论文部分内容阅读
【摘 要】电伴热系统是利用伴热电缆输出的热量来补偿管道、容器、罐体等储运系统所耗散的热量，以维持系统操作介质始终处在工艺要求的适宜温区，广泛在我国北方区域室外空调水管道系统中使用，在可靠性要求高或者低温环境中也有经常使用。实际使用中，由于选型设计失误导致达不到最终的热补偿效果的比比皆是，本文主要从设计角度分析电伴热系统的选型效果。
【关键词】散热量;电伴热带;安全系数
1.确定计算条件和边界
1.1设计原理
电伴热防冻系统总体设计旨在从功能性、可实现性、经济性的角度出发，满足管道流体（如：水）系统防冻（降粘及防堵）要求。利用电热来补充输水或贮水过程中所散失的热量，以维持水温在一定的范围内，达到保温和防冻的目的，是最常见的热补偿方式。
1.2.确定最低气象温度标准和防冻标准：
首先需要查询所在区域气象参数（如北京地区极端平均最低温度TA=-17.1℃，维持设备的水不结冰状态，采用管道水系统维持在5℃的标准），以计算管道最大的散热功率。
1.3.确定工艺参数
（1）管道要求的维持温度TM（℃）;
（2）当地最低环境温度TA（℃）;
（3）管道的外徑D（mm）;
（5）管道的保温材料品种及厚度（mm）;
（6）管道是在室内或室外，或者其他特殊工作区域。
2.系统设计
热工设计首先要确定工艺装置的热损失即散热量，然后根据散热量确定所需伴热电缆的功率和长度。
2.1 散热量计算
散热量计算有两种方法：一查表法;二是按公式直接计算法。
3.相关电气设计
设计电伴热配电系统时，电伴热带应与过载、短路、漏电保护和温度保护装置配合，并应符合我国有关电气规范要求。
3.1单一电源电电伴热带长度的定义：
变功率单一电源电伴热带最大使用长度与过流保护开关的容量关系可查相关产品选型说明，当实际过流保护开关容量介于两档之间，应选用容量大的一档。
3.2电路对地漏电保护
每条电伴热带线路应采用30MA对地漏电开关做电气保护。特别是防爆区、危险区或腐蚀区，和管道需要经常维修和电伴热带易受到机械损坏的区域。
4.电伴热带选型
选择电伴热带产品时，应综合考虑各种因素，如适用性、经济性、供电条件等，具体方法如下：
4.1 根据管道可能经受的最高温度来选择相应最高暴露温度的电伴热带，确定管道是否会出现偶发性温升（如蒸汽、热水、热油清扫管道）及最高温度，所选电伴热带的最高暴露温度应不低于偶发性温升。如偶发性温升高于最高暴露温度，可在进行热工估算后，调整安装方法，即在电伴热带与管道之间加一层适当厚度的保温层，以缓解偶发温升对电伴热带的影响。
4.2根据功率—温度曲线选择电伴热带功率
选择电伴热带的输出功率，不是以标称功率为依据，而是以系统维持温度时电伴热带必须输出的功率为依据。
选择电伴热带的温度等级及伴热功率与系统所需的维持温度有直接关系，应选用最高表面温度高于系统维持温度（例如20℃）并能补偿体系热损失的电伴热带。
4.3单一电源最大电伴热带的确定
从同一个电源接线盒引出的所有各段伴热电缆的长度之和，称为单一电源最大伴热电缆长度。据此选择过流保护开关的容量。根据管道分布及支线长短选用电伴热带，低功率电伴热带单根使用长度较大，适合较长的支线使用，若一根的功率不够可用多根。
4.4电伴热带结构的选择：根据安装环境和条件进行结构选择
（1）在塑料或表面涂有油漆，而不能可靠接地的管道上选用屏蔽型产品。
（2）在易燃易爆地区，或介质是易燃易爆介质，应选用屏蔽型防爆电伴热产品。
（3）管道内介质如有腐蚀性，或电缆有可能接触腐蚀屏蔽层的化学品，则应采用防护型产品。
4.5 其他事项
（1）电伴热带的电源接线截面要大于伴热电缆导体截面。
（2）熔断器、空气开关要选择适中，要考虑大于全线起动电流。
（3）易燃易爆地区必须采用专用的电源接线盒，中间接线盒和终端等专用附件。
（4）根据电源容量、电压，确定采用单相供电或三相供电及电压等级。
（5）根据环境是否便于电缆安装，确定电伴热带，采用直线敷设还是螺旋敷设。
5.结论
5.1电伴热带选型关键在于热损失功率的计算，作为产品选型的依据，以往经验式估算经常性与现实情况相差较大大，导致电伴热带选型要么达不到热补偿的要求，出现功能性事故。要么超过实际补偿量导致能耗增加。所以必须严格按照程序进行各个部分的热损失计算。
5.2经过模拟计算及实践总结，在一些管道管径较大，附件较多的站房系统，屋面冷却系统中，附件的散热量能高达40%，因此附件的散热量必须进行充分考虑，严格计算。
5.3在产品选型时，必须灌注管道内介质的特点，流体介质偶发性温升是必须考虑的因素（如蒸汽等），这也是在日常设计中经常忽略的一点。此外，产品选型必须考虑环境的适宜性（如防爆环境等）。
参考文献：
（1）《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-2013.第5.4.3节
（2）国家建筑标准设计图集《管道和设备保温、防结露及电伴热》03S401.第91—104页第107—109页
（3）皖缆集团.《皖缆伴热工程应用设计与安装技术》.2014年4月16日.第2.1，2.4节
作者简介：
丁兆丰 男 1984年4月 汉族 甘肃临洮 中国电子系统工程第二建设有限公司 214028 中级工程师 本科 数据中心
（作者单位：中国电子系统工程第二建设有限公司）
【关键词】散热量;电伴热带;安全系数
1.确定计算条件和边界
1.1设计原理
电伴热防冻系统总体设计旨在从功能性、可实现性、经济性的角度出发，满足管道流体（如：水）系统防冻（降粘及防堵）要求。利用电热来补充输水或贮水过程中所散失的热量，以维持水温在一定的范围内，达到保温和防冻的目的，是最常见的热补偿方式。
1.2.确定最低气象温度标准和防冻标准：
首先需要查询所在区域气象参数（如北京地区极端平均最低温度TA=-17.1℃，维持设备的水不结冰状态，采用管道水系统维持在5℃的标准），以计算管道最大的散热功率。
1.3.确定工艺参数
（1）管道要求的维持温度TM（℃）;
（2）当地最低环境温度TA（℃）;
（3）管道的外徑D（mm）;
（5）管道的保温材料品种及厚度（mm）;
（6）管道是在室内或室外，或者其他特殊工作区域。
2.系统设计
热工设计首先要确定工艺装置的热损失即散热量，然后根据散热量确定所需伴热电缆的功率和长度。
2.1 散热量计算
散热量计算有两种方法：一查表法;二是按公式直接计算法。
3.相关电气设计
设计电伴热配电系统时，电伴热带应与过载、短路、漏电保护和温度保护装置配合，并应符合我国有关电气规范要求。
3.1单一电源电电伴热带长度的定义：
变功率单一电源电伴热带最大使用长度与过流保护开关的容量关系可查相关产品选型说明，当实际过流保护开关容量介于两档之间，应选用容量大的一档。
3.2电路对地漏电保护
每条电伴热带线路应采用30MA对地漏电开关做电气保护。特别是防爆区、危险区或腐蚀区，和管道需要经常维修和电伴热带易受到机械损坏的区域。
4.电伴热带选型
选择电伴热带产品时，应综合考虑各种因素，如适用性、经济性、供电条件等，具体方法如下：
4.1 根据管道可能经受的最高温度来选择相应最高暴露温度的电伴热带，确定管道是否会出现偶发性温升（如蒸汽、热水、热油清扫管道）及最高温度，所选电伴热带的最高暴露温度应不低于偶发性温升。如偶发性温升高于最高暴露温度，可在进行热工估算后，调整安装方法，即在电伴热带与管道之间加一层适当厚度的保温层，以缓解偶发温升对电伴热带的影响。
4.2根据功率—温度曲线选择电伴热带功率
选择电伴热带的输出功率，不是以标称功率为依据，而是以系统维持温度时电伴热带必须输出的功率为依据。
选择电伴热带的温度等级及伴热功率与系统所需的维持温度有直接关系，应选用最高表面温度高于系统维持温度（例如20℃）并能补偿体系热损失的电伴热带。
4.3单一电源最大电伴热带的确定
从同一个电源接线盒引出的所有各段伴热电缆的长度之和，称为单一电源最大伴热电缆长度。据此选择过流保护开关的容量。根据管道分布及支线长短选用电伴热带，低功率电伴热带单根使用长度较大，适合较长的支线使用，若一根的功率不够可用多根。
4.4电伴热带结构的选择：根据安装环境和条件进行结构选择
（1）在塑料或表面涂有油漆，而不能可靠接地的管道上选用屏蔽型产品。
（2）在易燃易爆地区，或介质是易燃易爆介质，应选用屏蔽型防爆电伴热产品。
（3）管道内介质如有腐蚀性，或电缆有可能接触腐蚀屏蔽层的化学品，则应采用防护型产品。
4.5 其他事项
（1）电伴热带的电源接线截面要大于伴热电缆导体截面。
（2）熔断器、空气开关要选择适中，要考虑大于全线起动电流。
（3）易燃易爆地区必须采用专用的电源接线盒，中间接线盒和终端等专用附件。
（4）根据电源容量、电压，确定采用单相供电或三相供电及电压等级。
（5）根据环境是否便于电缆安装，确定电伴热带，采用直线敷设还是螺旋敷设。
5.结论
5.1电伴热带选型关键在于热损失功率的计算，作为产品选型的依据，以往经验式估算经常性与现实情况相差较大大，导致电伴热带选型要么达不到热补偿的要求，出现功能性事故。要么超过实际补偿量导致能耗增加。所以必须严格按照程序进行各个部分的热损失计算。
5.2经过模拟计算及实践总结，在一些管道管径较大，附件较多的站房系统，屋面冷却系统中，附件的散热量能高达40%，因此附件的散热量必须进行充分考虑，严格计算。
5.3在产品选型时，必须灌注管道内介质的特点，流体介质偶发性温升是必须考虑的因素（如蒸汽等），这也是在日常设计中经常忽略的一点。此外，产品选型必须考虑环境的适宜性（如防爆环境等）。
参考文献：
（1）《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-2013.第5.4.3节
（2）国家建筑标准设计图集《管道和设备保温、防结露及电伴热》03S401.第91—104页第107—109页
（3）皖缆集团.《皖缆伴热工程应用设计与安装技术》.2014年4月16日.第2.1，2.4节
作者简介：
丁兆丰 男 1984年4月 汉族 甘肃临洮 中国电子系统工程第二建设有限公司 214028 中级工程师 本科 数据中心
（作者单位：中国电子系统工程第二建设有限公司）