熱工儀表導管電伴熱系統(tǒng)的設計與應用

1、熱工儀表導管電伴熱系統(tǒng)的設計與應用作者：趙永剛1 朱宴南2摘要：本文在技術性能上介紹了電伴熱技術在電廠中的優(yōu)勢，根據(jù)火電廠熱工儀表導管保溫特點，分析了熱工儀表導管電伴熱設計過程與應用情況。電伴熱系統(tǒng)在火電廠的熱工儀表導管保溫應用中技術可靠、投資合理、運行穩(wěn)定。一、概述 伴熱作為一種有效的儀表取樣管路保溫及防凍方案在電廠中一直被廣泛應用。其工作原理是通過伴熱介質(zhì)散發(fā)一定的熱量，利用直接或間接的熱交換補充被伴熱管的熱損失，以達到升溫、保溫和防凍的正常工作要求。在絕大多數(shù)電廠中，蒸汽伴熱、防凍液及電伴熱始終是主要的保溫防凍方式。蒸汽伴熱的工作原理是通過蒸汽伴熱管道散熱以補充被保溫管道的熱損失，但是其

2、熱能是不穩(wěn)定的，屬于不調(diào)節(jié)伴熱方式，溫度波動較大，整個管路伴熱不均勻，可能造成被測介質(zhì)汽化的可能，而且耗能較大。防凍液的工作原理是利用防凍液（一般為乙二醇型）冰點較低的物理性質(zhì)，防止導壓管路因低溫凝固。電廠中需要伴熱的儀表取樣管路比較復雜，敷設伴熱管道十分不便。另外，在冬季運行時，蒸汽伴熱管道及防凍液經(jīng)常會出現(xiàn)“泡、冒、滴、漏”現(xiàn)象，每年冬季電廠維修部門都不得不在管線保溫上花費大量的人力和物力來確保電廠的冬季運行安全。故火電廠熱工儀表導管采用電伴熱作為首選的保溫防凍方式。二、電伴熱原理 電伴熱原理是在絕熱層和被伴熱管道之間安裝發(fā)熱元件，在發(fā)出電熱補充管路輸儲過程中散失的熱量，以維持被伴熱介質(zhì)在

3、一定的溫度范圍內(nèi)。 自控溫電伴熱方案主要通過自控溫電拌熱線完成。自控溫電伴熱線由導電塑料和兩根平行母線加絕緣層、金屬屏蔽網(wǎng)、防腐外套構成，其中由塑料加導電碳粒經(jīng)特殊加工而成的導電塑料是發(fā)熱主要部件。當伴熱線周圍溫度較低時，導電塑料產(chǎn)生微分子收縮，碳粒連接形成電路使電流通過，伴熱線開始發(fā)熱；而溫度較高時，導電塑料產(chǎn)生微分子膨脹，碳粒逐漸分開，導致電路中斷，電阻上升，伴熱線自動減少功率輸出，發(fā)熱量降低。當周圍溫度變冷時，塑料又恢復到微分子收縮狀態(tài)，碳粒相應連接起來形成電路，伴熱線發(fā)熱功率又自動上升。由于整個溫度控制過程是由材料本身自動調(diào)節(jié)完成的，其控制溫度不會過高也不會過低。 高溫流體管道的伴熱采

4、用Mineral Insulation（MI）伴熱電纜。MI伴熱電纜屬于恒功率電熱帶，俗稱礦物絕緣電纜，使用合金保護層，中間是緊密氧化鎂絕緣層，內(nèi)層是固體合金或銅導線，這種高含量的鎳/鉻合金非常適合高溫條件，最高耐溫達593，其單位長度的發(fā)熱量恒定，且不因外界環(huán)境、保溫材料的變化而變化，通常只因溫度傳感器放置位置不同而變化。恒功率電熱帶的通斷由溫控器控制，能較準確地控制介質(zhì)溫度。但由于溫控器檢測的是某點的溫度，不能準確反映整條被伴熱管線的溫度情況，因而具有一定的局限性。 三、電伴熱設計規(guī)范 作為防爆電氣和電阻加熱設備，涉及電伴熱應用方面的標準規(guī)范包括：危險環(huán)境用防爆電氣設備標準（GB3836.

5、1-2000）；爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范（GB50058-92）；火力發(fā)電廠熱工自動化就地設備安裝、管路及電纜設計技術規(guī)定（DL/T 5182-2004）。四、電伴熱系統(tǒng)的設計4.1 與熱力計算有關的幾個因素4.1.1保溫層厚度 不同的保溫材料在不同條件下的保溫層厚度變化范圍很大。我國儀表保溫層厚度一般為1030mm。儀表管線標注為“30/25”表示內(nèi)保溫厚度為30mm、外保溫厚度為25mm；儀表管線標注為“25”表示外保溫厚度為25mm（無需內(nèi)保溫）。具體計算管線散熱量時，保溫層厚度通常取25mm。4.1.2 管線內(nèi)介質(zhì)溫度 根據(jù)電廠工藝流程的特點，儀表管道內(nèi)介質(zhì)可按高、中、低溫3

6、種情況考慮。高溫介質(zhì)主要包括過熱蒸汽、再熱蒸汽、省煤器進口給水及過熱器減溫水等；中溫介質(zhì)主要包括凝結水、除氧水等；低溫介質(zhì)為常溫水。根據(jù)不同儀表管內(nèi)的流體溫度范圍采用不同的伴熱帶產(chǎn)品，即能滿足保溫要求，又可降低工程造價。所以，高溫介質(zhì)（溫度200）的測量管道采用MI電伴熱帶；中溫（65200）和低溫（最高承受溫度為65）的測量管道采用自控溫電伴熱帶。4.1.2 保溫材料的導熱系數(shù) 對儀表保溫來說，當保溫層厚度一定時，為了提高保溫效果，應選用導熱系數(shù)小的保溫材料。設計一般選用硅酸鋁保溫材料，保溫系數(shù)為0.044W/m.。4.2 計算選型示例 一根15m長的蒸汽壓力測量管道，外徑d為14mm，管線

7、內(nèi)介質(zhì)溫度(t1)為90，最低環(huán)境溫度(t2)為-25，保溫材料選用硅酸鋁保溫材料，保溫系數(shù)為0.044W/m.，保溫厚度為25mm，管道散熱量計算如下：| 電熱帶的敷設方式可采用平行法或卷繞法。如計算出的單位長度熱損失小于電熱帶單位長度的額定發(fā)熱值，一般采用平行法，即用鋁膠帶將電熱帶直接粘貼在管道上，并每隔0.5m用耐熱膠帶沿徑向?qū)㈦姛釒О纯伞Ｈ缬嬎愠龅膯挝婚L度熱損失大于電熱帶單位長度的額定發(fā)熱值，一般采用卷繞法。卷繞法電熱帶長度的確定是先計算出纏繞螺距S，然后根據(jù)纏繞螺距的大小計算出電熱帶的長度L。 以選用CWH2 -20W電熱帶、Q為示例中所算出的21W/m為例，計算出得S=137.

8、38mm，則L=17.3m。 施工現(xiàn)場用卷繞法敷設時，電伴熱帶長度通常是估算，即通常取被保溫管線長度的1.52倍。若選取1.5倍系數(shù)，上例中15m長的被保溫管線電伴熱帶的長度就需要22.5m，比計算所需的電伴熱帶長度多5.2m，造成了材料的浪費。施工中，儀表保護箱取樣管出口上方設伴熱電源接線盒安裝導管，并設電源電纜密閉式線槽用以安裝至電源接線盒的電纜。4.3 電伴熱的供電系統(tǒng) 電伴熱帶需要220VAC供電。通常設計中，電伴熱電源柜電源來自電氣專業(yè)2路380VAC，分別是鍋爐運轉(zhuǎn)層MCC A段、鍋爐運轉(zhuǎn)層MCC B段。然后通過總電源開關（ATS 電源自動切換裝置）、盤內(nèi)小母線、熔斷器分配給若干儀表保護箱供電回路。在上例選型示例中，按長度15m保溫管線、管線內(nèi)介質(zhì)溫度(t1)為90、米功率為20W/m的電熱帶；保護箱內(nèi)配