電伴熱在液氨改尿素項目中的應用

蘇 榮，吳衛明，張興相

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 蒸汽伴熱和電伴熱的對比

1.1 蒸汽伴熱

供熱系統和蒸汽伴熱系統是互相獨立的兩個系統，供熱系統經過伴熱管線向工藝管道輸送熱量。蒸汽在傳輸的過程中會產生一定的熱損失，而工藝管道與熱源點距離不同，得到的熱補償也不同，近點會出現過熱補償，而遠點則有可能出現補償不足［1］。由于管道需常年伴熱，能源消耗大，利用率低，因此伴熱管線存在“跑、冒、滴、漏”等現象，維護工作量大。

1.2 電伴熱

電伴熱系統和供熱系統是互相結合為一個整體的。電伴熱系統沒有熱量傳輸問題，因此管道伴熱相對均勻，不會出現蒸汽伴熱遠近不均的問題。

2 電伴熱的種類及特點

2.1 自限溫伴熱帶

自限溫伴熱帶又稱自調控電伴熱線或溫控伴熱電纜，它是一種電熱功率隨系統溫度自調的帶狀限溫伴熱器。其發熱元件具有很高的正溫度系數（Postive Temperature Coefficent，PTC）。自限溫伴熱帶的特點：能夠自動限制加熱時的溫度，并隨被加熱體的溫度自動調節輸出功率；可以任意裁短或在一定長度范圍內接長使用，并允許多次交叉重疊而無高溫過熱點及燒毀之慮［2］。這些特點使伴熱電纜具有可裁剪使用、防止過熱、使用維護簡便及節能等優點。

工作原理：在每根伴熱帶內，母線之間的電路數隨溫度的影響而變化。當伴熱線周圍的溫度變冷時，導電塑料產生收縮而使碳粒連接形成電路，電流流經這些電路，使伴熱帶發熱。當溫度升高時，導電塑料產生膨脹，碳粒漸漸斷開，引起電路中斷，電阻增加，伴熱帶會自動減少功率輸出。當周圍的溫度變冷時，塑料又恢復到收縮狀態，碳粒相應連接起來形成電路，伴熱帶發熱功率自動上升。

2.2 礦物絕緣加熱伴熱帶

礦物絕緣加熱伴熱帶（MI電纜）是以金屬作為外護套，由芯線、高溫礦物絕緣材料填充層等組成，其電阻體材料是耐熱合金；按外護套分類，主要分為不銹鋼護套礦物絕緣加熱電纜、銅護套礦物絕緣加熱電纜、銅鎳合金護套礦物絕緣加熱電纜。MI電纜具有耐高溫、防水、防爆、機械強度高、壽命長、安全可靠等特點。MI電纜的輸出功率是由串聯電阻、電源電壓和線路長度確定的。與其他恒功率電熱電纜一樣，MI電纜不受管道溫度和氣候條件的限制。缺點是MI電纜以金屬作為外護套，剪切及封口較復雜，給現場安裝帶來不便；護套內填充的礦物質粉末對彎曲半徑有較高要求，多次彎曲變形后將影響MI電纜的安全性和可靠性［3］。

3 電伴熱帶設計

3.1 管道熱損失計算

根據工藝管路參數要求整理伴熱管線表，包括管線數量、長度、管徑、保溫材料、保溫厚度、維持溫度、環境最低溫度。然后進行熱損失計算，采用DN65管道，極端最低環境溫度按照 -17.7 ℃，維持 55 ℃以上，50 mm 硅酸鋁毯保溫。

根據公式計算導熱系數K：

根據公式計算實際散熱量Q：

式中，K為保溫材料的導熱系數［W/（m·K）］；?為熱導率［70 ℃，W/（m·k）］，查DL/T5072—2007 附錄A硅酸鋁毯?=0.056；Tm為介質需要維持的溫度（℃）；Ta為最低環境溫度（℃）；D為管道外徑（mm）；＆為保溫層厚度（mm）；熱損失計算中伴熱余量按30%考慮，通過計算管徑DN65管道熱損失Q=37 W/m。

3.2 電伴熱系統設計步驟

電伴熱系統設計步驟：①根據工藝PID流程圖和管線二維圖紙中設計的伴熱帶提資圖進行深度設計，按安裝區域的位置、防爆等級、伴熱溫度要求、電伴熱帶的種類，根據管線名稱進行分類整理，設計電伴熱電纜的安裝敷設圖紙。②根據電伴熱電纜安裝敷設圖，統計電伴熱電纜、熱電阻、接線盒、抱箍等安裝材料數量，并匯總材料表。③根據電伴熱電纜安裝敷設圖中電源接線盒的位置，作為電伴熱電氣設備平面布置圖，還應包括電伴熱配電柜、熱電阻等相關設備的布置。④按電伴熱的回路數量，統計電纜清冊、穿管清冊及橋架布置圖。⑤根據管線二維圖紙，確定管線的溫度采集點熱電阻的位置及數量，合理設置溫度采集箱，各溫度采集箱通過MODBUS TCP/IP協議與DCS系統通信，在操作員站實時顯示管線的伴熱溫度。⑥設計配電柜及溫度采集箱一、二次圖紙。

4 施工安裝說明

4.1 施工準備

施工準備工作：①施工前應具備的條件包括設備、管道的安裝、焊接、試壓和防腐工序辦妥交接手續；施工機具、施工力量到位，能保證正常施工；施工現場、施工用料、用電、材料儲放場地等臨時設施能滿足施工需要。②熟悉電伴熱施工圖，確定施工方案。③熟悉電伴熱電纜的施工圖集：《管道和設備保溫、防結露及電伴熱》（16S401），對關鍵點進行詳細的施工交底。④對電伴熱電纜進行仔細檢查核對、試驗：所有電伴熱電纜均要進行電路連續性和絕緣性能的測試，不符合規定的不能使用。電氣設備和控制設備均須進行外觀檢查，有變形、裂紋、器件不全又無法修復的不能使用。安裝前，應先按照電伴熱系統圖，逐一核對管道編號、管道規格、工藝條件、伴熱參數、規格型號、電氣設備和控制設備規格型號，確認無誤后才能安裝。有爆炸性氣體環境中應使用防爆標志，檢查附件接線盒及終端是否有防爆標志。目測伴電熱電纜以確定是否破損，最后檢查其連續性和絕緣性，按《爆炸性氣體環境用電氣設備 電阻式伴熱器 第1部分 通用和試驗要求》（GB19518.1—2004）中的規定測量絕緣電阻，在導體和屏蔽網之間加直流2 500 V電壓測量絕緣電阻，測量所得數值不低于50 MΩ。

4.2 電伴熱電纜安裝、運行、調試技術規范

電伴熱電纜安裝、運行、調試技術規范：①使用時都必須避開易燃易爆介質可能積聚的死角、暗角等超過二區的部位，自限溫伴熱電纜使用的區域溫度不能超過100 ℃。②電伴熱電纜產品的安裝必須在該管路和周圍緊鄰管路全部安裝結束，并經水壓試驗（或氣密試驗）合格后，管壁防銹干燥后開始。在需安裝蒸汽掃線的管線，一般應在掃線結束后開始安裝電伴熱電纜產品。電伴熱電纜安裝后，嚴禁在裝有電伴熱電纜的管道及其上方和鄰近的管道進行電焊、氣焊作業，以防焊渣濺落到電伴熱電纜上而損壞電伴熱電纜。安裝保溫層、防水層必須在電伴熱系統全部安裝、調試合格，試送電正常后進行。③敷設電伴熱電纜的管道表面應裸露、無油污、雜物。如果管道有油污或雜物，應使用汽油等溶劑處理干凈；同時敷設的管線表面不得有銳利的棱邊、銳角［4］。如有棱邊、銳角，先打磨光滑。舊管線改造時，應先拆除干凈原有保溫材料，并進行除銹，刷防腐漆，管道表面應無油污、雜物，防腐于干燥后進行。④施放電伴熱電纜應將線盤放在線架上，手提電伴熱帶行走，放線時嚴禁在地面上長距離拖拉、打折，以免磨損電熱帶而絕緣，影響其性能。⑤不得與高溫物體接觸，嚴禁高溫焊渣濺落到電熱帶表面，造成燙傷。被伴熱管線和設備工藝操作中需要采用高壓蒸汽沖掃，建議在電伴熱電纜安裝前進行沖管和清掃，再敷設電伴熱電纜，以免高溫損傷電伴熱電纜。⑥嚴禁外力撞擊及鋒利物體損傷電伴熱電纜。⑦電伴熱電纜彎曲半徑不可小于規定值（一般取其厚度的5倍）。自限溫伴熱電纜的自限溫特性決定了它可以重疊交叉安裝，恒功率伴熱電纜不可交叉重疊安裝。⑧為了防止帶體漏電和短路，電伴熱電纜與被伴熱管的固定采用耐熱壓敏膠帶（寬度20 mm）綁扎或粘貼固定，嚴禁用鐵絲和塑料電線綁扎。⑨為強化電伴熱電纜和消除靜電，在電伴熱電纜與管線（或設備）綁扎固定后，再增加鋁箔膠帶（寬50 mm），施工時邊敷設電伴熱電纜邊覆蓋鋁膠帶，并用力壓平，使電伴熱電纜緊貼在管道上。在每隔 30～40 mm用壓敏膠帶將電伴熱電纜沿徑向固定 3～4 圈，使電伴熱電纜與被伴熱管道（或設備）緊貼，提高導熱效率。⑩電伴熱電纜與附件相連接，為便于檢修，應留有一定的富余量，一般留 20 cm 左右。電伴熱電纜在管線上安裝盡可能平行敷設為好。平行敷設在管道下方與中心線呈 45°處，以利于熱傳導和管道的溫度均勻。與管線伴熱的電伴熱電纜根數由熱工計算決定。可以單、雙、多根。多根時，電伴熱電纜的間距不小于 2 倍帶寬。在功率足夠的情況下，亦可單管螺旋布線。安裝電伴熱電纜要充分考慮管道附件或設備拆卸的可能性，如閥門、法蘭、泵等場所要考慮其纏繞方法，以方便檢修而不損壞電伴熱電纜。法蘭處易產生泄漏，纏繞電伴熱電纜時，應避開其正下方。電伴熱電纜與附件配套使用時，接線應符合《爆炸性氣體環境用電氣設備》（GB 3836.3—2000）中的要求，并且在離電源接線盒75 mm處用膠帶把銘牌固定在電伴熱電纜上，電伴熱電纜必須配用與環境相適應的防爆附件。接線時，必須保證電伴熱電纜與各防爆電器附件正確可靠地連接，嚴禁短路，并有足夠的電氣間隙。嚴禁其與編織層或線芯觸碰，以防漏電或短路，發生意外。電源線應采用三芯電纜，其中一芯作為接地與伴熱帶屏蔽層同時接在接地端子，內外接地栓必須牢固可靠。各附件的密封圈件尺寸必須與所配電熱帶型號相符，膠圈、墊圈、緊固件等齊全，各緊固件應緊固到位，方位正確、緊固，以防松動或盒內進水，保證正常的防護與防爆性能。全部接線完成后，必須對系統進行絕緣和性能檢測，先用500 V或1 000 V的兆歐表檢查系統的絕緣電阻（絕緣電阻值應大于20 MΩ），在天氣陰潮濕度大的情況下，可放寬到＞2 MΩ。當絕緣電阻值＜2 MΩ時要查明原因，方允許送電投運。并對每個回路的電壓、電流、電阻進行測量，檢查系統的直流電阻是否正常，其阻值大小是否與所測系統的總功率相對應，上下工序要求有詳細的交接記錄，以便事故分析時查考。以上安裝檢測合格后即可進行試運行，逐段檢查發熱情況及電氣參數是否正常，如果通電4 h后未發現異常情況可進行管線保溫。在安裝保溫材料時嚴禁損傷電伴熱電纜，安裝防水層（如鐵皮、不銹鋼板）時，嚴禁鉆孔時損傷電伴熱電纜。所有保溫、防腐防水工作完畢后，再重復檢查電伴熱電纜的各項電器性能，如完好則可通電，運行8 h后查看各項電器指標是否正常，待一切運行正常則整個電伴熱工程結束施工，交與業主使用。電伴熱系統施工完畢，應在管道防水層外粘貼“電伴熱警示”標記，以提醒人們注意安全。

4.3 電伴熱系統安裝

電伴熱系統安裝如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 自限溫伴熱電纜管道系統安裝示意圖

圖2 電伴熱電纜纏繞壓力表、水位器安裝示意圖

圖3 電伴熱電纜纏繞敷設方法安裝示意圖

5 結束語

按本文的方法進行了多套液氨改尿素項目電伴熱系統的設計選型，實際應用表明，電伴熱系統設計合理，選型正確，符合各項目控制要求，在伴熱帶總長度核算準確的前提下，充分發揮了其節能高效的優點，滿足工藝要求，提高了項目的安全性與生產效率。