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并联型恒功率电伴热带的选型、安装、运行

日期:2015-06-22 编辑:管理员

0 引言

    在现代石油、化工、电力、食品等企业的生产中,因工艺介质、生产设备、输液管道的需要,而大量使用伴热系统来辅助生产。生产中常用的伴热方式除传统的蒸汽伴热、热水伴热外,也广泛使用电伴热带伴热。与传统伴热方式相比,电伴热带具有清洁、节能、温度自动控制精度高、安装方便、使用寿命长、运维费用低的优点,因而成为伴热技术发展的方向。本文结合某催化剂管线电伴热系统使用情况,先容恒功率电伴热带的选型、安装、运行及使用。

1 电伴热带概述

    电伴热带用电热能量补充被伴热体在工艺流程中散失的热量,从而维持流动介质最合理的工艺温度,它沿管线长度方向或罐体面均匀放热。电伴热温度梯度小、热稳定时间长,适于长期使用,其所需的热功率大幅低于蒸汽和热水加热。
1.1 电伴热带的分类
    目前,电伴热带可分为自控温电伴热带和恒功率电伴热带。
    自控温电伴热带能根据被伴热体的温度自动调整其输出功率,随时补偿温度的变化,控制自身各点温度并保持恒定。由于温度控制过程是由自控温电伴热带材料本身自动调节完成的,因此不需要温控仪就能自动有效地将伴热温度控制在一定范围内。自控温电伴热带主要应用在管道阀和仪表的保温。
    恒功率电伴热带通电后功率一直恒定,不随外界环境、保温材料、伴热材质的变化而变化,只受温度传感器所在位置的影响。恒功率电伴热带有并联和串联两种类型。并联型恒功率电伴热带根据工作电源又分为单相和三相,常用于管道、阀门、泵体的伴热,特别适用于大口径、长距离管线的伴热保温,也可起到防冻或维持仪表管线工艺温度的作用。本文就并联型恒功率电伴热带进行详细论述。

1.2 并联型恒功率电伴热带的工作原理和特点
    单相与三相的并联型恒功率电伴热带工作原理相同,用2根或3根平行的绝缘绞线为电源母线,在内护套绝缘层外缠绕电热丝,并将该电热丝每隔一定距离与电源母线连接,形成连续并联电阻。母线通电后,各并联电阻同时发热,形成一条连续的单相或三相供电的加热带。恒功率电伴热带单位长度的发热量恒定,使用的电伴热带越长,输出的功率就越大,因此适用于温度要求非常严格的场所。电伴热带应配有温控仪以监控温度,当温度过高时切断电路,当温度低于设定值时则接通电路。
    三相电伴热带最大允许使用长度是单相电伴热带的3倍。在大规模应用三相电伴热带的场合,能均衡电网负载;采用3根芯线,使得电热带更趋扁平,降低了表面发热负荷,增加了对管线的热传导面积,提高了热传输效率。
    并联型恒功率电伴热带在现场安装时能按实际需要长度任意剪切,且具有柔软性,能紧贴管线表面敷设。电伴热带外层的编织层能起到传热、散热及安全接地线的作用,同时还能提高电伴热带的整体强度。恒功率电伴热带的最大特点是起动电流小,在运行过程中基本无功率衰减。

2 恒功率电伴热系统设计

    某项目中,工艺生产需添加一种催化剂。催化剂介质温度为60℃,在管线中传输需维持其温度在61℃,最高不得超过100℃,因此必须对催化剂管线进行伴热处理。工艺流程中的催化剂管线多,管线走向复杂且上下穿越4个楼层,使用蒸汽伴热则会在安装、温控及运维方面出现很多问题,因此决定使用电伴热带给催化剂管线进行伴热。
2.1 选型设计原则
    电伴热系统选型原则是,计算出要维持特定温度时管线热损失的瓦数后,再用一定规格、数量的电伴热带产生等值热量进行替代补偿。电伴热带选型主要考虑4个因素。
    (1)所选功率需通过计算得知,即电伴热补偿的热量不小于管线的实际最大散热量时,就能够满足伴热的要求。
    (2)根据供电条件、电网负荷及电伴热带使用长度等条件来选择电伴热带的型式、电压等级,以确定使用并联型还是串联型,单相带还是三相带。一般长输管线使用串联带,管网系统选用恒功率三相带.管线较短时选用恒功率单相带。
    (3)根据管线和容器计算出所需的电热带总长,管线附件上的设备、阀门及仪表件也需要电伴热,可按照管道长度的10%考虑。
    (4)根据使用场所决定电热带的结构。
2.2 选型计算
    进行电伴热带选型计算前,需先确定与计算相关的工艺参数。管内介质为催化剂钛酸丁酯(60℃);管道材质为不锈钢;保温材料为岩棉,厚度为50ram,7导热系数A取0.044W/(m·K);维持温度为61℃;极端环境温度为一17.7。C;防爆等级为dlIBT4。
    根据催化剂管线工艺流程及所在位置,参考工艺流程图将催化剂管线电伴热系统分为4组温控回路。所有管线规格和长度见表1(序号为控制回路号)。
2.2.1 管线散热量计算
    管线散热量计算有查表法和公式计算法,这里选用公式计算法。根据GB/T 19518.2《爆炸性气体环境用电气设备电阻式伴热器第2部分:设计、安装和维护指南》标准,管线散热量计算式为:

表一

2.2.2 电伴热带选型及伴热系统配电方案
    催化剂管线属于一个管网系统,每组温控回路的管线不长,且运行于含有腐蚀气体的防爆区域,因此根据选型原则,选用单相加强型恒功率并联电伴热带。每组温控回路的电伴热带选型见表2。

表二电伴热带选型

    JFB-20(15)/2J型单相加强型并联带芯线均选用镀锡铜绞线,芯线绝缘层和各护套层均采用P46氟塑料挤塑,其长期耐受温度可达205℃,完全满足催化剂管线伴热需要。
    电伴热系统配电箱设置在伴热管线附近,防爆等级为dIIBT4,防护等级为IP54。配电箱内设有4路单相防爆数显温控仪,该温控仪不仅能设定介质上、下限温度,还能实时显示管壁温度,用于控制4根电伴热带的供电。当介质温度达到设定上限时,温控仪自动断电,电伴热带停止加热;当介质温度低于设定下限时,温控仪又自动恢复送电,电伴热带又开始加热。配电箱进线电源为380V,三相四线制。4组温控回路具有短路、过载、漏电保护功能,出线电压为220V,额定电流为18A。电伴热系统温控原理图如图1所示。

图1电伴热系统温控原理

3 恒功率电伴热带安装及运行

3.1 电伴热带的安装
    电伴热带安装是一个重要环节,它决定着电伴热带能否正常可靠运行。电伴热带安装应在催化剂管线全部安装结束,水压试验合格,管壁防锈层干燥后进行。每根催化剂管线需平铺2条电伴热带,因此在每组温控回路的催化剂管线上用l根电伴热带由起点至终点再回起点缠绕l周。电伴热带分别安装在管线直径下方两侧约20~60。位置,每侧1根。催化剂管线中某组温控回路的电伴热带安装示意图如图2所示。

图2电伴热带安装示意图

    电伴热带安装前需先除去管线上的毛刺和杂物,并确定电伴热带表面没有破损,绝缘电阻不小于20MΩ(1000V DC)。施放电伴热带时,不能硬折、用力拽拉、脚踩电伴热带,也不能将重物置于电伴热带上,以免破坏绝缘层,造成短路。安装时,每隔50cm左右需用铝胶带将电伴热带固定在管线上;在线路供电点和尾端需各预留1m电伴热带,在散热体(如支架、阀门、法兰等)也需预留一定长度的电伴热带,以便日后拆除、维修、更换设备;电伴热带在支架、阀门、法兰等处的缠绕方法可参见厂家提供的安装图册。电伴热带安装完毕后必须再次检查其表面是否损坏,绝缘电阻是否合格。检查合格后,对电伴热带通电24h无异常后才可进行保温层和防水层的施工。使用的保温材料必须干燥,保温层要达到设计要求的厚度。电伴热带的编织层应全部连接在一起可靠接地,接地电阻应不大于4Ω。

    安装电伴热带过程中要注意以下问题:
    (1)并联型恒功率电伴热带由多段发热节并联组合而成,其首尾各有几十厘米的冷端,安装应从发热的部位开始。首尾端的发热体应尽可能短,不得外露,严禁与外编织网或管道接触。
    (2)电伴热带的安装长度不得超过所选型号的“最大许用长度”,不同型号产品的“最大许用长度”不同。
    (3)安装胶圈、垫圈、紧固件必须正确、紧固,以防松动或进水。
    (4)恒功率电伴热带不允许叠绕、交叉,以免出现过热。
    (5)电伴热带的尾端需用终端接线盒密封,2根平行导电线芯不能连接,以免造成短路事故。
    (6)接线盒必须牢固固定在管壁上,以免因松动(或颤动)引起短路或火灾。
    (7)不同厂家的电伴热带参数不同,故不能混用。

3.2 电伴热带的运行
    (1)催化剂管线电伴热系统投用前,须再次进行检查。
    (2)初次投用时需设定温控仪参数,以保证电伴热带能按工艺所需的温度运行。
    (3)送电前,测试每组温控回路,用1000V兆欧表检查系统绝缘。电伴热带芯线与地线或不带电的中性线间的电阻应不小于2MΩ。检查系统直流电阻,该阻值应与所测系统的总功率相对应。全部正常后,给系统配电箱送电。
    (4)按下第1组温控回路按钮,陔组温控仪的数码管会实时显示催化剂管线管壁温度。在温控仪设定催化剂管线维持湿度为61℃,温度上限为100℃后,该组回路的电伴热带开始工作。
    (5)当管线管壁温度低于设定值时,温控仪的输出触点接通控制电伴热带供电的接触器线圈回路,使接触器主触点闭合,电伴热带得电工作;当管线管壁温度加热达到设定值时,温控仪输出触点断开控制电伴热带供电的接触器线圈回路,使接触器主触点释放,电伴热带断电停止工作。由于加热系统具有温度滞后性,因此温度会继续升高,一旦达到温度上限,温控仪报警指示灯会点亮。
    另外3组回路投用过程与第1组相同。

3.3 电伴热系统运行问题
    (1)温控仪显示温度达到设定值61℃时,电伴热带停止工作,但催化剂管线中却有段介质被冻住(介质凝固点约20℃),泵无法输送介质。经查,该组温控回路的测温元件未安装在该组管线散热最多、介质温度最低处。调整测温元件安装位置后,该现象消失。
    (2)催化剂管线输送屏蔽泵内介质冻结,泵启动后过载跳停。经查,未按规范对泵体进行电伴热带缠绕,导致泵体伴热不够。
    (3)温控仪实时显示的温度始终达不到设定值61℃,该组电伴热带一直处于工作状态。经查,测温元件的探头未紧贴管壁固定,此外测温元件处有1个管线支架,该处支架和管线的保温层未密封,导致实时温度一直低于61℃.

4 结束语

    电伴热带作为管线、容器等设备的伴热已被广泛使用,产生了明显的经济效益,也改善了企业生产环境。本文从并联型恒功率电伴热带的选型、安装、运行等方面进行了先容,以供相关人员参考。

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