電伴熱應用培訓教材
一,前言
(一)為什麼要伴熱
在工業生產過程中為了保證生產的正常執行和節約能源，大多數的裝置和管道都要採取隔熱（保溫）措施。但是，在工藝介質的儲存和傳輸過程中散熱損失還是不可避免的。散熱就意味著裝置和管道中介質溫度的降低。
介質溫度的降低將會帶來好多的問題。例如，裝置和管道中水的溫度的降低會造成凍結；食用油管道中食用油溫度的降低會造成黏度增加，阻力增大，流動困難。三聚氰氨如果溫度降低將會析出結晶造成裝置和管道的報廢。
瀝青如果溫度降低將會凝固造成灌腸。這些問題的產生都將使得生產無法正常執行。
為了保證生產的正常執行和節約能源，在生產、儲存和運輸的過程中就必須從裝置和管道的外部或內部給介質補充熱量。這就是伴熱的目的。
伴熱和加熱不同，伴熱只是補充介質熱量的損失，維持一定的溫度，避免介質溫度的降低帶來的問題，一般維持溫度都低於操作溫度。加熱則要求給介質提供大量的熱量，使得介質溫度高於原來的溫度（如管道介質的進口溫度）。因此加熱比較伴熱需要消耗更多的能量。
(二)傳統的辦法和缺點
傳統的辦法是以蒸汽、熱水或導熱油為熱媒，用內外伴管、夾套管或內外盤管的方式向裝置和管道提供所需的熱量。導熱油需要建造專門的系統，還要定期更換導熱油，費用太高。
工廠廠區內，蒸汽**方便，而且蒸汽潛熱大，所以大多數選擇蒸汽為熱媒。
但是，蒸汽的供汽、疏水、凝液**系統複雜，安裝的工程量大。蒸汽的溫度很難控制難以滿足不同介質對維持溫度的不同需要。蒸汽系統的熱效率低，能耗比較大，能量利用不合理。
蒸汽系統的閥門和疏水器等容易洩露會造成能量的大量浪費同時還會影響環境。蒸汽系統的裝置和管道還容易腐蝕，維修的費用也很高。另外蒸汽系統的執行成本也比較高。
(三)電伴熱的產生和優勢
正是因為上述的原因，五、六十年代，國外著手研究用電能轉換熱能的新產品。各種電伴熱產品逐漸出現。我國八十年代後期在石油化工企業開始大量採用電伴熱產品。
近二十年來電伴熱在我國的工業中的應用越來越廣泛，國內外的各種電伴熱產品也競相在市場上出現。
電伴熱產品之所以受到歡迎，是因為它比較別的伴熱方式有以下優點：
1、 電伴熱產品體積小、柔性好、系統結構簡單、設計和施工方便、維護量小；
2、 使用壽命長，可達15-25年；
3、 維持溫度的範圍廣泛，最高可達450℃以上；
4、 熱效率高，節約能源；
5、 維持溫度可以有效的控制，控制精度比較高；
6、 在沒有蒸汽**的裝置電伴熱是唯一的選擇；
7、 電伴熱產品比蒸汽系統的裝置更耐腐蝕；
(四)電伴熱產品的種類
在市場上最初出現的電伴熱產品是利用電流流過電阻體（電阻絲或管道自身的電阻）發熱的原理來開發的。這類產品當電流、電壓、電阻確定以後，單位長度的電伴熱輸出功率就是恆定的，所以稱恆功率型。
隨著材料科學的發展，人們開發出一種新的電伴熱產品，這種電伴熱產品具備自調溫（ptc）的特性。它採用兩根平行的導線作供電的母線，採用經過處理的高分子聚合物半導體塑料作為併聯在母線之間的電阻體。這種具備ptc特性的電阻體當它感受的溫度公升高時，電阻值增大，通過電阻體的電流減小，輸出功率減小；反之當它感受的溫度降低時，電阻值減小，通過電阻體的電流增大，輸出功率增大。
這種正的ptc溫度特性正好符合工業生產對伴熱的要求，即能補充熱量又可以節約能源。而且這種電伴熱產品還有一種優點，它可以自由裁剪，施工時根據現場的需要用多少裁剪多少，無需改變供電電壓，單位長度的電伴熱輸出功率一致，非常方便。所以得到廣泛應用。
但是，由於聚合物塑料的耐熱性能受到限制，在溫度特別高的環境就不能使用。為了彌補這一空白，在串聯恆功率電熱帶的基礎上又開發出礦物絕緣的mi電熱電纜。它採用銅線作發熱體，用不鏽鋼或高鎳鉻的825合金作外套，用氧化鎂作絕緣。
這種電熱電纜，功率密度可達260w/m，耐熱溫度可達690℃，維持溫度可達450℃。使電伴熱產品的應用範圍得到擴充套件。
為了滿足容器類裝置對伴熱的要求，製造商又開發出一種採用模壓高溫合金發熱元件，併聯電路結構的擾性電熱板，柔性好，它可以大面積的鋪設在容器的表面，採用溫控器控制溫度，非常適合容器類裝置使用。
還有一種電伴熱產品——集膚效應電熱帶，它最大的特點就是非常適合長輸管線的伴熱的要求。不需要大量採用配電設施，使用乙個電源點可給10餘公里的管道進行伴熱，是長輸管線伴熱最經濟的方案。其維持溫度可達200℃，暴露溫度可達260℃，功率密度可達165w/m。
而且它的熱效率比較高。這種電伴熱產品的特點還不太為大家所認識，但它的發展前景是比較大的。
二,如何計算熱損失
儘管電伴熱產品被廣泛採用,但是在使用中存在著大量的問題。大多數的使用者對電伴熱產品的效能和引數並不理解,更沒有通過計算來確定實際需要補充的熱損失,從而正確的選用電伴熱產品。而是當裝置和管道中介質溫度的降低出現問題時，利用現有的電伴熱產品或從能夠了解到的資訊採購電伴熱產品。
在安裝方法上一般都是採用纏繞的方式，不可避免的造成電伴熱帶的交叉和重疊。這樣就帶來很多的問題。首先，如果電伴熱產品的功率不足以補充裝置和管道中介質的熱損失就不能滿足伴熱的要求；如果電伴熱產品的最大耐用溫度低於裝置和管道中介質的溫度，或者裝置和管道需要使用蒸汽進行吹掃，電伴熱產品的最大耐用溫度不能承受蒸汽的溫度都可能造成電伴熱產品的損壞；恆功率型電伴熱帶的交叉和重疊也可能造成電伴熱產品的損壞等等；即使上述的問題都不存在，但是電伴熱產品的功率的選用是否合理也是問題，電伴熱產品的功率過大會造成能源的浪費。
因此，如何通過計算熱損失來正確選擇電伴熱產品就是十分必要的。
前面我們已經講過，伴熱的目的就是補充介質熱量的損失，維持一定的溫度，避免介質溫度的降低帶來的問題。因此我們需要計算的是裝置和管道中介質的維持溫度下降到環境溫度時的熱量的損失，然後選用合適的電伴熱產品補充這一部分熱量損失就可以達到伴熱的目的。
（一） 影響熱損失的引數
1， 介質的種類
介質的種類不同，它們的比熱不同，熱值的含量也不同。
2， 介質的初始溫度
介質的初始溫度不同，需要維持一定的溫度時所要補充的熱量也不一樣。
初始溫度一般是工藝介質進入工藝管道或儲罐時的溫度，有時是指工藝的操作溫度。
3， 維持溫度
這是計算熱損失很主要的乙個的引數，一定要合理的確定。維持溫度選擇過低，不能滿足工藝的要求，達不到伴熱的目的；維持溫度選擇過高又會造成能源的浪費和增加成本。一般使用者都會把維持溫度提得比較高，一定要說服使用者合理的確定。
4， 裝置和管道的尺寸
如管道的口徑，裝置的直徑等，裝置和管道的尺寸越大熱量損失越大
5， 保溫材料和厚度
有的人認為，伴熱效果主要由伴熱產品來決定，是否保溫影響不大。實際上保溫對伴熱效果的影響是很大的，這個道理和人是否穿衣對保暖的影響是一樣的。不同的保溫材料的導熱係數不一樣，保溫的效果就不一樣。
保溫材料厚度對保溫的效果的影響也是很大的。有時不需要更換伴熱產品僅僅改變保溫材料的種類或厚度就可以滿足伴熱的要求。既可以節約能源又可以降低成本。
6， 環境溫度
環境溫度的變化對於介質熱量的損失的影響也是比較大的。環境溫度越低介質熱量的損失越大。但是為了保險起見，我們往往把估計太低最低的。
這樣計算的熱量的損失就會偏大，導致選用更大功率的伴熱產品。所以確定最低的環境溫度時也要合理。
另外風速對熱量的散失也有影響，風速越大熱量的散失也越大。
7， 最大耐用溫度（暴露溫度）
這是乙個容易忽視的問題。有時裝置和管道的操作（工藝）溫度並不高，但是在特殊的情況時可能引人更高溫度的介質。例如一條**管道，正常時**的溫度僅有幾十℃，但該管道需要用蒸汽進行吹掃，蒸汽的溫度可能達到200℃。
這就要求伴熱產品的最大耐用溫度（暴露溫度）要達到200℃，否則可能造成伴熱產品的損壞。這也是乙個不太好處理的問題，由於個別的情況的要求可能大大提高伴熱產品的等級，造成成本的大幅度上公升。所以如果能夠想法改變這種情況最好。
例如上述情況可以適當降低蒸汽的溫度，或者在安裝伴熱產品時採用雙層保溫材料的辦法隔開管道和伴熱帶。
8， 安全係數
在考慮熱損失的時候還要根據不同的情況增加一定的安全係數。
（二） 計算熱損失的方法
有實力的電伴熱生產工廠憑藉多年工作的經驗已經開發出計算介質熱量的損失和電伴熱帶選型的計算機軟體。生產車間的工藝人員只需提供需要伴熱的工藝管道、裝置的主要引數和環境條件，輸入計算機軟體即可計算出熱量的損失，並自動選擇適合的電伴熱帶型號和最佳的伴熱方案。
1、 計算熱損失
工藝條件：
⑴維持溫度(tm) ⑵最低環境溫度(ta) ⑶管徑 ⑷保溫材料 ⑸保溫層厚度 ⑹安全係數
q每公尺管道的熱損失(w/m)=q×△t×k
其中q:管道熱損失(每公尺管道1℃溫差時的熱損失,查表一).
△ t=tm-ta
k:各種保溫材料的導熱係數(查表二).
例tm=30℃ ta=-10℃ 管徑=100mm 保溫材料:玻璃纖維保溫材料厚度:25mm
△ t=tm-ta=30-(-10)=40 k=0.036(查表二) q=18.87(查表一)
q=18.87×40×0.036w/m=27。2w/m
上述的熱損失基於10%的設計的餘量,
根據上面的熱損失的計算，我們選用30w/m的電伴熱帶就可以滿足工藝的要求。
q儲罐的熱損失q=q×△t×k×s
s：儲罐的表面積m
管道熱損失q(每公尺管道1℃溫差時的熱損失) （表一）
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