电伴热的基础知识

电伴热的基础知识一,前言我把有关电伴热的一些基础知识整理出来供刚刚涉足这个行业的朋友参考，也可以作为给用户的技术讲座参考资料使用。(一)为什么要伴热在工业生产过程中为了保证生产的正常运行和节约能源，大多数的设备和管道都要采取隔热（保温）措施。但是，在工艺介质的存储和传输过程中散热损失还是不可避免的。散热就意味着设备和管道中介质温度的降低。介质温度的降低将会带来好多的问题。例如，设备和管道中水的温度的降低会造成冻结；食用油管道中食用油温度的降低会造成黏度增加，阻力增大，流动困难。三聚氰氨如果温度降低将会析出结晶造成设备和管道的报废。沥青如果温度降低将会凝固造成灌肠。这些问题的产生都将使得生产无法正常运行。为了保证生产的正常运行和节约能源，在生产、存储和运输的过程中就必须从设备和管道的外部或内部给介质补充热量。这就是伴热的目的。伴热和加热不同，伴热只是补充介质热量的损失，维持一定的温度，避免介质温度的降低带来的问题，一般维持温度都低于操作温度。加热则要求给介质提供大量的热量，使得介质温度高于原来的温度（如管道介质的进口温度）。因此加热比较伴热需要消耗更多的能量。(二)传统的办法和缺点传统的办法是以蒸汽、热水或导热油为热媒，用内外伴管、夹套管或内外盘管的方式向设备和管道提供所需的热量。导热油需要建造专门的系统，还要定期更换导热油，费用太高。工厂厂区内，蒸汽来源方便，而且蒸汽潜热大，所以大多数选择蒸汽为热媒。但是，蒸汽的供汽、疏水、凝液回收系统复杂，安装的工程量大。蒸汽的温度很难控制难以满足不同介质对维持温度的不同需要。蒸汽系统的热效率低，能耗比较大，能量利用不合理。蒸汽系统的阀门和疏水器等容易泄露会造成能量的大量浪费同时还会影响环境。蒸汽系统的设备和管道还容易腐蚀，维修的费用也很高。另外蒸汽系统的运行成本也比较高。(三)电伴热的产生和优势正是因为上述的原因，五、六十年代，国外着手研究用电能转换热能的新产品。各种电伴热产品逐渐出现。我国八十年代后期在石油化工企业开始大量采用电伴热产品。近二十年来电伴热在我国的工业中的应用越来越广泛，国内外的各种电伴热产品也竞相在市场上出现。电伴热产品之所以受到欢迎，是因为它比较别的伴热方式有以下优点：1、电伴热产品体积小、柔性好、系统结构简单、设计和施工方便、维护量小；2、使用寿命长，可达15-25年；3、维持温度的范围广泛，最高可达450℃以上；4、热效率高，节约能源；5、维持温度可以有效的控制，控制精度比较高；6、在没有蒸汽供应的装置电伴热是唯一的选择；7、电伴热产品比蒸汽系统的设备更耐腐蚀；(四)电伴热产品的种类在市场上最初出现的电伴热产品是利用电流流过电阻体（电阻丝或管道自身的电阻）发热的原理来开发的。这类产品当电流、电压、电阻确定以后，单位长度的电伴热输出功率就是恒定的，所以称恒功率型。随着材料科学的发展，人们开发出一种新的电伴热产品，这种电伴热产品具备自调温（PTC）的特性。它采用两根平行的导线作供电的母线，采用经过处理的高分子聚合物半导体塑料作为并联在母线之间的电阻体。这种具备PTC特性的电阻体当它感受的温度升高时，电阻值增大，通过电阻体的电流减小，输出功率减小；反之当它感受的温度降低时，电阻值减小，通过电阻体的电流增大，输出功率增大。这种正的PTC温度特性正好符合工业生产对伴热的要求，即能补充热量又可以节约能源。而且这种电伴热产品还有一种优点，它可以自由裁剪，施工时根据现场的需要用多少裁剪多少，无需改变供电电压，单位长度的电伴热输出功率一致，非常方便。所以得到广泛应用。但是，由于聚合物塑料的耐热性能受到限制，在温度特别高的环境就不能使用。为了弥补这一空白，在串联恒功率电热带的基础上又开发出矿物绝缘的MI电热电缆。它采用铜线作发热体，用不锈钢或高镍铬的825合金作外套，用氧化镁作绝缘。这种电热电缆，功率密度可达260W/M，耐热温度可达690℃，维持温度可达450℃。使电伴热产品的应用范围得到扩展。为了满足容器类设备对伴热的要求，制造商又开发出一种采用模压高温合金发热组件，并联电路结构的扰性电热板，柔性好，它可以大面积的铺设在容器的表面，采用温控器控制温度，非常适合容器类设备使用。还有一种电伴热产品——集肤效应电热带，它最大的特点就是非常适合长输管线的伴热的要求。不需要大量采用配电设施，使用一个电源点可给10余公里的管道进行伴热，是长输管线伴热最经济的方案。其维持温度可达200℃，暴露温度可达260℃，功率密度可达165W/M。而且它的热效率比较高。这种电伴热产品的特点还不太为大家所认识，但它的发展前景是比较大的。二,如何计算热损失尽管电伴热产品被广泛采用,但是在使用中存在着大量的问题。大多数的用户对电伴热产品的性能和参数并不理解,更没有通过计算来确定实际需要补充的热损失,从而正确的选用电伴热产品。而是当设备和管道中介质温度的降低出现问题时，利用现有的电伴热产品或从能够了解到的信息采购电伴热产品。在安装方法上一般都是采用缠绕的方式，不可避免的造成电伴热带的交叉和重叠。这样就带来很多的问题。首先，如果电伴热产品的功率不足以补充设备和管道中介质的热损失就不能满足伴热的要求；如果电伴热产品的最大耐用温度低于设备和管道中介质的温度，或者设备和管道需要使用蒸汽进行吹扫，电伴热产品的最大耐用温度不能承受蒸汽的温度都可能造成电伴热产品的损坏；恒功率型电伴热带的交叉和重叠也可能造成电伴热产品的损坏等等；即使上述的问题都不存在，但是电伴热产品的功率的选用是否合理也是问题，电伴热产品的功率过大会造成能源的浪费。因此，如何通过计算热损失来正确选择电伴热产品就是十分必要的。前面我们已经讲过，伴热的目的就是补充介质热量的损失，维持一定的温度，避免介质温度的降低带来的问题。因此我们需要计算的是设备和管道中介质的维持温度下降到环境温度时的热量的损失，然后选用合适的电伴热产品补充这一部分热量损失就可以达到伴热的目的。（一）影响热损失的参数1，介质的种类介质的种类不同，它们的比热不同，热值的含量也不同。2，介质的初始温度介质的初始温度不同，需要维持一定的温度时所要补充的热量也不一样。初始温度一般是工艺介质进入工艺管道或储罐时的温度，有时是指工艺的操作温度。3，维持温度这是计算热损失很主要的一个的参数，一定要合理的确定。维持温度选择过低，不能满足工艺的要求，达不到伴热的目的；维持温度选择过高又会造成能源的浪费和增加成本。一般用户都会把维持温度提得比较高，一定要说服用户合理的确定。4，设备和管道的尺寸如管道的口径，设备的直径等，设备和管道的尺寸越大热量损失越大5，保温材料和厚度有的人认为，伴热效果主要由伴热产品来决定，是否保温影响不大。实际上保温对伴热效果的影响是很大的，这个道理和人是否穿衣对保暖的影响是一样的。不同的保温材料的导热系数不一样，保温的效果就不一样。保温材料厚度对保温的效果的影响也是很大的。有时不需要更换伴热产品仅仅改变保温材料的种类或厚度就可以满足伴热的要求。既可以节约能源又可以降低成本。6，环境温度环境温度的变化对于介质热量的损失的影响也是比较大的。环境温度越低介质热量的损失越大。但是为了保险起见，我们往往把估计太低最低的。这样计算的热量的损失就会偏大，导致选用更大功率的伴热产品。所以确定最低的环境温度时也要合理。另外风速对热量的散失也有影响，风速越大热量的散失也越大。7，最大耐用温度（暴露温度）这是一个容易忽视的问题。有时设备和管道的操作（工艺）温度并不高，但是在特殊的情况时可能引人更高温度的介质。例如一条原油管道，正常时原油的温度仅有几十℃，但该管道需要用蒸汽进行吹扫，蒸汽的温度可能达到200℃。这就要求伴热产品的最大耐用温度（暴露温度）要达到200℃，否则可能造成伴热产品的损坏。这也是一个不太好处理的问题，由于个别的情况的要求可能大大提高伴热产品的等级，造成成本的大幅度上升。所以如果能够想法改变这种情况最好。例如上述情况可以适当降低蒸汽的温度，或者在安装伴热产品时采用双层保温材料的办法隔开管道和伴热带。8，安全系数在考虑热损失的时候还要根据不同的情况增加一定的安全系数。（二）计算热损失的方法有实力的电伴热生产工厂凭借多年工作的经验已经开发出计算介质热量的损失和电伴热带选型的计算机软件。生产车间的工艺人员只需提供需要伴热的工艺管道、设备的主要参数和环境条件，输入计算机软件即可计算出热量的损失，并自动选择适合的电伴热带型号和最佳的伴热方案。为了方便现场的技术人员根据现场出现的情况计算介质热量的损失自己选择合适的电伴热带型号下面我们提供一种简单的计算方法1、计算热损失工艺条件：⑴维持温度(Tm)⑵最低环境温度(Ta)⑶管径⑷保温材料⑸保温层厚度⑹安全系数Q每米管道的热损失(W/m)=q×△t×K其中q:管道热损失(每米管道1℃温差时的热损失,查表一).△t=Tm-TaK:各种保温材料的导热系数(查表二).例Tm=30℃Ta=-10℃管径=100mm保温材料:玻璃纤维保温材料厚度:25mm△t=Tm-Ta=30-(-10)=40K=0.036(查表二)q=18.87(查表一)Q=18.87×40×0.036W/m=27。2w/m上述的热损失基于10%的设计的余量,根据上面的热损失的计算，我们选用30w/m的电伴热带就可以满足工艺的要求。Q储罐的热损失Q=q×△t×K×SS：储罐的表面积m管道热损失q(每米管道1℃温差时的热损失)（表一）管径保温层厚度(mm/in)G″DN102025355060751001/23/411-1/222-1/2341/2158.866.735.744.593.943.613.282.953/42010.347.876.565.094.433.943.613.2812512.319.027.555.914.924.434.103.611-1/43214.7710.838.706.735.584.924.593.941-1/24017.0612.3010.017.556.235.584.924.2725019.6914.1111.328.537.056.075.424.762-1/26523.1316.5713.139.687.886.896.075.2538027.5619.3615.2611.169.037.886.895.743-1/29531.0121.8217.0612.3110.018.537.556.23410034.4524.1218.8713.6210.839.198.216.734-1/211537.9026.4120.5114.7711.8110.018.867.22513041.8329.0422.4816.0812.8010.839.527.71615049.2233.9626.2518.5414.6012.3010.668.70820063.1643.1533.1423.1318.2115.0913.1310.661025077.7652.9940.5228.0521.8218.0515.5912.471230091.7062.1847.5832.8125.4321.0017.8814.2714350100.4068.0851.8435.6027.5623.4619.3615.2616400114.277.2758.7340.3631.0125.4321.8217.0618450128.186.4665.7944.9534.4528.2224.1218.8720500141.995.8172.6849.5537.9031.0126.4120.5124600169.6114.286.4658.7344.9537.0831.0124.12罐体表面的热损失q(每平方米1℃温差时的热损失)罐体74.849.737.725.118.614.912.69.3上表的热损失基于10%的设计的余量,导热系数为0.25各种保温材料在不同温度下的导热系数（表二）保温材料导热系数(W/m℃)-10℃10℃50℃100℃150℃200℃玻璃纤维0.0330.036