對(duì)比分析蒸汽伴熱與電伴熱在化工工程中的應(yīng)用

牟元生，萬旭光(煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006)

1 在化工工程中蒸汽伴熱與電伴熱的應(yīng)用特點(diǎn)

在化工工程中，蒸汽伴熱是一種傳統(tǒng)的伴熱形式，其應(yīng)用特點(diǎn)主要在于，該種伴熱方法將蒸汽作為傳熱介質(zhì)，對(duì)化工管道進(jìn)行間接加溫，以免其凍傷損壞。在此過程中，蒸汽本身的熱能承載性能就比較優(yōu)越，加之該模式下，人們通常會(huì)用金屬管道向外傳導(dǎo)蒸汽中的熱量，極大地減少了熱能的損失。因此，該種傳熱方式往往更加穩(wěn)定。此外，蒸汽伴熱支持就地取材，一般直接使用化工工程內(nèi)的低壓蒸汽即可，但在該伴熱條件下，蒸汽溫度比較難以控制，很容易出現(xiàn)溫度過高的問題。在電伴熱方面，其應(yīng)用特點(diǎn)主要在于，該種伴熱方式是將電能作為溫升驅(qū)動(dòng)，通過將加熱回路作為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)直接伴熱。從可靠性這一特點(diǎn)項(xiàng)目上來看，電伴熱系統(tǒng)中通常設(shè)有自動(dòng)加熱器，可以在加熱過程中對(duì)系統(tǒng)的加熱操作進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止高溫問題的出現(xiàn)，而且系統(tǒng)中的接地回路斷路器，也可以有效預(yù)防電氣故障，保證伴熱的安全運(yùn)行。因此，電伴熱在實(shí)際應(yīng)用中，具備明顯的可靠性特點(diǎn)。

2 蒸汽伴熱與電伴熱在化工工程中應(yīng)用的對(duì)比分析

2.1 加熱工藝比較

2.1.1 蒸汽伴熱加熱工藝

在蒸汽伴熱條件下，加熱工藝原理為蒸汽的放熱原理。在蒸汽加熱工藝運(yùn)行中，人們需要將伴熱金屬管設(shè)置在需要加熱保溫的化工管道系統(tǒng)中，然后蒸汽生成系統(tǒng)，會(huì)向伴熱管輸入蒸汽，蒸汽接觸金屬管時(shí)則會(huì)發(fā)生放熱的物理反應(yīng)，使熱能通過伴熱金屬管傳導(dǎo)給化工管道，實(shí)現(xiàn)伴熱。在該工藝下，由于金屬的導(dǎo)熱性能優(yōu)越，因此，這種形成于金屬管之間的熱傳導(dǎo)能夠極大地減少熱能的散失，增強(qiáng)加熱效率和效果。在此過程中，雖然該工藝在運(yùn)行期間，蒸汽中的熱量經(jīng)常會(huì)在管道傳輸過程中存在損失，但從整體上來看，由于蒸汽的熱能承載能力較強(qiáng)，因此，這部分熱能損失基本不會(huì)對(duì)伴熱溫度產(chǎn)生影響，提高了蒸汽伴熱工藝在保溫、加熱方面的可靠性。

2.1.2 電伴熱加熱工藝

電伴熱加熱工藝，即電力自動(dòng)加熱工藝。在該工藝的運(yùn)行中，人們通過直接在化工管道系統(tǒng)中，設(shè)置功率調(diào)節(jié)裝置與加熱回路就可以實(shí)現(xiàn)化工工程管道的按需伴熱。在電伴熱加熱工藝的背景下，用于加熱的自調(diào)加熱器就是一種成品設(shè)備，通常情況下無需進(jìn)行維修，而且具有根據(jù)實(shí)際溫度，調(diào)整加熱功率的功能，避免了恒定功率引發(fā)的伴熱故障。同時(shí)，用于承載電能、執(zhí)行加熱任務(wù)的加熱回路線芯均具備絕緣外皮，可以有效規(guī)避短路等風(fēng)險(xiǎn)，為伴熱工藝運(yùn)行的安全性提供了保障。此外，在電加熱的工藝下，熱能會(huì)被直接傳導(dǎo)給管道，不存在運(yùn)輸過程，以免了運(yùn)輸過程中熱能的散失，提高了熱能的利用率。

2.1.3 兩者比較

根據(jù)上述論述，將電伴熱、蒸汽伴熱模式下的兩種加熱工藝進(jìn)行對(duì)比，可以看出，蒸汽加熱工藝存在一個(gè)熱能輸送過程，因此，相較于電加熱工藝，其的熱能利用率更低。一般來說，蒸汽加熱的熱能利用率在50%左右，而電加熱工藝則可達(dá)到95%，因此，在能耗利用率上，電加熱工藝的性能顯然比較優(yōu)越。此外，蒸汽加熱工藝不支持精確的加熱溫度調(diào)節(jié)，且需要反復(fù)調(diào)試，以免出現(xiàn)溫度過高的問題，而電加熱工藝則可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際溫度進(jìn)行自動(dòng)協(xié)調(diào)加熱，所以在可控性方面，電加熱工藝的性能更好。

2.2 加熱系統(tǒng)比較

2.2.1 蒸汽伴熱加熱系統(tǒng)

通常情況下，蒸汽伴熱加熱系統(tǒng)是由伴件、鍋爐、控制原件、水質(zhì)檢測(cè)等構(gòu)件組成，即使直接應(yīng)用化工工程內(nèi)的低壓蒸汽，也依然需要添置數(shù)量繁多的附件，因此，在系統(tǒng)安裝上所需的工程量較大。在蒸汽伴熱加熱系統(tǒng)中，主要用于傳導(dǎo)熱能的金屬管道內(nèi)壁很容易受蒸汽的影響，出現(xiàn)氧化腐蝕的現(xiàn)象，同時(shí)，系統(tǒng)中的一些零件也經(jīng)常會(huì)被蒸汽腐蝕、氧化，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)運(yùn)維工作量的需求較大。此外，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度上來看，工作人員需要通過調(diào)節(jié)熱水流量、蒸汽流量來實(shí)現(xiàn)溫控，但熱水、蒸汽流量調(diào)節(jié)操作比較繁瑣、精確度低，因此，蒸汽加熱系統(tǒng)不能被用于對(duì)溫度要求較為嚴(yán)格的化工工程管道伴熱中。

2.2.2 電伴熱加熱系統(tǒng)

電伴熱加熱系統(tǒng)主要是由電源、功率調(diào)節(jié)裝置、加熱回路組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)維方便。就目前來看，根據(jù)加熱回路結(jié)構(gòu)，以及構(gòu)成回路的加熱帶材質(zhì)的差異，電伴熱加熱系統(tǒng)可以被分為6種：自限溫、并聯(lián)式、串聯(lián)式、高溫電、硅橡膠電、MI加熱電纜。工作人員可以結(jié)合化工工程管線的實(shí)際加熱需求，選用相應(yīng)類型的電伴熱加熱系統(tǒng)，以保證加熱系統(tǒng)的效用。例如在潮濕、無爆炸性氣體的工業(yè)設(shè)備管線伴熱建設(shè)中，可以采用硅橡膠電伴熱系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)潮濕環(huán)境對(duì)系統(tǒng)加熱帶的腐蝕作用。而對(duì)于加熱速度要求較高的管線伴熱建設(shè)，則可使用MI加熱電纜，并利用其短期加溫至1 083 ℃的優(yōu)勢(shì)性能，滿足管線伴熱需求，增強(qiáng)伴熱效果。

2.2.3 兩者比較

結(jié)合上述論述，可以看出，相較于蒸汽加熱系統(tǒng)，電伴熱加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)顯然更加簡(jiǎn)單。因此，無論在前期建設(shè)還是后期運(yùn)維上，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的電加熱系統(tǒng)顯然具有較大的優(yōu)勢(shì)。在此過程中，可供選擇的電伴熱加熱系統(tǒng)類型也比較多，使工作人員可以根據(jù)化工工程的實(shí)際需求，針對(duì)不同化工工程管線部分，設(shè)置相應(yīng)結(jié)構(gòu)的電加熱系統(tǒng)，以精準(zhǔn)滿足化工管道的伴熱需求。此外，由于電伴熱系統(tǒng)基本不涉及到蒸汽氧化腐蝕的問題，因此，在耐用性方面，電伴熱系統(tǒng)也更具優(yōu)勢(shì)。

2.3 運(yùn)行費(fèi)用比較

2.3.1 蒸汽伴熱運(yùn)行費(fèi)用

在蒸汽伴熱條件下，伴熱運(yùn)行費(fèi)用可以按照伴熱所消耗的蒸汽量來計(jì)算。該計(jì)算公式為：管道單位時(shí)間耗蒸汽量×每噸蒸汽價(jià)格×運(yùn)行時(shí)間+運(yùn)維費(fèi)用。在此過程中，由于化工廠的低壓蒸汽可以直接被用于蒸汽伴熱，因此，伴熱所需蒸汽的價(jià)格較低。但如果所需伴熱的管道與低壓蒸汽生產(chǎn)設(shè)施距離較遠(yuǎn)，那么傳輸過程中的蒸汽損失就會(huì)增加，使整體的運(yùn)行費(fèi)用增加。從運(yùn)維方面來看，蒸汽伴熱機(jī)制中的零件、裝置數(shù)量較多，且容易受到氧化腐蝕，因此，所需的運(yùn)維成本較高。

2.3.2 電伴熱運(yùn)行費(fèi)用

在電伴熱運(yùn)行中，應(yīng)當(dāng)按照電能的消耗量來計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用，計(jì)算公式為：電價(jià)×用電量。但在此過程中，當(dāng)電伴熱系統(tǒng)將管道加熱到既定溫度后，則會(huì)進(jìn)入保溫狀態(tài)，減少運(yùn)行功率，降低耗電量。因此，電伴熱系統(tǒng)運(yùn)行中的電費(fèi)支出比較合理。此外，由于電伴熱裝置基本不需要維護(hù)，使用壽命也比較長(zhǎng)，所以其運(yùn)行中所耗費(fèi)的電費(fèi)，可以被算作電伴熱運(yùn)行的全部費(fèi)用。

2.3.3 兩者比較

通過對(duì)電伴熱、蒸汽伴熱這兩種情況下，伴熱系統(tǒng)運(yùn)行所需的費(fèi)用，可以看出，在運(yùn)維部分，蒸汽伴熱系統(tǒng)所需的費(fèi)用較高，而電伴熱系統(tǒng)則基本無需運(yùn)維費(fèi)用。而從日?；A(chǔ)運(yùn)行費(fèi)用上來看，蒸汽伴熱加熱所需的蒸汽在投入使用時(shí)存在大量損耗，導(dǎo)致日常基礎(chǔ)運(yùn)行費(fèi)用增加，而電伴熱系統(tǒng)屬于直接加熱的伴熱系統(tǒng)，電能損耗較少，且能夠按需加熱，節(jié)省了電能的消耗量。因此，電伴熱系統(tǒng)所需的日?；A(chǔ)運(yùn)行費(fèi)用更低?；诖?，從總體上來看，電伴熱的運(yùn)行費(fèi)用較低。

2.4 投資成本比較

2.4.1 蒸汽伴熱投資成本

在建設(shè)投資方面，由于化工廠的低壓蒸汽可以直接用于蒸汽伴熱，所以大多數(shù)情況下化工廠無需額外投入資金生產(chǎn)蒸汽，極大地降低了蒸汽伴熱的投資成本。雖然除了蒸汽生產(chǎn)設(shè)施以外，還需配置一定數(shù)量的附件、裝置，但這部分附件、裝置的價(jià)格比較低廉，所以整體上，蒸汽伴熱系統(tǒng)的投資成本依然較低，例如：在常規(guī)規(guī)模化工工程的蒸汽伴熱體系中，起到主要運(yùn)行作用的伴熱輸水系統(tǒng)，其材料購(gòu)買費(fèi)用僅為500元，安裝費(fèi)用僅為300元，同時(shí)，用量較大，能夠達(dá)到2～3 t左右的伴熱管，其價(jià)格也基本在500 元/t左右，安裝費(fèi)在700～800元，而配套石棉保護(hù)層，材料費(fèi)用則在5 000元左右。由此可見，蒸汽伴熱系統(tǒng)的前期投資較低。

2.4.2 電伴熱加投資成本

在電伴熱建設(shè)中，為了保證伴熱效果順利達(dá)到預(yù)期，人們通常需要進(jìn)行精細(xì)的前期設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在開工之前，化工廠就要投入一部分人力資源、設(shè)計(jì)咨詢費(fèi)用。在建設(shè)期間，雖然加熱回路的施工操作比較簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)對(duì)施工準(zhǔn)確度要求較高，因此，其安裝費(fèi)也稍高。在此過程中，所需的材料以加熱線纜為主，化工廠需要根據(jù)所選擇的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型，購(gòu)買相應(yīng)的加熱線纜。

不同類型的線纜其價(jià)格也存在差異。就目前來看，常用的電伴熱加熱線纜為133元/m，若建設(shè)規(guī)模為100 m，加上人工費(fèi)用，大約應(yīng)在13 000元以上。在此過程中，如果需要伴熱的管道規(guī)模較大，或化工工程位于寒冷地區(qū)，保溫需求大，那么電伴熱系統(tǒng)建設(shè)投資的成本就會(huì)大幅度地提升[1]。

2.4.3 兩者比較

綜合上述論述可以看出，電伴熱系統(tǒng)的建設(shè)投資成本顯然要高于蒸汽伴熱系統(tǒng)。由于蒸汽伴熱系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)、施工的要求都不高，因此所需人工費(fèi)低于電伴熱系統(tǒng)。同時(shí)，蒸汽伴熱系統(tǒng)建設(shè)所需構(gòu)件、設(shè)備的價(jià)格也比較低廉，而電伴熱系統(tǒng)的性能比較優(yōu)越，使得其對(duì)配套構(gòu)件質(zhì)量等方面的要求較高，增加了構(gòu)件、裝置的成本價(jià)格，導(dǎo)致在單位需加熱規(guī)模條件下，電伴熱系統(tǒng)建設(shè)需要耗費(fèi)更多的投資成本。在寒冷地區(qū)，化工工程所需伴熱的規(guī)模會(huì)增加，使得電伴熱系統(tǒng)的投資成本會(huì)更加高昂，因此，寒冷地區(qū)化工工程所應(yīng)用的伴熱系統(tǒng)大多為蒸汽伴熱系統(tǒng)[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)化工工程實(shí)際情況，合理選用蒸汽或電伴熱能夠提升化工生產(chǎn)水平。在化工生產(chǎn)中，通過對(duì)比分析兩種伴熱形式，可以增強(qiáng)加熱工藝應(yīng)用效果、科學(xué)規(guī)劃加熱系統(tǒng)、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用、降低投資成本，從而達(dá)到更好的化工工程管道防凍保溫效果，促進(jìn)化工工程建設(shè)水平的發(fā)展。