恒功率伴热电缆
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恒功率伴热电缆

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1伴热带概述

我国工艺管线和罐体容器的伴热大多采用传统的蒸汽或热水伴热。电伴热是用电热的能量来补充被伴热体在工艺流程中所散失的热量,从而维持流动介质最合理的工艺温度,它是一种高新技术产品。电伴热是沿管线长度方向或罐体容积大面积上的均匀放热,它不同于在一个点或小面积上热负荷高度集中的电伴热;电伴热温度梯度小,热稳定时间较长,适合长期使用,其所需的热量(电功率)大大低于电加热。电伴热具有热效率高,节约能源,设计简单,施工安装方便,无污染,使用寿命长,能实现遥控和自动控制等优点,是取代蒸汽,热水伴热的 技术发展方向,是国家重点推广的节能项目。

2伴热带原理

电热带接通电源后(注意尾端线芯不得连接),电流由一根线芯经过导电的PTC材料到另一线芯而形成回路。电能使导电材料升温,其电阻随即增加,当芯带温度升至某值之后,电阻大到几乎阻断电流的程度,其温度不再升高,与此同时电热带向温度较低的被加热体系传热。电热带的功率主要受控于 传热过程,随被加热体系的温度自动调节输出功率,而传统的恒功率加热器却无此功能。

3电伴热的优点

电伴热与蒸汽(热水)相比,具有诸多优势如下:

(1)电伴热装置简单、发热均匀、控温准确,能进行远控,遥控,实现自动化管理。

(2)电伴热具有防爆、全天候工作性能,可靠性高,使用寿命长。

(3)电伴热无泄漏,有利于环境保护。

(4)节省钢材:它不需要蒸气伴热所需的一来一去二趟伴热管路。

(5)节省保温材料。

(6)节约水资源,不象锅炉每天需要大量的水。

(7)电伴热还能解决蒸气和热水伴热难以解决的问题。

(8)电伴热设计工作量小,施工方便简单,维护工作量小。

(9)效率高,能大大降低能耗。

一次性投资,还是年运行费用,电伴热带比蒸汽伴热带都要节省;有的项目电伴热带的一次性投资可能会略高于蒸汽热水伴热,但以年运行费用论,通常电伴热运行 1-2年节省的费用就能收回投资。

4使用伴热带效益分析

自控温电伴热因本省根据敏感管壁(介质)的温度而自调发热量,是一种节能措施。应用最广泛的自控温电伴热线每米用电量为15W。管道全长为1000m,每小时用电量为1000×15/1000=15KW.h。当管道温度达到维持温度上限时,电伴热的发热量将逐渐减少,输出功率亦随之下降,从而电伴热的耗电量一般为额定功率的60%;厂用电价按0.60元/ KW.h计,运行日为100天(2400小时),则每年正常耗电费用为:(15×2400)×0.60×60%=12960元,自控温电热带与温控器配合使用时,不但可以精确维持管道或加热体的介质温度,还可以大大的降低运行费用成本。

恒功率电热带单位长度的发热量恒定,使用的电热带越长输出的总功率越大。应用最广泛的恒功率电伴热线每米用电量为20W。管道全长为1000m,每小时用电量为1000×20/1000=20KW.h。当管道温度达到维持温度上限时,输出功率随之进入稳定,从而电伴热的耗电量保持不变;厂用电价按0.60元/ KW.h计,运行日为100天(2400小时),则每年正常耗电费用为:(20×2400)×0.60=28800元,恒功率电热带与温控器配合使用时,也可精确维持管道或加热体的介质温度。

5电热带使用寿命

在正确维护下,电伴热系统使用寿命为8年或更长。

6电伴热产品的应用范围

电伴热产品可广泛用于石油、化工、电力、医药、机械、食品、船舶等行业的管道、泵体 、阀门、槽池和罐体容积的伴热保温、防冻和防凝,是输液管道、储液介质罐体维持工艺温度 最先进、最有效的方法。电伴热不但适用于蒸汽伴热的各种场所,而且能解决蒸汽伴热难以解 决的问题,如:长输管道的伴热,窄小空间的伴热;无规则外型的设备(如泵)伴热;无蒸汽 热源或边远地区管道和设备的伴热;塑料与非金属管道的伴热,等等。

7常用电伴热的分类

常用电伴热针对不同的管道(罐体)可分为以下几种:

1. 自限温(自控温)电热带,此电热带随温度升高电阻变大功率变小,由于其启动时电流较大,所以使用长度一般不超过100米,电热带可随意剪切,电热带无论多长,通上额定电压都能发热。

2. 并联式电热带,此电热带两根(或三根)平行的绝缘铜绞线作为电源母线,PTC特性发热丝缠绕在骨架上,每隔一个发热节长度为母线交替连接,形成连续的并联电阻,此电热带使用长度10-800米左右。

3. 串联式电热带,此电热带将三根具有相同截面积,一定长度的平行绝缘铜绞线为电源母线和发热芯线,将其一端可靠短接,另一端接上380V(或设计的电压)电源,就形成了一个星形负载,根据焦耳一楞次定律:Q=0.24IRT电能转化为热能星形负载不断放出热量,形成一条连续的、发热均匀的电伴热带。根据实际情况需要,电伴热带的三相(单相)可以各自分开(分体式),也可以整合为一体。此电热带使用长度不能太短,一般使用500-2500米左右。

4. 高温电伴热带,此电热带由玻璃纤维或其它耐高温材料制成,耐温300℃以内,长度1-50米不等(由于其不可随意剪切,需找专业厂家设计)。

5. 硅橡胶电热带,此电热带可用于潮湿的、无爆炸性气体场所工业设备或实验室管箱,罐体和槽池,油桶(箱)的加热、伴热和保温,电热带长度1-15米(由于其不可随意剪切,需找专业厂家设计)

6. MI电缆,此电热带是金属线芯(发热体)、线芯周围紧密的环绕着矿物质氧化镁(绝缘层)及经过多次拉制过的金属管(通常是铜、钢或是不锈钢等)构成,连续工作温度可达250-590℃,短期工作温度可至1083℃,使长度18-680米(由于其不可随意剪切,需找专业厂家设计)。

8电伴热带的选型

在实际工程中如何选择电伴热带,要具体情况具体分析,不宜按油田区块划分,都选恒功率电伴热带,或都选自控温电伴热带,要从技术经济角度综合考虑,建议参照以下选型原则。

(1)在气分离缓冲罐及天然气分离器组成的油气分离区,地面油管道、油气分离缓冲罐排污管道、天然气分离器、液位计比较集中,对控制温度也较严,可以采用恒功率电伴热带,其中液位计采用单相恒功率电伴热带,其他采用三相恒功率电伴热带,这样可以用一套防爆配电箱温控器进行统一控制,但配电箱接线盒、温控器必须符合防爆要求。

(2)给水箱、给水管道一般远离防爆区,被伴热体不太集中,温度控制要求不高,只要使水温始终维持在一定范围内即可达到设计要求。因此,若采用自控温电伴热带,可以省去电伴热配件如配电箱、温控器等。

(3)在阀门弯头较多区域,可能出现交叉重叠式安装,因而不适宜安装恒功率电伴热带(有单独的电加热丝层),易选用自控温电伴热带。

(4)从设计、安装角度讲,恒功率电伴热带一般受节长限制, 若切割时未能找准一个节长,则该部分伴热带不起作用,这不仅影响管道的伴热效果,同时也造成成浪费;而自控温电伴热带可随意切割,能确保电伴热完整。

9温控伴热电缆的简易测试方法

依据IEC1423标准向广大用户推荐以下简易测试方法:

1. 起动电流(is)或始动电流 设备:万用表、电源、插座(最好带开关),温度测试仪

测试步骤:

(1) 取1米长电缆(取3-4厘米作线头),电缆一头用绝缘带封头,一端要将导线剥出接插头。

(2) 在线路上串联万用表并调到(A-)10A档。

(3) 接通电源并读出瞬间最大电流值即电缆在当时温度环境下空气中的。

2. 标称功率 设备:万用表、电源、插座(最好带开关),温度测试仪、不锈钢水杯、保温材料

(1) 取1米长电缆(取3-4厘米作线头),接法同上。

(2) 水杯盛满水,把电缆缠绕在水杯上并保好保温,使电缆通电后体系温度保持不变5分钟。

(3) 接通电源,读出稳态(即电流值保持不变)电流值,记录温度,测量电源电压。

(4) 计算功率:P=UI单位W/M

上述方法简单易做,但不精确,仅供参考。但在相同温度及环境条件下,可对不同厂家,相同规格,相同功率的电热带等产品进行对照、比较。

3. 绝缘电阻

取3米长电缆,用DC,2.5KV兆欧表测量。没有金属编织的电缆,试验时应浸入水中,电压应施加在两根导体连在一起对水之间,兆欧表要均匀摇至1分钟再读数。绝缘电阻不小于500ΩM

10电伴热电缆的伴热方式

1、自控温电伴热的核心材料PTC半导电塑料,其电阻值随温度的升高而相应的增加,但是当温度上升到一定的数值时(这个温度值即为门槛温度,事实上它是可以根据需要进行调节大小的),电阻突然剧增,从而阻断电流停止加热;当温度低于门槛温度时,PTC材料的电阻自动下降导通电流,继续加热。从而使系统维持在一个稳定的温度值。 基本型自调控电伴热线(伴热电缆)由PTC芯带和绝缘层组成。将PTC材料厚度均匀、连续地挤包(或缠绕)在平行的金属线芯(亦称母线)上,制成的扁型带即为PTC芯带。在他的外面包裹一层聚乙烯高分子或聚氯乙烯绝缘层。而当环境有强化或耐腐蚀要求时,可以加一层编织层或氟聚合物外被。芯带一端的两根导电母线与电源接通时,电流便从一根母线横向流过并联的PTC材料层到达另一根母线,构成并联回路。一定长度的芯带在一定的温度下有一定的电阻,并具有PTC特性。电流流经并联的PTC材料层时产生焦耳热,使芯带发热升温。同时芯带的热量通过电缆绝缘层向温度低的被加热体系传递,以补偿体系向环境散失的热量。

2、恒功率型电伴热带在通电后功率输出是一直恒定的,不会随外界环境、保温材料、伴热的材质变化而变化,而其功率的输出或停止通常由温度传感器来控制。

A:并联式恒功率电伴热带其电阻丝是并联连接方式,其工作时是靠电阻丝发热对管道进行加热。

原理:两根相互平行的度镍铜绞线包覆在氟化物绝热层中,作为电源母线,并且在内绝热层外缠绕镍铬合金电热丝,每隔一个固定距离即将电热丝进行焊接,形成一个连续的并联电阻,当电源铜母线通电以后,各并联电阻随之发热,即形成一个连续发热的电热带,可任意剪切。

B:串联式恒功率电伴热带其电阻丝是串联连接方式,其工作时是靠电阻丝发热对管道进行加热。

原理:串联式电伴热带是由绝缘铜绞线为电源母线,即为发热芯线。具有一定内阻的芯线通过电流芯线就会产生焦耳热量(焦耳--楞次定律Q=0.24I\S2^;Rt),其大小与电流平方、芯线阻值和通过时间成正比。因此串联式电伴热带随着通电时间的延续,源源不断的发出热量,形成一条连续的、均匀发热的电伴热带。串联式电伴热带芯线电流相同、电阻相等,所以整根电伴热带首尾发热均匀,其输出功率恒定不受环境温度和管道温度影响。

3、矿物绝缘加热电缆是一种以金属作为外护套,电热材料作为发热元件氧化镁粉作为绝缘的特殊加热电缆。矿物绝缘加热电缆的热发热量与工作电压、发热芯的截面及电缆的长度有关。

11自控温伴热电缆原理

自控温电伴热方案主要通过自控温电伴热线完成。自控温电伴热线由导电塑料和2根平行母线加绝缘层、金属屏蔽网、防腐外套构成。其中由塑料加导电碳粒经特殊加工而成的导电塑料是发热核心。当伴热线周围温度较低时,导电塑料产生微分子收缩,碳粒连接形成电路使电流通过,伴热线便开始发热;而温度较高时,导电塑料产生微分子膨胀,碳粒逐渐分开,导致电路中断,电阻上升,伴热线自动减少功率输出,发热量便降低。当周围温度变冷时,塑料又恢复到微分子收缩状态,碳粒相应连接起来形成电路,伴热线发热功率又自动上升。由于整个温度控制过程是由材料本省自动调节完成的,其控制温度不会过高也不会过低。因此电伴热所具有的良好特性是其他伴热系统所无法比拟的。

12恒功率电缆结构

1.1 单相并联式恒功率电热带内部结构:

两根平行的绝缘铜绞线作为电源母线,PTC特性发热丝缠绕在骨架上,每隔一个发热节长度为母线交替连接,形成连续的并联电阻。母线通上单相220V电源,各并联电阻发热。

1.2 单相并联式恒功率电热带外观:

A-芯线

B-芯线绝缘层氟塑料

C-骨架层

D-发热丝

E-绝缘护套氟塑料

F-金属屏蔽网

G-外护套氟塑料

2.1 三相并联式恒功率电热带内部结构:

三根并行绝缘铜绞线作为电源母线,每隔一个发热节长度依次与电源母线a-b-c-a-b-c交替循环连接,在每三相间形成连续的并联电阻,母线接上三相380V电源,各并联电阻发热。

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