電伴熱在某燒結廠給水管道中的應用*

甄　青

(中冶長天國際工程有限責任公司， 湖南 長沙　410007)

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電伴熱在某燒結廠給水管道中的應用*

甄青

(中冶長天國際工程有限責任公司， 湖南 長沙410007)

介紹了電伴熱的原理及分類，以某燒結廠為例，對電伴熱在給水管道保溫防凍的計算與技術經濟分析進行了詳細的探討。

電伴熱； 燒結廠； 給水管道

引言

在工業廠區實際生產中，工藝管線較多采用蒸汽或熱水伴熱。但傳統的伴熱方式往往散熱量不易控制，保溫效率也不高。隨著科技的進步和現代工業的發展,電伴熱技術以其顯著的優勢已經廣泛應用于冶金、化工、石油和電力等各個領域。

1　電伴熱的原理和分類

1.1 原理

電伴熱帶包括導電高分子復合材料和兩根扁形帶狀電纜(包括金屬母線和絕緣護套) ( 如圖 1所示) 。與電源連通后，電伴熱帶內的電流利用導電材料組成回路。隨著導電材料溫度的升高，電阻也相應變大，當芯帶升至一定溫度，電流被阻斷，其溫度停止升高。電伴熱帶將溫度傳向被加熱管道或設備，保證被加熱體的防凍保溫效果。電伴熱的優點主要表現在其具有熱效率高、設計簡單、節能環保、安裝方便、使用壽命長和可實現自動控制等方面，能夠代替蒸汽、熱水等傳統伴熱方式，是國家大力推廣的節能項目之一。

1.2分類

電伴熱帶分為變功率和恒功率兩大類。變功率電伴熱線由導電材料和兩根平行母線及絕緣層等構成。其特點是導電材料有很高的電阻正溫度系數特征, 輸出功率可隨著周圍溫度的變化而自動調節。當伴熱線處在較低溫度環境時，導電材料收縮使碳粒分子連接，形成電路使電流通過，伴熱線隨之發熱；而當伴熱線處在較高溫度環境時，導電材料開始膨脹使碳粒分子分散開，導致電路中斷，伴熱線功率輸出降低，發熱量隨之降低。整個溫度的控制,是通過材料自身特性自動調節完成的，其控制溫度較穩定，不會過高也不會過低。

圖1　伴熱帶結構圖

恒功率型電伴熱單位長度的發熱量是恒定的，溫度不能自動調節。根據電阻絲的連接方式可分為并聯型和串聯型兩種。對于前者，其電阻絲為并聯連接，可隨意剪切；串聯型恒功率電伴熱帶，其電阻絲是串聯方式連接，不可剪切。

2　電伴熱的計算與應用

2.1工程概述

以某鋼鐵廠2014年新建燒結廠項目為例，該燒結機面積為450 m2，設計規模為年產成品燒結礦463.3萬t。燒結廠區室外架空生產給水管均采用電伴熱保溫防凍。

2.2實例計算

以DN200管道防凍保溫計算為例：

(1)計算溫差

查全國各地氣象參數表《管道和設備保溫、防結露及電伴熱》03S401-15～17得出：

該地區極端最低氣溫為Ta=-26.8 ℃。

設計維持溫度取To=5 ℃，則最大溫差△t=(To-Ta)=5-(-26.8)=31.8 ℃。

(2)計算管道散熱量QB

查電伴熱金屬管道散熱量表《管道和設備保溫、防結露及電伴熱》03S401-107～108得出:

△t=30 ℃，絕熱層厚度為30 mm時，散熱量QB=37.7 W/m;

△t=40 ℃，絕熱層厚度為30 mm時，散熱量QB=50.3 W/m;

采用內插法求得QB=39.97 W/m。

(3)計算實際散熱量。

查絕熱材料系數表《管道和設備保溫、防結露及電伴熱》03S401-107～109得出f=1.16，

QTB=fQB=46.36 W/m

(4)計算電熱帶總長度

查電熱帶編制說明《管道和設備、保溫防結露及電伴熱》03S401-107～92，93選用45DXW-P-220型變功率電熱帶，電壓220 V，并從電熱帶編制說明中查出5℃時輸出功率47.5 W/m，大于實際散熱量46.36 W/m，故采用45DXW-P-220型變功率電熱帶滿足DN200管道防凍保溫要求。其余管徑皆可按此計算方法依次計算。

2.3技術經濟分析

以該廠區100 m長的生產給水管道保溫為例，采用蒸汽伴熱和電伴熱進行經濟技術比較。其中，蒸汽管道按工藝要求采用DN20伴熱鋼管，全長100 m，電伴熱采用變功率電熱帶，電壓220 V。

表1投資費用估算表

蒸汽伴熱電伴熱費用明細伴熱管道供汽管道及保溫供汽和電氣系統電伴熱線供配電系統主材料費/元1750.001700.007200.0045000.007000.00安裝費/元2150.001500.00—500.001200.00合計/元14300.0053700.00

表2操作費用估算表

蒸汽伴熱電伴熱年伴熱費用/元18260.005200.00年檢修維護費用/元6000.001600.00合計/元24260.006800.00

兩套方案均可滿足管線的保溫防凍要求。由表1,2可知,對于初期投資，蒸汽伴熱是電伴熱方案的26.63 %，運行費用前者是后者的3.57倍。兩套方案的年費用分析如下：

經濟壽命通常按經驗取值,蒸汽伴熱10年,電伴熱12年,

蒸汽伴熱方案的年費用為：

年折舊費用+年運行費用=14300/10+24260=25690元

電伴熱方案的年費用為：

年折舊費用+年運行費用=53700/12+6800=11275元

由上面計算可知,電伴熱與蒸汽伴熱方案的費用相比,前者是后者的43.89%,電伴熱的優勢顯著。

2.4安裝及運行維護

電伴熱設施的安裝非常關鍵，直接決定了電伴熱能否正常工作。電伴熱的安裝應該在主體工程完成以后進行，確認管道已經過吹掃、試壓及管道表面清理干凈。管道的上方沒有施工、吊裝和焊接等，以免損壞電伴熱帶。

每根電伴熱帶應在安裝完成以后進行絕緣測試,核查電伴熱帶線芯與管道或容器間的電阻值大于等于20 MΩ,所有檢查完畢后,試送電2 h后檢查電伴熱帶的發熱情況及各種電氣參數，一切正常后可進行下一步保溫層和防護層的施工,施工結束后,繼續重復前面的絕緣檢查,并連續送電24 h,檢查各種參數正常后,方可正式投入運行。

在電伴熱使用過程中，常見故障、故障原因及解決辦法如下：

(1)電伴熱開關跳閘。現場檢查發現電伴熱由于長期受熱或電伴熱接頭處未嚴密處理，致使電伴熱屏蔽層與相線接觸導致接地。處理方法：在電伴熱的安裝過程中存在的問題，要在日常巡檢時，加強檢查處理受損電伴熱。另外，北方冬天多雪，很多電伴熱都暴露在雪中，電伴熱加熱時積雪融化，積水的有終端的地方很容易進水，因此，應做好對終端的防水措施。

(2)電伴熱接線均正常，電源正常，但不加熱。檢查發現電伴熱溫控器由于質量原因，溫控器失效，導致不加熱。處理方法：定期進行巡檢，檢查電伴熱溫控器設備，對不合格的或者使用壽命到期的溫控器進行更換。

(3)電伴熱接線正常，電源正常，溫控器正常，但是不加熱。檢查發現電伴熱溫控器探頭處在陽光直射位置(電伴熱探頭未正確放入物料管線內)，溫度較高，

電伴熱不啟動，而管線實際溫度低。處理方法：

正確安裝電伴熱溫度探頭。

3　結束語

電伴熱工藝雖然初期投資較高，但運行費用與其他伴熱形式相比有較大降低，經濟效益顯著。從目前國內已采用電伴熱系統進行伴熱的燒結廠運行情況來看，電伴熱系統投運后運行正常，伴熱效果達到了設計要求，伴熱溫度穩定，完全能夠滿足工藝要求。

同時，與傳統的蒸汽伴熱相比較，消除了“跑冒滴漏”等現象，明顯改觀了企業的生產環境，加大了企業的經濟效益。可以預見，在冶金行業的保溫應用中,電伴熱取代蒸汽和熱水伴熱，成為工藝伴熱的主要方式，將成為必然趨勢。

[1]蔡橋，柏群耀.電伴熱方案與蒸汽伴熱方案的技術經濟分析[J].節能，2000，(11)：30—32.

[2]唐光弟，賴遠波,祁斌，等.電伴熱在工廠的應用及故障分享[J].電源技術應用，2014，(3)：485.

[3]中國建筑標準設計研究院.國家建筑標準設計03S401:管道和設備保溫、防結露及電伴熱[S]. 北京：中國計劃出版社，2008.

2015-12-19

甄青(1983—)，女，工程師。電話：13319566067；E-mail：66097603@qq.com

TG156.1