淺析管道電伴熱系統(tǒng)選型方法

【摘 ?要】電伴熱系統(tǒng)是利用伴熱電纜輸出的熱量來補(bǔ)償管道、容器、罐體等儲運(yùn)系統(tǒng)所耗散的熱量，以維持系統(tǒng)操作介質(zhì)始終處在工藝要求的適宜溫區(qū)，廣泛在我國北方區(qū)域室外空調(diào)水管道系統(tǒng)中使用，在可靠性要求高或者低溫環(huán)境中也有經(jīng)常使用。實(shí)際使用中，由于選型設(shè)計(jì)失誤導(dǎo)致達(dá)不到最終的熱補(bǔ)償效果的比比皆是，本文主要從設(shè)計(jì)角度分析電伴熱系統(tǒng)的選型效果。

【關(guān)鍵詞】散熱量;電伴熱帶;安全系數(shù)

1.確定計(jì)算條件和邊界

1.1設(shè)計(jì)原理

電伴熱防凍系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)旨在從功能性、可實(shí)現(xiàn)性、經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，滿足管道流體（如：水）系統(tǒng)防凍（降粘及防堵）要求。利用電熱來補(bǔ)充輸水或貯水過程中所散失的熱量，以維持水溫在一定的范圍內(nèi)，達(dá)到保溫和防凍的目的，是最常見的熱補(bǔ)償方式。

1.2.確定最低氣象溫度標(biāo)準(zhǔn)和防凍標(biāo)準(zhǔn)：

首先需要查詢所在區(qū)域氣象參數(shù)（如北京地區(qū)極端平均最低溫度TA=-17.1℃，維持設(shè)備的水不結(jié)冰狀態(tài)，采用管道水系統(tǒng)維持在5℃的標(biāo)準(zhǔn)），以計(jì)算管道最大的散熱功率。

1.3.確定工藝參數(shù)

（1）管道要求的維持溫度TM（℃）;

（2）當(dāng)?shù)刈畹铜h(huán)境溫度TA（℃）;

（3）管道的外徑D（mm）;

（5）管道的保溫材料品種及厚度（mm）;

（6）管道是在室內(nèi)或室外，或者其他特殊工作區(qū)域。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熱工設(shè)計(jì)首先要確定工藝裝置的熱損失即散熱量，然后根據(jù)散熱量確定所需伴熱電纜的功率和長度。

2.1 散熱量計(jì)算

散熱量計(jì)算有兩種方法：一查表法;二是按公式直接計(jì)算法。

3.相關(guān)電氣設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電伴熱配電系統(tǒng)時(shí)，電伴熱帶應(yīng)與過載、短路、漏電保護(hù)和溫度保護(hù)裝置配合，并應(yīng)符合我國有關(guān)電氣規(guī)范要求。

3.1單一電源電電伴熱帶長度的定義：

變功率單一電源電伴熱帶最大使用長度與過流保護(hù)開關(guān)的容量關(guān)系可查相關(guān)產(chǎn)品選型說明，當(dāng)實(shí)際過流保護(hù)開關(guān)容量介于兩檔之間，應(yīng)選用容量大的一檔。

3.2電路對地漏電保護(hù)

每條電伴熱帶線路應(yīng)采用30MA對地漏電開關(guān)做電氣保護(hù)。特別是防爆區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)或腐蝕區(qū)，和管道需要經(jīng)常維修和電伴熱帶易受到機(jī)械損壞的區(qū)域。

4.電伴熱帶選型

選擇電伴熱帶產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種因素，如適用性、經(jīng)濟(jì)性、供電條件等，具體方法如下：

4.1 根據(jù)管道可能經(jīng)受的最高溫度來選擇相應(yīng)最高暴露溫度的電伴熱帶，確定管道是否會出現(xiàn)偶發(fā)性溫升（如蒸汽、熱水、熱油清掃管道）及最高溫度，所選電伴熱帶的最高暴露溫度應(yīng)不低于偶發(fā)性溫升。如偶發(fā)性溫升高于最高暴露溫度，可在進(jìn)行熱工估算后，調(diào)整安裝方法，即在電伴熱帶與管道之間加一層適當(dāng)厚度的保溫層，以緩解偶發(fā)溫升對電伴熱帶的影響。

4.2根據(jù)功率—溫度曲線選擇電伴熱帶功率

選擇電伴熱帶的輸出功率，不是以標(biāo)稱功率為依據(jù)，而是以系統(tǒng)維持溫度時(shí)電伴熱帶必須輸出的功率為依據(jù)。

選擇電伴熱帶的溫度等級及伴熱功率與系統(tǒng)所需的維持溫度有直接關(guān)系，應(yīng)選用最高表面溫度高于系統(tǒng)維持溫度（例如20℃）并能補(bǔ)償體系熱損失的電伴熱帶。

4.3單一電源最大電伴熱帶的確定

從同一個(gè)電源接線盒引出的所有各段伴熱電纜的長度之和，稱為單一電源最大伴熱電纜長度。據(jù)此選擇過流保護(hù)開關(guān)的容量。根據(jù)管道分布及支線長短選用電伴熱帶，低功率電伴熱帶單根使用長度較大，適合較長的支線使用，若一根的功率不夠可用多根。

4.4電伴熱帶結(jié)構(gòu)的選擇：根據(jù)安裝環(huán)境和條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇

（1）在塑料或表面涂有油漆，而不能可靠接地的管道上選用屏蔽型產(chǎn)品。

（2）在易燃易爆地區(qū)，或介質(zhì)是易燃易爆介質(zhì)，應(yīng)選用屏蔽型防爆電伴熱產(chǎn)品。

（3）管道內(nèi)介質(zhì)如有腐蝕性，或電纜有可能接觸腐蝕屏蔽層的化學(xué)品，則應(yīng)采用防護(hù)型產(chǎn)品。

4.5 其他事項(xiàng)

（1）電伴熱帶的電源接線截面要大于伴熱電纜導(dǎo)體截面。

（2）熔斷器、空氣開關(guān)要選擇適中，要考慮大于全線起動電流。

（3）易燃易爆地區(qū)必須采用專用的電源接線盒，中間接線盒和終端等專用附件。

（4）根據(jù)電源容量、電壓，確定采用單相供電或三相供電及電壓等級。

（5）根據(jù)環(huán)境是否便于電纜安裝，確定電伴熱帶，采用直線敷設(shè)還是螺旋敷設(shè)。

5.結(jié)論

5.1電伴熱帶選型關(guān)鍵在于熱損失功率的計(jì)算，作為產(chǎn)品選型的依據(jù)，以往經(jīng)驗(yàn)式估算經(jīng)常性與現(xiàn)實(shí)情況相差較大大，導(dǎo)致電伴熱帶選型要么達(dá)不到熱補(bǔ)償?shù)囊?，出現(xiàn)功能性事故。要么超過實(shí)際補(bǔ)償量導(dǎo)致能耗增加。所以必須嚴(yán)格按照程序進(jìn)行各個(gè)部分的熱損失計(jì)算。

5.2經(jīng)過模擬計(jì)算及實(shí)踐總結(jié)，在一些管道管徑較大，附件較多的站房系統(tǒng)，屋面冷卻系統(tǒng)中，附件的散熱量能高達(dá)40%，因此附件的散熱量必須進(jìn)行充分考慮，嚴(yán)格計(jì)算。

5.3在產(chǎn)品選型時(shí)，必須灌注管道內(nèi)介質(zhì)的特點(diǎn)，流體介質(zhì)偶發(fā)性溫升是必須考慮的因素（如蒸汽等），這也是在日常設(shè)計(jì)中經(jīng)常忽略的一點(diǎn)。此外，產(chǎn)品選型必須考慮環(huán)境的適宜性（如防爆環(huán)境等）。

參考文獻(xiàn)：

（1）《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50264-2013.第5.4.3節(jié)

（2）國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱》03S401.第91—104頁第107—109頁

（3）皖纜集團(tuán).《皖纜伴熱工程應(yīng)用設(shè)計(jì)與安裝技術(shù)》.2014年4月16日.第2.1，2.4節(jié)

作者簡介：

丁兆豐 男 1984年4月 漢族 甘肅臨洮 中國電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司 214028 中級工程師 本科 數(shù)據(jù)中心

（作者單位：中國電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司）