并聯(lián)型恒功率電伴熱帶的選型、安裝、運(yùn)行
0 引言在現(xiàn)代石油、化工、電力、食品等企業(yè)的生產(chǎn)中，因工藝介質(zhì)、生產(chǎn)設(shè)備、輸液管道的需要，而大量使用伴熱系統(tǒng)來輔助生產(chǎn)。生產(chǎn)中常用的伴熱方式除傳統(tǒng)的蒸汽伴熱、熱水伴熱外，也廣泛使用電伴熱帶伴熱。與傳統(tǒng)伴熱方式相比，電伴熱帶具有清潔、節(jié)能、溫度自動控制精度高、安裝方便、使用壽命長、運(yùn)維費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，因而成為伴熱技術(shù)發(fā)展的方向。本文結(jié)合某催化劑管線電伴熱系統(tǒng)使用情況，介紹恒功率電伴熱帶的選型、安裝、運(yùn)行及使用。
1 電伴熱帶概述
電伴熱帶用電熱能量補(bǔ)充被伴熱體在工藝流程中散失的熱量，從而維持流動介質(zhì)最合理的工藝溫度，它沿管線長度方向或罐體面均勻放熱。電伴熱溫度梯度小、熱穩(wěn)定時間長，適于長期使用，其所需的熱功率大幅低于蒸汽和熱水加熱。
1.1 電伴熱帶的分類
目前，電伴熱帶可分為自控溫電伴熱帶和恒功率電伴熱帶。
自控溫電伴熱帶能根據(jù)被伴熱體的溫度自動調(diào)整其輸出功率，隨時補(bǔ)償溫度的變化，控制自身各點(diǎn)溫度并保持恒定。由于溫度控制過程是由自控溫電伴熱帶材料本身自動調(diào)節(jié)完成的，因此不需要溫控儀就能自動有效地將伴熱溫度控制在一定范圍內(nèi)。自控溫電伴熱帶主要應(yīng)用在管道閥和儀表的保溫。
恒功率電伴熱帶通電后功率一直恒定，不隨外界環(huán)境、保溫材料、伴熱材質(zhì)的變化而變化，只受溫度傳感器所在位置的影響。恒功率電伴熱帶有并聯(lián)和串聯(lián)兩種類型。并聯(lián)型恒功率電伴熱帶根據(jù)工作電源又分為單相和三相，常用于管道、閥門、泵體的伴熱，特別適用于大口徑、長距離管線的伴熱保溫，也可起到防凍或維持儀表管線工藝溫度的作用。本文就并聯(lián)型恒功率電伴熱帶進(jìn)行詳細(xì)論述。
1.2 并聯(lián)型恒功率電伴熱帶的工作原理和特點(diǎn)
單相與三相的并聯(lián)型恒功率電伴熱帶工作原理相同，用2根或3根平行的絕緣絞線為電源母線，在內(nèi)護(hù)套絕緣層外纏繞電熱絲，并將該電熱絲每隔一定距離與電源母線連接，形成連續(xù)并聯(lián)電阻。母線通電后，各并聯(lián)電阻同時發(fā)熱，形成一條連續(xù)的單相或三相供電的加熱帶。恒功率電伴熱帶單位長度的發(fā)熱量恒定，使用的電伴熱帶越長，輸出的功率就越大，因此適用于溫度要求非常嚴(yán)格的場所。電伴熱帶應(yīng)配有溫控儀以監(jiān)控溫度，當(dāng)溫度過高時切斷電路，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時則接通電路。
三相電伴熱帶最大允許使用長度是單相電伴熱帶的3倍。在大規(guī)模應(yīng)用三相電伴熱帶的場合，能均衡電網(wǎng)負(fù)載；采用3根芯線，使得電熱帶更趨扁平，降低了表面發(fā)熱負(fù)荷，增加了對管線的熱傳導(dǎo)面積，提高了熱傳輸效率。
并聯(lián)型恒功率電伴熱帶在現(xiàn)場安裝時能按實際需要長度任意剪切，且具有柔軟性，能緊貼管線表面敷設(shè)。電伴熱帶外層的編織層能起到傳熱、散熱及安全接地線的作用，同時還能提高電伴熱帶的整體強(qiáng)度。恒功率電伴熱帶的最大特點(diǎn)是起動電流小，在運(yùn)行過程中基本無功率衰減。
2 恒功率電伴熱系統(tǒng)設(shè)計
某項目中，工藝生產(chǎn)需添加一種催化劑。催化劑介質(zhì)溫度為60℃，在管線中傳輸需維持其溫度在61℃，最高不得超過100℃，因此必須對催化劑管線進(jìn)行伴熱處理。工藝流程中的催化劑管線多，管線走向復(fù)雜且上下穿越4個樓層，使用蒸汽伴熱則會在安裝、溫控及運(yùn)維方面出現(xiàn)很多問題，因此決定使用電伴熱帶給催化劑管線進(jìn)行伴熱。
2.1 選型設(shè)計原則
電伴熱系統(tǒng)選型原則是，計算出要維持特定溫度時管線熱損失的瓦數(shù)后，再用一定規(guī)格、數(shù)量的電伴熱帶產(chǎn)生等值熱量進(jìn)行替代補(bǔ)償。電伴熱帶選型主要考慮4個因素。
(1)所選功率需通過計算得知，即電伴熱補(bǔ)償?shù)臒崃坎恍∮诠芫€的實際最大散熱量時，就能夠滿足伴熱的要求。
(2)根據(jù)供電條件、電網(wǎng)負(fù)荷及電伴熱帶使用長度等條件來選擇電伴熱帶的型式、電壓等級，以確定使用并聯(lián)型還是串聯(lián)型，單相帶還是三相帶。一般長輸管線使用串聯(lián)帶，管網(wǎng)系統(tǒng)選用恒功率三相帶．管線較短時選用恒功率單相帶。
(3)根據(jù)管線和容器計算出所需的電熱帶總長，管線附件上的設(shè)備、閥門及儀表件也需要電伴熱，可按照管道長度的10%考慮。
(4)根據(jù)使用場所決定電熱帶的結(jié)構(gòu)。
2.2 選型計算
進(jìn)行電伴熱帶選型計算前，需先確定與計算相關(guān)的工藝參數(shù)。管內(nèi)介質(zhì)為催化劑鈦酸丁酯(60℃)；管道材質(zhì)為不銹鋼；保溫材料為巖棉，厚度為50ram，7導(dǎo)熱系數(shù)A取0．044W/(m·K)；維持溫度為61℃；極端環(huán)境溫度為一17．7。C；防爆等級為dlIBT4。
根據(jù)催化劑管線工藝流程及所在位置，參考工藝流程圖將催化劑管線電伴熱系統(tǒng)分為4組溫控回路。所有管線規(guī)格和長度見表1(序號為控制回路號)。
2.2.1 管線散熱量計算
管線散熱量計算有查表法和公式計算法，這里選用公式計算法。根據(jù)GB/T 19518.2《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備電阻式伴熱器第2部分：設(shè)計、安裝和維護(hù)指南》標(biāo)準(zhǔn)，管線散熱量計算式為：
2.2.2 電伴熱帶選型及伴熱系統(tǒng)配電方案
催化劑管線屬于一個管網(wǎng)系統(tǒng)，每組溫控回路的管線不長，且運(yùn)行于含有腐蝕氣體的防爆區(qū)域，因此根據(jù)選型原則，選用單相加強(qiáng)型恒功率并聯(lián)電伴熱帶。每組溫控回路的電伴熱帶選型見表2。
JFB-20(15)/2J型單相加強(qiáng)型并聯(lián)帶芯線均選用鍍錫銅絞線，芯線絕緣層和各護(hù)套層均采用P46氟塑料擠塑，其長期耐受溫度可達(dá)205℃，完全滿足催化劑管線伴熱需要。
電伴熱系統(tǒng)配電箱設(shè)置在伴熱管線附近，防爆等級為dIIBT4，防護(hù)等級為IP54。配電箱內(nèi)設(shè)有4路單相防爆數(shù)顯溫控儀，該溫控儀不僅能設(shè)定介質(zhì)上、下限溫度，還能實時顯示管壁溫度，用于控制4根電伴熱帶的供電。當(dāng)介質(zhì)溫度達(dá)到設(shè)定上限時，溫控儀自動斷電，電伴熱帶停止加熱；當(dāng)介質(zhì)溫度低于設(shè)定下限時，溫控儀又自動恢復(fù)送電，電伴熱帶又開始加熱。配電箱進(jìn)線電源為380V，三相四線制。4組溫控回路具有短路、過載、漏電保護(hù)功能，出線電壓為220V，額定電流為18A。電伴熱系統(tǒng)溫控原理圖如圖1所示。
3 恒功率電伴熱帶安裝及運(yùn)行
3.1 電伴熱帶的安裝
電伴熱帶安裝是一個重要環(huán)節(jié)，它決定著電伴熱帶能否正常可靠運(yùn)行。電伴熱帶安裝應(yīng)在催化劑管線全部安裝結(jié)束，水壓試驗合格，管壁防銹層干燥后進(jìn)行。每根催化劑管線需平鋪2條電伴熱帶，因此在每組溫控回路的催化劑管線上用l根電伴熱帶由起點(diǎn)至終點(diǎn)再回起點(diǎn)纏繞l周。電伴熱帶分別安裝在管線直徑下方兩側(cè)約20～60。位置，每側(cè)1根。催化劑管線中某組溫控回路的電伴熱帶安裝示意圖如圖2所示。
電伴熱帶安裝前需先除去管線上的毛刺和雜物，并確定電伴熱帶表面沒有破損，絕緣電阻不小于20ＭΩ(1000V DC)。施放電伴熱帶時，不能硬折、用力拽拉、腳踩電伴熱帶，也不能將重物置于電伴熱帶上，以免破壞絕緣層，造成短路。安裝時，每隔50cm左右需用鋁膠帶將電伴熱帶固定在管線上；在線路供電點(diǎn)和尾端需各預(yù)留1m電伴熱帶，在散熱體(如支架、閥門、法蘭等)也需預(yù)留一定長度的電伴熱帶，以便日后拆除、維修、更換設(shè)備；電伴熱帶在支架、閥門、法蘭等處的纏繞方法可參見廠家提供的安裝圖冊。電伴熱帶安裝完畢后必須再次檢查其表面是否損壞，絕緣電阻是否合格。檢查合格后，對電伴熱帶通電24h無異常后才可進(jìn)行保溫層和防水層的施工。使用的保溫材料必須干燥，保溫層要達(dá)到設(shè)計要求的厚度。電伴熱帶的編織層應(yīng)全部連接在一起可靠接地，接地電阻應(yīng)不大于4Ω。
安裝電伴熱帶過程中要注意以下問題：
(1)并聯(lián)型恒功率電伴熱帶由多段發(fā)熱節(jié)并聯(lián)組合而成，其首尾各有幾十厘米的冷端，安裝應(yīng)從發(fā)熱的部位開始。首尾端的發(fā)熱體應(yīng)盡可能短，不得外露，嚴(yán)禁與外編織網(wǎng)或管道接觸。
(2)電伴熱帶的安裝長度不得超過所選型號的“最大許用長度”，不同型號產(chǎn)品的“最大許用長度”不同。
(3)安裝膠圈、墊圈、緊固件必須正確、緊固，以防松動或進(jìn)水。
(4)恒功率電伴熱帶不允許疊繞、交叉，以免出現(xiàn)過熱。
(5)電伴熱帶的尾端需用終端接線盒密封，2根平行導(dǎo)電線芯不能連接，以免造成短路事故。
(6)接線盒必須牢固固定在管壁上，以免因松動(或顫動)引起短路或火災(zāi)。
(7)不同廠家的電伴熱帶參數(shù)不同，故不能混用。
3.2 電伴熱帶的運(yùn)行
(1)催化劑管線電伴熱系統(tǒng)投用前，須再次進(jìn)行檢查。
(2)初次投用時需設(shè)定溫控儀參數(shù)，以保證電伴熱帶能按工藝所需的溫度運(yùn)行。
(3)送電前，測試每組溫控回路，用1000V兆歐表檢查系統(tǒng)絕緣。電伴熱帶芯線與地線或不帶電的中性線間的電阻應(yīng)不小于2ＭΩ。檢查系統(tǒng)直流電阻，該阻值應(yīng)與所測系統(tǒng)的總功率相對應(yīng)。全部正常后，給系統(tǒng)配電箱送電。
(4)按下第1組溫控回路按鈕，陔組溫控儀的數(shù)碼管會實時顯示催化劑管線管壁溫度。在溫控儀設(shè)定催化劑管線維持濕度為61℃，溫度上限為100℃后，該組回路的電伴熱帶開始工作。
(5)當(dāng)管線管壁溫度低于設(shè)定值時，溫控儀的輸出觸點(diǎn)接通控制電伴熱帶供電的接觸器線圈回路，使接觸器主觸點(diǎn)閉合，電伴熱帶得電工作；當(dāng)管線管壁溫度加熱達(dá)到設(shè)定值時，溫控儀輸出觸點(diǎn)斷開控制電伴熱帶供電的接觸器線圈回路，使接觸器主觸點(diǎn)釋放，電伴熱帶斷電停止工作。由于加熱系統(tǒng)具有溫度滯后性，因此溫度會繼續(xù)升高，一旦達(dá)到溫度上限，溫控儀報警指示燈會點(diǎn)亮。
另外3組回路投用過程與第1組相同。
3.3 電伴熱系統(tǒng)運(yùn)行問題
(1)溫控儀顯示溫度達(dá)到設(shè)定值61℃時，電伴熱帶停止工作，但催化劑管線中卻有段介質(zhì)被凍住(介質(zhì)凝固點(diǎn)約20℃)，泵無法輸送介質(zhì)。經(jīng)查，該組溫控回路的測溫元件未安裝在該組管線散熱最多、介質(zhì)溫度最低處。調(diào)整測溫元件安裝位置后，該現(xiàn)象消失。
(2)催化劑管線輸送屏蔽泵內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)，泵啟動后過載跳停。經(jīng)查，未按規(guī)范對泵體進(jìn)行電伴熱帶纏繞，導(dǎo)致泵體伴熱不夠。
(3)溫控儀實時顯示的溫度始終達(dá)不到設(shè)定值61℃，該組電伴熱帶一直處于工作狀態(tài)。經(jīng)查，測溫元件的探頭未緊貼管壁固定，此外測溫元件處有1個管線支架，該處支架和管線的保溫層未密封，導(dǎo)致實時溫度一直低于61℃．
4 結(jié)束語
電伴熱帶作為管線、容器等設(shè)備的伴熱已被廣泛使用，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，也改善了企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。本文從并聯(lián)型恒功率電伴熱帶的選型、安裝、運(yùn)行等方面進(jìn)行了介紹，以供相關(guān)人員參考。
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