電伴熱在液氨改尿素項目中的應(yīng)用

蘇 榮，吳衛(wèi)明，張興相

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 蒸汽伴熱和電伴熱的對比

1.1 蒸汽伴熱

供熱系統(tǒng)和蒸汽伴熱系統(tǒng)是互相獨立的兩個系統(tǒng)，供熱系統(tǒng)經(jīng)過伴熱管線向工藝管道輸送熱量。蒸汽在傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生一定的熱損失，而工藝管道與熱源點距離不同，得到的熱補償也不同，近點會出現(xiàn)過熱補償，而遠點則有可能出現(xiàn)補償不足［1］。由于管道需常年伴熱，能源消耗大，利用率低，因此伴熱管線存在“跑、冒、滴、漏”等現(xiàn)象，維護工作量大。

1.2 電伴熱

電伴熱系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)是互相結(jié)合為一個整體的。電伴熱系統(tǒng)沒有熱量傳輸問題，因此管道伴熱相對均勻，不會出現(xiàn)蒸汽伴熱遠近不均的問題。

2 電伴熱的種類及特點

2.1 自限溫伴熱帶

自限溫伴熱帶又稱自調(diào)控電伴熱線或溫控伴熱電纜，它是一種電熱功率隨系統(tǒng)溫度自調(diào)的帶狀限溫伴熱器。其發(fā)熱元件具有很高的正溫度系數(shù)（Postive Temperature Coefficent，PTC）。自限溫伴熱帶的特點：能夠自動限制加熱時的溫度，并隨被加熱體的溫度自動調(diào)節(jié)輸出功率；可以任意裁短或在一定長度范圍內(nèi)接長使用，并允許多次交叉重疊而無高溫過熱點及燒毀之慮［2］。這些特點使伴熱電纜具有可裁剪使用、防止過熱、使用維護簡便及節(jié)能等優(yōu)點。

工作原理：在每根伴熱帶內(nèi)，母線之間的電路數(shù)隨溫度的影響而變化。當伴熱線周圍的溫度變冷時，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生收縮而使碳粒連接形成電路，電流流經(jīng)這些電路，使伴熱帶發(fā)熱。當溫度升高時，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生膨脹，碳粒漸漸斷開，引起電路中斷，電阻增加，伴熱帶會自動減少功率輸出。當周圍的溫度變冷時，塑料又恢復(fù)到收縮狀態(tài)，碳粒相應(yīng)連接起來形成電路，伴熱帶發(fā)熱功率自動上升。

2.2 礦物絕緣加熱伴熱帶

礦物絕緣加熱伴熱帶（MI電纜）是以金屬作為外護套，由芯線、高溫礦物絕緣材料填充層等組成，其電阻體材料是耐熱合金；按外護套分類，主要分為不銹鋼護套礦物絕緣加熱電纜、銅護套礦物絕緣加熱電纜、銅鎳合金護套礦物絕緣加熱電纜。MI電纜具有耐高溫、防水、防爆、機械強度高、壽命長、安全可靠等特點。MI電纜的輸出功率是由串聯(lián)電阻、電源電壓和線路長度確定的。與其他恒功率電熱電纜一樣，MI電纜不受管道溫度和氣候條件的限制。缺點是MI電纜以金屬作為外護套，剪切及封口較復(fù)雜，給現(xiàn)場安裝帶來不便；護套內(nèi)填充的礦物質(zhì)粉末對彎曲半徑有較高要求，多次彎曲變形后將影響MI電纜的安全性和可靠性［3］。

3 電伴熱帶設(shè)計

3.1 管道熱損失計算

根據(jù)工藝管路參數(shù)要求整理伴熱管線表，包括管線數(shù)量、長度、管徑、保溫材料、保溫厚度、維持溫度、環(huán)境最低溫度。然后進行熱損失計算，采用DN65管道，極端最低環(huán)境溫度按照 -17.7 ℃，維持 55 ℃以上，50 mm 硅酸鋁毯保溫。

根據(jù)公式計算導(dǎo)熱系數(shù)K：

根據(jù)公式計算實際散熱量Q：

式中，K為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)［W/（m·K）］；?為熱導(dǎo)率［70 ℃，W/（m·k）］，查DL/T5072—2007 附錄A硅酸鋁毯?=0.056；Tm為介質(zhì)需要維持的溫度（℃）；Ta為最低環(huán)境溫度（℃）；D為管道外徑（mm）；＆為保溫層厚度（mm）；熱損失計算中伴熱余量按30%考慮，通過計算管徑DN65管道熱損失Q=37 W/m。

3.2 電伴熱系統(tǒng)設(shè)計步驟

電伴熱系統(tǒng)設(shè)計步驟：①根據(jù)工藝PID流程圖和管線二維圖紙中設(shè)計的伴熱帶提資圖進行深度設(shè)計，按安裝區(qū)域的位置、防爆等級、伴熱溫度要求、電伴熱帶的種類，根據(jù)管線名稱進行分類整理，設(shè)計電伴熱電纜的安裝敷設(shè)圖紙。②根據(jù)電伴熱電纜安裝敷設(shè)圖，統(tǒng)計電伴熱電纜、熱電阻、接線盒、抱箍等安裝材料數(shù)量，并匯總材料表。③根據(jù)電伴熱電纜安裝敷設(shè)圖中電源接線盒的位置，作為電伴熱電氣設(shè)備平面布置圖，還應(yīng)包括電伴熱配電柜、熱電阻等相關(guān)設(shè)備的布置。④按電伴熱的回路數(shù)量，統(tǒng)計電纜清冊、穿管清冊及橋架布置圖。⑤根據(jù)管線二維圖紙，確定管線的溫度采集點熱電阻的位置及數(shù)量，合理設(shè)置溫度采集箱，各溫度采集箱通過MODBUS TCP/IP協(xié)議與DCS系統(tǒng)通信，在操作員站實時顯示管線的伴熱溫度。⑥設(shè)計配電柜及溫度采集箱一、二次圖紙。

4 施工安裝說明

4.1 施工準備

施工準備工作：①施工前應(yīng)具備的條件包括設(shè)備、管道的安裝、焊接、試壓和防腐工序辦妥交接手續(xù)；施工機具、施工力量到位，能保證正常施工；施工現(xiàn)場、施工用料、用電、材料儲放場地等臨時設(shè)施能滿足施工需要。②熟悉電伴熱施工圖，確定施工方案。③熟悉電伴熱電纜的施工圖集：《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱》（16S401），對關(guān)鍵點進行詳細的施工交底。④對電伴熱電纜進行仔細檢查核對、試驗：所有電伴熱電纜均要進行電路連續(xù)性和絕緣性能的測試，不符合規(guī)定的不能使用。電氣設(shè)備和控制設(shè)備均須進行外觀檢查，有變形、裂紋、器件不全又無法修復(fù)的不能使用。安裝前，應(yīng)先按照電伴熱系統(tǒng)圖，逐一核對管道編號、管道規(guī)格、工藝條件、伴熱參數(shù)、規(guī)格型號、電氣設(shè)備和控制設(shè)備規(guī)格型號，確認無誤后才能安裝。有爆炸性氣體環(huán)境中應(yīng)使用防爆標志，檢查附件接線盒及終端是否有防爆標志。目測伴電熱電纜以確定是否破損，最后檢查其連續(xù)性和絕緣性，按《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 電阻式伴熱器 第1部分 通用和試驗要求》（GB19518.1—2004）中的規(guī)定測量絕緣電阻，在導(dǎo)體和屏蔽網(wǎng)之間加直流2 500 V電壓測量絕緣電阻，測量所得數(shù)值不低于50 MΩ。

4.2 電伴熱電纜安裝、運行、調(diào)試技術(shù)規(guī)范

電伴熱電纜安裝、運行、調(diào)試技術(shù)規(guī)范：①使用時都必須避開易燃易爆介質(zhì)可能積聚的死角、暗角等超過二區(qū)的部位，自限溫伴熱電纜使用的區(qū)域溫度不能超過100 ℃。②電伴熱電纜產(chǎn)品的安裝必須在該管路和周圍緊鄰管路全部安裝結(jié)束，并經(jīng)水壓試驗（或氣密試驗）合格后，管壁防銹干燥后開始。在需安裝蒸汽掃線的管線，一般應(yīng)在掃線結(jié)束后開始安裝電伴熱電纜產(chǎn)品。電伴熱電纜安裝后，嚴禁在裝有電伴熱電纜的管道及其上方和鄰近的管道進行電焊、氣焊作業(yè)，以防焊渣濺落到電伴熱電纜上而損壞電伴熱電纜。安裝保溫層、防水層必須在電伴熱系統(tǒng)全部安裝、調(diào)試合格，試送電正常后進行。③敷設(shè)電伴熱電纜的管道表面應(yīng)裸露、無油污、雜物。如果管道有油污或雜物，應(yīng)使用汽油等溶劑處理干凈；同時敷設(shè)的管線表面不得有銳利的棱邊、銳角［4］。如有棱邊、銳角，先打磨光滑。舊管線改造時，應(yīng)先拆除干凈原有保溫材料，并進行除銹，刷防腐漆，管道表面應(yīng)無油污、雜物，防腐于干燥后進行。④施放電伴熱電纜應(yīng)將線盤放在線架上，手提電伴熱帶行走，放線時嚴禁在地面上長距離拖拉、打折，以免磨損電熱帶而絕緣，影響其性能。⑤不得與高溫物體接觸，嚴禁高溫焊渣濺落到電熱帶表面，造成燙傷。被伴熱管線和設(shè)備工藝操作中需要采用高壓蒸汽沖掃，建議在電伴熱電纜安裝前進行沖管和清掃，再敷設(shè)電伴熱電纜，以免高溫損傷電伴熱電纜。⑥嚴禁外力撞擊及鋒利物體損傷電伴熱電纜。⑦電伴熱電纜彎曲半徑不可小于規(guī)定值（一般取其厚度的5倍）。自限溫伴熱電纜的自限溫特性決定了它可以重疊交叉安裝，恒功率伴熱電纜不可交叉重疊安裝。⑧為了防止帶體漏電和短路，電伴熱電纜與被伴熱管的固定采用耐熱壓敏膠帶（寬度20 mm）綁扎或粘貼固定，嚴禁用鐵絲和塑料電線綁扎。⑨為強化電伴熱電纜和消除靜電，在電伴熱電纜與管線（或設(shè)備）綁扎固定后，再增加鋁箔膠帶（寬50 mm），施工時邊敷設(shè)電伴熱電纜邊覆蓋鋁膠帶，并用力壓平，使電伴熱電纜緊貼在管道上。在每隔 30～40 mm用壓敏膠帶將電伴熱電纜沿徑向固定 3～4 圈，使電伴熱電纜與被伴熱管道（或設(shè)備）緊貼，提高導(dǎo)熱效率。⑩電伴熱電纜與附件相連接，為便于檢修，應(yīng)留有一定的富余量，一般留 20 cm 左右。電伴熱電纜在管線上安裝盡可能平行敷設(shè)為好。平行敷設(shè)在管道下方與中心線呈 45°處，以利于熱傳導(dǎo)和管道的溫度均勻。與管線伴熱的電伴熱電纜根數(shù)由熱工計算決定?？梢詥巍㈦p、多根。多根時，電伴熱電纜的間距不小于 2 倍帶寬。在功率足夠的情況下，亦可單管螺旋布線。安裝電伴熱電纜要充分考慮管道附件或設(shè)備拆卸的可能性，如閥門、法蘭、泵等場所要考慮其纏繞方法，以方便檢修而不損壞電伴熱電纜。法蘭處易產(chǎn)生泄漏，纏繞電伴熱電纜時，應(yīng)避開其正下方。電伴熱電纜與附件配套使用時，接線應(yīng)符合《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》（GB 3836.3—2000）中的要求，并且在離電源接線盒75 mm處用膠帶把銘牌固定在電伴熱電纜上，電伴熱電纜必須配用與環(huán)境相適應(yīng)的防爆附件。接線時，必須保證電伴熱電纜與各防爆電器附件正確可靠地連接，嚴禁短路，并有足夠的電氣間隙。嚴禁其與編織層或線芯觸碰，以防漏電或短路，發(fā)生意外。電源線應(yīng)采用三芯電纜，其中一芯作為接地與伴熱帶屏蔽層同時接在接地端子，內(nèi)外接地栓必須牢固可靠。各附件的密封圈件尺寸必須與所配電熱帶型號相符，膠圈、墊圈、緊固件等齊全，各緊固件應(yīng)緊固到位，方位正確、緊固，以防松動或盒內(nèi)進水，保證正常的防護與防爆性能。全部接線完成后，必須對系統(tǒng)進行絕緣和性能檢測，先用500 V或1 000 V的兆歐表檢查系統(tǒng)的絕緣電阻（絕緣電阻值應(yīng)大于20 MΩ），在天氣陰潮濕度大的情況下，可放寬到＞2 MΩ。當絕緣電阻值＜2 MΩ時要查明原因，方允許送電投運。并對每個回路的電壓、電流、電阻進行測量，檢查系統(tǒng)的直流電阻是否正常，其阻值大小是否與所測系統(tǒng)的總功率相對應(yīng)，上下工序要求有詳細的交接記錄，以便事故分析時查考。以上安裝檢測合格后即可進行試運行，逐段檢查發(fā)熱情況及電氣參數(shù)是否正常，如果通電4 h后未發(fā)現(xiàn)異常情況可進行管線保溫。在安裝保溫材料時嚴禁損傷電伴熱電纜，安裝防水層（如鐵皮、不銹鋼板）時，嚴禁鉆孔時損傷電伴熱電纜。所有保溫、防腐防水工作完畢后，再重復(fù)檢查電伴熱電纜的各項電器性能，如完好則可通電，運行8 h后查看各項電器指標是否正常，待一切運行正常則整個電伴熱工程結(jié)束施工，交與業(yè)主使用。電伴熱系統(tǒng)施工完畢，應(yīng)在管道防水層外粘貼“電伴熱警示”標記，以提醒人們注意安全。

4.3 電伴熱系統(tǒng)安裝

電伴熱系統(tǒng)安裝如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 自限溫伴熱電纜管道系統(tǒng)安裝示意圖

圖2 電伴熱電纜纏繞壓力表、水位器安裝示意圖

圖3 電伴熱電纜纏繞敷設(shè)方法安裝示意圖

5 結(jié)束語

按本文的方法進行了多套液氨改尿素項目電伴熱系統(tǒng)的設(shè)計選型，實際應(yīng)用表明，電伴熱系統(tǒng)設(shè)計合理，選型正確，符合各項目控制要求，在伴熱帶總長度核算準確的前提下，充分發(fā)揮了其節(jié)能高效的優(yōu)點，滿足工藝要求，提高了項目的安全性與生產(chǎn)效率。