电伴热在液氨改尿素项目中的应用

苏 荣，吴卫明，张兴相

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

1 蒸汽伴热和电伴热的对比

1.1 蒸汽伴热

供热系统和蒸汽伴热系统是互相独立的两个系统，供热系统经过伴热管线向工艺管道输送热量。蒸汽在传输的过程中会产生一定的热损失，而工艺管道与热源点距离不同，得到的热补偿也不同，近点会出现过热补偿，而远点则有可能出现补偿不足［1］。由于管道需常年伴热，能源消耗大，利用率低，因此伴热管线存在“跑、冒、滴、漏”等现象，维护工作量大。

1.2 电伴热

电伴热系统和供热系统是互相结合为一个整体的。电伴热系统没有热量传输问题，因此管道伴热相对均匀，不会出现蒸汽伴热远近不均的问题。

2 电伴热的种类及特点

2.1 自限温伴热带

自限温伴热带又称自调控电伴热线或温控伴热电缆，它是一种电热功率随系统温度自调的带状限温伴热器。其发热元件具有很高的正温度系数（Postive Temperature Coefficent，PTC）。自限温伴热带的特点：能够自动限制加热时的温度，并随被加热体的温度自动调节输出功率；可以任意裁短或在一定长度范围内接长使用，并允许多次交叉重叠而无高温过热点及烧毁之虑［2］。这些特点使伴热电缆具有可裁剪使用、防止过热、使用维护简便及节能等优点。

工作原理：在每根伴热带内，母线之间的电路数随温度的影响而变化。当伴热线周围的温度变冷时，导电塑料产生收缩而使碳粒连接形成电路，电流流经这些电路，使伴热带发热。当温度升高时，导电塑料产生膨胀，碳粒渐渐断开，引起电路中断，电阻增加，伴热带会自动减少功率输出。当周围的温度变冷时，塑料又恢复到收缩状态，碳粒相应连接起来形成电路，伴热带发热功率自动上升。

2.2 矿物绝缘加热伴热带

矿物绝缘加热伴热带（MI电缆）是以金属作为外护套，由芯线、高温矿物绝缘材料填充层等组成，其电阻体材料是耐热合金；按外护套分类，主要分为不锈钢护套矿物绝缘加热电缆、铜护套矿物绝缘加热电缆、铜镍合金护套矿物绝缘加热电缆。MI电缆具有耐高温、防水、防爆、机械强度高、寿命长、安全可靠等特点。MI电缆的输出功率是由串联电阻、电源电压和线路长度确定的。与其他恒功率电热电缆一样，MI电缆不受管道温度和气候条件的限制。缺点是MI电缆以金属作为外护套，剪切及封口较复杂，给现场安装带来不便；护套内填充的矿物质粉末对弯曲半径有较高要求，多次弯曲变形后将影响MI电缆的安全性和可靠性［3］。

3 电伴热带设计

3.1 管道热损失计算

根据工艺管路参数要求整理伴热管线表，包括管线数量、长度、管径、保温材料、保温厚度、维持温度、环境最低温度。然后进行热损失计算，采用DN65管道，极端最低环境温度按照 -17.7 ℃，维持 55 ℃以上，50 mm 硅酸铝毯保温。

根据公式计算导热系数K：

根据公式计算实际散热量Q：

式中，K为保温材料的导热系数［W/（m·K）］；∂为热导率［70 ℃，W/（m·k）］，查DL/T5072—2007 附录A硅酸铝毯∂=0.056；Tm为介质需要维持的温度（℃）；Ta为最低环境温度（℃）；D为管道外径（mm）；＆为保温层厚度（mm）；热损失计算中伴热余量按30%考虑，通过计算管径DN65管道热损失Q=37 W/m。

3.2 电伴热系统设计步骤

电伴热系统设计步骤：①根据工艺PID流程图和管线二维图纸中设计的伴热带提资图进行深度设计，按安装区域的位置、防爆等级、伴热温度要求、电伴热带的种类，根据管线名称进行分类整理，设计电伴热电缆的安装敷设图纸。②根据电伴热电缆安装敷设图，统计电伴热电缆、热电阻、接线盒、抱箍等安装材料数量，并汇总材料表。③根据电伴热电缆安装敷设图中电源接线盒的位置，作为电伴热电气设备平面布置图，还应包括电伴热配电柜、热电阻等相关设备的布置。④按电伴热的回路数量，统计电缆清册、穿管清册及桥架布置图。⑤根据管线二维图纸，确定管线的温度采集点热电阻的位置及数量，合理设置温度采集箱，各温度采集箱通过MODBUS TCP/IP协议与DCS系统通信，在操作员站实时显示管线的伴热温度。⑥设计配电柜及温度采集箱一、二次图纸。

4 施工安装说明

4.1 施工准备

施工准备工作：①施工前应具备的条件包括设备、管道的安装、焊接、试压和防腐工序办妥交接手续；施工机具、施工力量到位，能保证正常施工；施工现场、施工用料、用电、材料储放场地等临时设施能满足施工需要。②熟悉电伴热施工图，确定施工方案。③熟悉电伴热电缆的施工图集：《管道和设备保温、防结露及电伴热》（16S401），对关键点进行详细的施工交底。④对电伴热电缆进行仔细检查核对、试验：所有电伴热电缆均要进行电路连续性和绝缘性能的测试，不符合规定的不能使用。电气设备和控制设备均须进行外观检查，有变形、裂纹、器件不全又无法修复的不能使用。安装前，应先按照电伴热系统图，逐一核对管道编号、管道规格、工艺条件、伴热参数、规格型号、电气设备和控制设备规格型号，确认无误后才能安装。有爆炸性气体环境中应使用防爆标志，检查附件接线盒及终端是否有防爆标志。目测伴电热电缆以确定是否破损，最后检查其连续性和绝缘性，按《爆炸性气体环境用电气设备 电阻式伴热器 第1部分 通用和试验要求》（GB19518.1—2004）中的规定测量绝缘电阻，在导体和屏蔽网之间加直流2 500 V电压测量绝缘电阻，测量所得数值不低于50 MΩ。

4.2 电伴热电缆安装、运行、调试技术规范

电伴热电缆安装、运行、调试技术规范：①使用时都必须避开易燃易爆介质可能积聚的死角、暗角等超过二区的部位，自限温伴热电缆使用的区域温度不能超过100 ℃。②电伴热电缆产品的安装必须在该管路和周围紧邻管路全部安装结束，并经水压试验（或气密试验）合格后，管壁防锈干燥后开始。在需安装蒸汽扫线的管线，一般应在扫线结束后开始安装电伴热电缆产品。电伴热电缆安装后，严禁在装有电伴热电缆的管道及其上方和邻近的管道进行电焊、气焊作业，以防焊渣溅落到电伴热电缆上而损坏电伴热电缆。安装保温层、防水层必须在电伴热系统全部安装、调试合格，试送电正常后进行。③敷设电伴热电缆的管道表面应裸露、无油污、杂物。如果管道有油污或杂物，应使用汽油等溶剂处理干净；同时敷设的管线表面不得有锐利的棱边、锐角［4］。如有棱边、锐角，先打磨光滑。旧管线改造时，应先拆除干净原有保温材料，并进行除锈，刷防腐漆，管道表面应无油污、杂物，防腐于干燥后进行。④施放电伴热电缆应将线盘放在线架上，手提电伴热带行走，放线时严禁在地面上长距离拖拉、打折，以免磨损电热带而绝缘，影响其性能。⑤不得与高温物体接触，严禁高温焊渣溅落到电热带表面，造成烫伤。被伴热管线和设备工艺操作中需要采用高压蒸汽冲扫，建议在电伴热电缆安装前进行冲管和清扫，再敷设电伴热电缆，以免高温损伤电伴热电缆。⑥严禁外力撞击及锋利物体损伤电伴热电缆。⑦电伴热电缆弯曲半径不可小于规定值（一般取其厚度的5倍）。自限温伴热电缆的自限温特性决定了它可以重叠交叉安装，恒功率伴热电缆不可交叉重叠安装。⑧为了防止带体漏电和短路，电伴热电缆与被伴热管的固定采用耐热压敏胶带（宽度20 mm）绑扎或粘贴固定，严禁用铁丝和塑料电线绑扎。⑨为强化电伴热电缆和消除静电，在电伴热电缆与管线（或设备）绑扎固定后，再增加铝箔胶带（宽50 mm），施工时边敷设电伴热电缆边覆盖铝胶带，并用力压平，使电伴热电缆紧贴在管道上。在每隔 30～40 mm用压敏胶带将电伴热电缆沿径向固定 3～4 圈，使电伴热电缆与被伴热管道（或设备）紧贴，提高导热效率。⑩电伴热电缆与附件相连接，为便于检修，应留有一定的富余量，一般留 20 cm 左右。电伴热电缆在管线上安装尽可能平行敷设为好。平行敷设在管道下方与中心线呈 45°处，以利于热传导和管道的温度均匀。与管线伴热的电伴热电缆根数由热工计算决定。可以单、双、多根。多根时，电伴热电缆的间距不小于 2 倍带宽。在功率足够的情况下，亦可单管螺旋布线。安装电伴热电缆要充分考虑管道附件或设备拆卸的可能性，如阀门、法兰、泵等场所要考虑其缠绕方法，以方便检修而不损坏电伴热电缆。法兰处易产生泄漏，缠绕电伴热电缆时，应避开其正下方。电伴热电缆与附件配套使用时，接线应符合《爆炸性气体环境用电气设备》（GB 3836.3—2000）中的要求，并且在离电源接线盒75 mm处用胶带把铭牌固定在电伴热电缆上，电伴热电缆必须配用与环境相适应的防爆附件。接线时，必须保证电伴热电缆与各防爆电器附件正确可靠地连接，严禁短路，并有足够的电气间隙。严禁其与编织层或线芯触碰，以防漏电或短路，发生意外。电源线应采用三芯电缆，其中一芯作为接地与伴热带屏蔽层同时接在接地端子，内外接地栓必须牢固可靠。各附件的密封圈件尺寸必须与所配电热带型号相符，胶圈、垫圈、紧固件等齐全，各紧固件应紧固到位，方位正确、紧固，以防松动或盒内进水，保证正常的防护与防爆性能。全部接线完成后，必须对系统进行绝缘和性能检测，先用500 V或1 000 V的兆欧表检查系统的绝缘电阻（绝缘电阻值应大于20 MΩ），在天气阴潮湿度大的情况下，可放宽到＞2 MΩ。当绝缘电阻值＜2 MΩ时要查明原因，方允许送电投运。并对每个回路的电压、电流、电阻进行测量，检查系统的直流电阻是否正常，其阻值大小是否与所测系统的总功率相对应，上下工序要求有详细的交接记录，以便事故分析时查考。以上安装检测合格后即可进行试运行，逐段检查发热情况及电气参数是否正常，如果通电4 h后未发现异常情况可进行管线保温。在安装保温材料时严禁损伤电伴热电缆，安装防水层（如铁皮、不锈钢板）时，严禁钻孔时损伤电伴热电缆。所有保温、防腐防水工作完毕后，再重复检查电伴热电缆的各项电器性能，如完好则可通电，运行8 h后查看各项电器指标是否正常，待一切运行正常则整个电伴热工程结束施工，交与业主使用。电伴热系统施工完毕，应在管道防水层外粘贴“电伴热警示”标记，以提醒人们注意安全。

4.3 电伴热系统安装

电伴热系统安装如图1、图2、图3所示。

图1 自限温伴热电缆管道系统安装示意图

图2 电伴热电缆缠绕压力表、水位器安装示意图

图3 电伴热电缆缠绕敷设方法安装示意图

5 结束语

按本文的方法进行了多套液氨改尿素项目电伴热系统的设计选型，实际应用表明，电伴热系统设计合理，选型正确，符合各项目控制要求，在伴热带总长度核算准确的前提下，充分发挥了其节能高效的优点，满足工艺要求，提高了项目的安全性与生产效率。