETAL с изоляцией из нитрида бора. Каждый ТЭН имеет мощность 20кВт, при общей длине до 1 м (в 10 раз более эффективные чем из оксида магния — до 140 Вт/см2)-2009.
- ОАО «ЦС Звездочка», г. Северодвинск – 6 высокопроизводительных нагревателей CETAL THP 1300Вт-2012.
- ЗАО «Эр Ликид Северсталь», г. Череповец — 4 нагревателя болтов CETAL серии THP, 3000 Вт-2013.
В 2013 году российское представительство CETAL разработало проект для Лыткаринского машиностроительного завода (ОАО “САТУРН”) по изготовлению электрического перегревателя сжатого воздуха (P=4МПа) с расходом среды 1кг/с, при рабочем режиме нагрева с — 15°С до +740°С . В тесном сотрудничестве с инженерным составом завода решается задача поэтапного нагрева воздуха до высоких температур с расходом от 1 кг/с до 1,5 кг/с при потреблении электроэнергии не выше 850 кВт.
Стоит добавить, что габариты достаточно мощной нагревательной установки с использованием нитридборной технологии чрезвычайно компактны даже при наличии несущей рамы, проточного нагревателя, толстого слоя теплоизоляции и шкафа управления, объединенных в одну конструкцию на единой раме. Любой другой проточный электронагреватель, изготовленный с применением традиционных ТЭН с самой высокой удельной мощностью, имел бы как минимум два проточных сосуда DN500 (или больше) соединенных последовательно, и занимал бы площадь 5х5м при высоте 2м (либо 5х2м при высоте около 4,5м), и при этом все равно не смог бы работать в температурном режиме выше +650°С.
Единственным минусом нитридборной технологии является значительно более высокая себестоимость, обусловленная сложным процессом производства и стоимостью самого химического элемента по сравнению с дешевым оксидом магния . Но возможность достижения высокой мощности тепловых установок, надежность, компактность, безопасность и низкие затраты на техобслуживание ТЭН с нитридборным нагревательным элементом позволит любому предприятию идти в ногу со временем и повысить производительность.
Стандарты 5S производства позволяют инженерным разработкам CETAL быть востребованными на мировом рынке комплектующих и оборудования для выработки и использования электрического тепла на предприятиях различного масштаба и соответствовать их стандартам. В современных рыночных условиях технических специалистов промышленных предприятий РФ все больше волнует повышение реактивности и экономичности тепловых процессов. Нитридборные электронагреватели для выскотемпературного нагрева жидкостей, газа и пара помогают повысить удельные показатели эффективности выработки тепловой энергии, улучшают эргономичные характеристики тепловых установок. И, что самое важное, увеличивают диапазон рабочих температур при нагреве газообразных сред до +1000°С, недоступной электрическим нагревателям еще несколько лет назад.
Евгений Геннадьевич Вербин
www.cetal.ru
