電伴熱在某燒結(jié)廠給水管道中的應(yīng)用*

甄　青

(中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙　410007)

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電伴熱在某燒結(jié)廠給水管道中的應(yīng)用*

甄青

(中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙410007)

介紹了電伴熱的原理及分類，以某燒結(jié)廠為例，對(duì)電伴熱在給水管道保溫防凍的計(jì)算與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

電伴熱； 燒結(jié)廠； 給水管道

引言

在工業(yè)廠區(qū)實(shí)際生產(chǎn)中，工藝管線較多采用蒸汽或熱水伴熱。但傳統(tǒng)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(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,電伴熱技術(shù)以其顯著的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、化工、石油和電力等各個(gè)領(lǐng)域。

1　電伴熱的原理和分類

1.1 原理

電伴熱帶包括導(dǎo)電高分子復(fù)合材料和兩根扁形帶狀電纜(包括金屬母線和絕緣護(hù)套) ( 如圖 1所示) 。與電源連通后，電伴熱帶內(nèi)的電流利用導(dǎo)電材料組成回路。隨著導(dǎo)電材料溫度的升高，電阻也相應(yīng)變大，當(dāng)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(shè)備，保證被加熱體的防凍保溫效果。電伴熱的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在其具有熱效率高、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保、安裝方便、使用壽命長(zhǎng)和可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等方面，能夠代替蒸汽、熱水等傳統(tǒng)伴熱方式，是國(guó)家大力推廣的節(jié)能項(xiàng)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(dǎo)電材料和兩根平行母線及絕緣層等構(gòu)成。其特點(diǎn)是導(dǎo)電材料有很高的電阻正溫度系數(shù)特征, 輸出功率可隨著周圍溫度的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)伴熱線處在較低溫度環(huán)境時(shí)，導(dǎo)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(fā)熱；而當(dāng)伴熱線處在較高溫度環(huán)境時(shí)，導(dǎo)電材料開始膨脹使碳粒分子分散開，導(dǎo)致電路中斷，伴熱線功率輸出降低，發(fā)熱量隨之降低。整個(gè)溫度的控制,是通過材料自身特性自動(dòng)調(diào)節(jié)完成的，其控制溫度較穩(wěn)定，不會(huì)過高也不會(huì)過低。

圖1　伴熱帶結(jié)構(gòu)圖

恒功率型電伴熱單位長(zhǎng)度的發(fā)熱量是恒定的，溫度不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)電阻絲的連接方式可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。對(duì)于前者，其電阻絲為并聯(lián)連接，可隨意剪切；串聯(lián)型恒功率電伴熱帶，其電阻絲是串聯(lián)方式連接，不可剪切。

2　電伴熱的計(jì)算與應(yīng)用

2.1工程概述

以某鋼鐵廠2014年新建燒結(jié)廠項(xiàng)目為例，該燒結(jié)機(jī)面積為450 m2，設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)成品燒結(jié)礦463.3萬t。燒結(jié)廠區(qū)室外架空生產(chǎn)給水管均采用電伴熱保溫防凍。

2.2實(shí)例計(jì)算

以DN200管道防凍保溫計(jì)算為例：

(1)計(jì)算溫差

查全國(guó)各地氣象參數(shù)表《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱》03S401-15～17得出：

該地區(qū)極端最低氣溫為Ta=-26.8 ℃。

設(shè)計(jì)維持溫度取To=5 ℃，則最大溫差△t=(To-Ta)=5-(-26.8)=31.8 ℃。

(2)計(jì)算管道散熱量QB

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

△t=30 ℃，絕熱層厚度為30 mm時(shí)，散熱量QB=37.7 W/m;

△t=40 ℃，絕熱層厚度為30 mm時(shí)，散熱量QB=50.3 W/m;

采用內(nèi)插法求得QB=39.97 W/m。

(3)計(jì)算實(shí)際散熱量。

查絕熱材料系數(shù)表《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱》03S401-107～109得出f=1.16，

QTB=fQB=46.36 W/m

(4)計(jì)算電熱帶總長(zhǎng)度

查電熱帶編制說明《管道和設(shè)備、保溫防結(jié)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(shí)輸出功率47.5 W/m，大于實(shí)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(jì)算方法依次計(jì)算。

2.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

以該廠區(qū)100 m長(zhǎng)的生產(chǎn)給水管道保溫為例，采用蒸汽伴熱和電伴熱進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。其中，蒸汽管道按工藝要求采用DN20伴熱鋼管，全長(zhǎng)100 m，電伴熱采用變功率電熱帶，電壓220 V。

表1投資費(fèi)用估算表

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

表2操作費(fèi)用估算表

蒸汽伴熱電伴熱年伴熱費(fèi)用/元18260.005200.00年檢修維護(hù)費(fèi)用/元6000.001600.00合計(jì)/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(duì)于初期投資，蒸汽伴熱是電伴熱方案的26.63 %，運(yùn)行費(fèi)用前者是后者的3.57倍。兩套方案的年費(fèi)用分析如下：

經(jīng)濟(jì)壽命通常按經(jīng)驗(yàn)取值,蒸汽伴熱10年,電伴熱12年,

蒸汽伴熱方案的年費(fèi)用為：

年折舊費(fèi)用+年運(yùn)行費(fèi)用=14300/10+24260=25690元

電伴熱方案的年費(fèi)用為：

年折舊費(fèi)用+年運(yùn)行費(fèi)用=53700/12+6800=11275元

由上面計(jì)算可知,電伴熱與蒸汽伴熱方案的費(fèi)用相比,前者是后者的43.89%,電伴熱的優(yōu)勢(shì)顯著。

2.4安裝及運(yùn)行維護(hù)

電伴熱設(shè)施的安裝非常關(guān)鍵，直接決定了電伴熱能否正常工作。電伴熱的安裝應(yīng)該在主體工程完成以后進(jìn)行，確認(rèn)管道已經(jīng)過吹掃、試壓及管道表面清理干凈。管道的上方?jīng)]有施工、吊裝和焊接等，以免損壞電伴熱帶。

每根電伴熱帶應(yīng)在安裝完成以后進(jìn)行絕緣測(cè)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(fā)熱情況及各種電氣參數(shù)，一切正常后可進(jìn)行下一步保溫層和防護(hù)層的施工,施工結(jié)束后,繼續(xù)重復(fù)前面的絕緣檢查,并連續(xù)送電24 h,檢查各種參數(shù)正常后,方可正式投入運(yùn)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(guān)跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)電伴熱由于長(zhǎng)期受熱或電伴熱接頭處未嚴(yán)密處理，致使電伴熱屏蔽層與相線接觸導(dǎo)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(shí)，加強(qiáng)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(shí)積雪融化，積水的有終端的地方很容易進(jìn)水，因此，應(yīng)做好對(duì)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(fā)現(xiàn)電伴熱溫控器由于質(zhì)量原因，溫控器失效，導(dǎo)致不加熱。處理方法：定期進(jìn)行巡檢，檢查電伴熱溫控器設(shè)備，對(duì)不合格的或者使用壽命到期的溫控器進(jìn)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(fā)現(xiàn)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(nèi))，溫度較高，

電伴熱不啟動(dòng)，而管線實(shí)際溫度低。處理方法：

正確安裝電伴熱溫度探頭。

3　結(jié)束語

電伴熱工藝雖然初期投資較高，但運(yùn)行費(fèi)用與其他伴熱形式相比有較大降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。從目前國(guó)內(nèi)已采用電伴熱系統(tǒng)進(jìn)行伴熱的燒結(jié)廠運(yùn)行情況來看，電伴熱系統(tǒng)投運(yùn)后運(yùn)行正常，伴熱效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，伴熱溫度穩(wěn)定，完全能夠滿足工藝要求。

同時(shí)，與傳統(tǒng)的蒸汽伴熱相比較，消除了“跑冒滴漏”等現(xiàn)象，明顯改觀了企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，加大了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。可以預(yù)見，在冶金行業(yè)的保溫應(yīng)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(shì)。

[1]蔡橋，柏群耀.電伴熱方案與蒸汽伴熱方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].節(jié)能，2000，(11)：30—32.

[2]唐光弟，賴遠(yuǎn)波,祁斌，等.電伴熱在工廠的應(yīng)用及故障分享[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2014，(3)：485.

[3]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)03S401:管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱[S]. 北京：中國(guó)計(jì)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