● 1.電伴熱設計說(shuō)明
1.1 電伴熱適用范圍:適用于工業(yè)與民用建筑等行業(yè)眾多場(chǎng)合,金屬管道及設備工藝裝置的保溫和防凍。
1.2 由于電伴熱工程目前暫無(wú)國家(或行業(yè))規范(程)和產(chǎn)品標準可遵循,所以安裝和調試應在供貨方的指導下或嚴格遵循本手冊及有關(guān)國家標準、圖集和有關(guān)安全規范進(jìn)行。
1.3 電伴熱的設計和安裝要求:
由于電伴熱的電熱帶是安裝在絕熱層和管道(或設備)外壁之間,利用電熱來(lái)補充輸貯過(guò)程中所散失的熱量,以維持在一定的溫度范圍內,達到保溫和防凍的目的。所以電伴熱仍需有絕熱層、防潮層和保護層。絕熱層的材質(zhì)、厚度和結構的選擇應先按保溫和防結露要求的絕熱層厚度計算和選擇電熱帶功率,當功率過(guò)大時(shí),再增加絕熱層厚度。用于保溫為目的的絕熱設防潮層。只有在確保夏季管道、設備表面不結露的情況下才可不設防潮層。保護層的設置要求與非電伴熱保護層的設置要求相同。
1.4 電熱帶分自控溫和恒功率兩種。
(1)自控溫電熱帶是由導電聚合物和兩條平行金屬導線(xiàn)及絕緣層構成。其特點(diǎn)是導電聚合物具有很高的電阻正溫度系數特性,且相互并聯(lián);能隨被加熱體系的溫度變化自動(dòng)調節輸出功率,自動(dòng)限制加熱的溫度。可以任意截短或在一定范圍內接長(cháng)使用,并允許多次交叉重疊而無(wú)高溫度點(diǎn)及燒壞之慮。一般情況下,可不配溫度控制器,僅在溫度控制精度要求很高場(chǎng)合才配溫控器。溫控器的選擇和安裝要求與恒功率電熱帶相同。自控溫電熱帶分屏蔽型和加強型。
腐蝕區應采用加強型。在保溫層內金屬管道上放熱量曲線(xiàn)見(jiàn)電伴熱編制說(shuō)明(一);電熱帶規格及技術(shù)特性見(jiàn)科華產(chǎn)品樣本;電器保護開(kāi)關(guān)的選用見(jiàn)電伴熱編制說(shuō)明(二)。
(2)恒功率電熱帶是以金屬電阻絲或專(zhuān)用碳纖維束串聯(lián)或并聯(lián)與導電線(xiàn)芯及絕緣材料結合而制成,由于其輸出功率恒定,溫度積累必須采取通斷電控溫,因此使用時(shí)必須配置溫控器,不允許交叉、重疊及任意接長(cháng)、剪斷使用,否則會(huì )出現過(guò)熱、過(guò)載、燃燒等惡性事故,因此恒功率電熱帶常用于非重要(非防爆)場(chǎng)合,功率需要較大、溫度較高的加熱場(chǎng)合。
● 2.電伴熱設計
2.1散熱量計算
散熱量計算有兩種方法:一是查表法;二是按公式直接計算法。
(1)查表法
首先根據需要伴熱的維持溫度(To)和環(huán)境最低氣溫(Ta)計算溫差:
△t=To-Ta………………………(8-1)
根據△t查金屬管道散熱量(QB)表5 或設備散熱量(QP)表1 根據查得的QB或QP按下式計算出實(shí)際的散熱量(QTB或QTP) 管道QTB=f×QB……………………………(8-2)
平壁設備QTP=f×QP………………………(8-3)
式中:To需要電伴熱維持溫度(℃)即金屬管道或設備的表面溫度。
Ta極端平均最低環(huán)境氣溫(℃),查全國各地氣象參數表,室內有空調的按室內空調最低溫度計算。
QTB管道實(shí)際需要伴熱量(W/m)
QTP平壁設備實(shí)際需要伴熱量(W/m2)
f絕熱材料修正系數(查表3)
(2)直接計算法
管道Q1=1.3*2π×λ×(To-Ta)/In {D1/D2+2/aD2}
式中:To需要電伴熱維持溫度(℃)即金屬管道或設備的表面溫度。
Ta極端平均最低環(huán)境氣溫(℃),查全國各地氣象參數表,室內有空調的按室內空調最低溫度計算。
QTB管道實(shí)際需要伴熱量(W/m)
QTP平壁設備實(shí)際需要伴熱量(W/m2)
f絕熱材料修正系數(查表3)
2.2 確定電熱帶的功率及長(cháng)度
根據散熱量及維持溫度選擇相應系列的電熱帶,其最高維持溫度必須高于介質(zhì)維持溫度。單位長(cháng)度散熱量小于或等于電熱帶額定功率時(shí),電熱帶長(cháng)度等于管道長(cháng)度乘以1.1~1.2的未預見(jiàn)系數。單位長(cháng)度熱損失大于電熱帶額定功率時(shí)(即比值大于1時(shí)),用以下方法修正:
a、采用兩條或更多條的平行電熱帶敷設,電熱帶長(cháng)度為管道長(cháng)度×根數。
b、采用卷繞法敷設,根據散熱量與電熱帶功率的比值,查管道電熱帶纏繞安裝圖得到卷繞的螺距,并按此敷設。電熱帶長(cháng)度為管道長(cháng)度×比值。(安裝空間比較緊張的場(chǎng)合不宜采用此法)。
c、增加絕熱層材料的厚度或選用導熱系數較低的絕熱材料。
d、管道零配件所需的電熱帶長(cháng)度。
法蘭加上兩倍法蘭盤(pán)直徑的長(cháng)度;金屬管架加上管架與管道接觸長(cháng)度的2~3倍;預留電源接線(xiàn)長(cháng)約1米;中間接線(xiàn)盒和尾端各預留1米;每個(gè)閥門(mén)加上每米管道需要的電熱帶長(cháng)度×閥門(mén)系數(閥門(mén)系數見(jiàn)表2)。
計算出有關(guān)管道零配件所需電熱帶長(cháng)度之和,再加上被伴熱管道的電熱帶長(cháng)度,其總和即為整個(gè)系統所需電熱帶的總長(cháng)度。
2.3電熱帶選型
在選擇電熱帶產(chǎn)品時(shí),應綜合考慮各種因素,如適用性、經(jīng)濟性、供電條件等,具體方法如下:
a、根據管道維持溫度及偶然性的最高操作溫度選定電熱帶的耐溫等級和發(fā)熱溫度等級。
b、根據管道單位長(cháng)度的散熱量或設備單位面積上的散熱量來(lái)確定所需電熱帶的單位功率和長(cháng)度。
c、根據不同使用環(huán)境來(lái)確定所需電熱帶產(chǎn)品的結構型式,一般場(chǎng)合下選用屏蔽型,有腐蝕性物質(zhì)的場(chǎng)合選用加強型。
2.4相關(guān)的電氣設計
設計電熱帶配電系統時(shí),電熱帶應與過(guò)載、短路、漏電保護和溫度保護裝置配合,并應符合我國有關(guān)電氣規范要求。
(1)單一電源電熱帶長(cháng)度定義如下圖:
單一電源自控溫電熱帶最大使用長(cháng)度與過(guò)流保護開(kāi)關(guān)的容量關(guān)系可查電伴熱編制說(shuō)明(二)。當實(shí)際過(guò)流保護開(kāi)關(guān)容量介于兩檔之間時(shí),應選用容量大的一檔。
(2)電路設置安全保護
每條電熱帶線(xiàn)路應采用30mA對地漏電開(kāi)關(guān)做電氣保護。特別是在防爆區、危險區或腐蝕區,和管道需要經(jīng)常維修和電熱帶易受到機械損壞的區域。
(3)KHBRX配電箱是用于科華電熱帶工程的標準配電箱,采用掛式或箱體結構,電源電纜進(jìn)口在箱底部,防護等級IP54,內裝有主斷路器。分路漏電保護斷路器,也可根據特別需要,配報警裝置及溫控器。(詳情見(jiàn)相關(guān)的電氣配電箱樣本)
2.5產(chǎn)品選型注意事項:
(1)無(wú)論是否防爆場(chǎng)合,都應嚴格選用加強型產(chǎn)品或屏蔽型產(chǎn)品,應根據現場(chǎng)應用條件的寬嚴要求,可以選擇雙層不阻燃(-P/J)、雙層阻燃(-Pz/Jz)、雙層不燃(-Pf/Jf)產(chǎn)品或無(wú)防腐要求選擇屏蔽型(-P、-Pz、-Pf)產(chǎn)品。
(2)根據(低、中、高溫)產(chǎn)品最高維持溫度下降15℃±5℃后仍≥需要設計的維持溫度的電熱要求,以及被電熱介質(zhì)的允許最高維持溫度。確定產(chǎn)品溫度(高、中、低)等級的選型。
(3)根據使用條件及產(chǎn)品的起始電流值的大小,確定控制器件參數。
※起始電流的說(shuō)明:
特別指出的是起始電流的高低不是判定性能穩定的技術(shù)指標,因為它無(wú)法獨立進(jìn)行比較。起始值受影響的因素較多,故業(yè)內專(zhuān)家引進(jìn)了起始值和穩態(tài)值的“比值”才較為貼切的反映了產(chǎn)品的性能,但它是一項當產(chǎn)品大量采用時(shí)對控制線(xiàn)路及開(kāi)關(guān)容量的一項應用參數,而起始電流值與該產(chǎn)品穩態(tài)電流值的比值是一項影響輔助設施的經(jīng)濟指標。電熱帶這項指標尚無(wú)國際國內標準值。國內外各廠(chǎng)家確定產(chǎn)品起動(dòng)電流值為接通電源后某一時(shí)間值的電流值,時(shí)間越長(cháng),起動(dòng)電流越小,同時(shí)起動(dòng)電流又與該產(chǎn)品的發(fā)熱溫度、標稱(chēng)功率(w/m·10℃),和使用環(huán)境溫度高低、工作電壓有關(guān)。電熱帶發(fā)熱溫度低,標稱(chēng)功率小,使用溫度高、工作電壓低,起動(dòng)電流小。電熱帶發(fā)熱溫度高,標稱(chēng)功率大,使用溫度低、工作電壓高,起動(dòng)電流大;以上定性規律,國際上根本無(wú)法以產(chǎn)品起動(dòng)電流的大小來(lái)作為判別產(chǎn)品優(yōu)劣這一說(shuō)法,而是視其起動(dòng)電流值與穩態(tài)工作電流值的比值來(lái)合理選用控制器件的(開(kāi)關(guān)容量及熔斷器的容量大小)一項重要依據。一般以2-5倍為好,下限比值優(yōu)于上限比值。 (中溫屏蔽專(zhuān)利型)自控溫電熱帶比較合適 ,并從產(chǎn)品樣本查出10(4)根據產(chǎn)品的最低環(huán)境使用溫度,導電線(xiàn)芯截面大小、標稱(chēng)功率大小和最大使用長(cháng)度以及過(guò)載保護器的容量大小校核安全負載,確定產(chǎn)品的實(shí)際使用長(cháng)度,一般情況參閱編制說(shuō)明(二)中表4,但該表4同一型號產(chǎn)品的導線(xiàn)截面可能是不一樣的,因此在該表允許最大使用長(cháng)度的情況下,同時(shí)也應滿(mǎn)足產(chǎn)品合格證上標明的最大使用長(cháng)度范圍內方可,如果編制說(shuō)明(二)表4中產(chǎn)品的使用長(cháng)度大于該產(chǎn)品合格證標示的長(cháng)度應與制造商聯(lián)系、咨詢(xún),不得未經(jīng)核算即擅自確定最大使用長(cháng)度。
(5)對被伴熱管線(xiàn)介質(zhì)溫度短時(shí)間超過(guò)電熱帶最高承受溫度或間隙使用蒸汽清掃管線(xiàn)除垢的場(chǎng)合,應嚴格遵循優(yōu)先選擇特種專(zhuān)利系列產(chǎn)品,權宜選擇Pf、Pb、Pf/Jf或Pb/Jf結構產(chǎn)品,并均皆應按照特種情況設計規定隔熱隔離法安裝使用,否則為誤用。
(6)≤110V或≥380V產(chǎn)品的應用,因本手冊無(wú)該類(lèi)產(chǎn)品的工作曲線(xiàn),因此設計選型時(shí)應向制造商咨詢(xún),在制造商指導下進(jìn)行設計和應用選型。
(7)根據管線(xiàn)長(cháng)度,盡量減少節點(diǎn),確定平敷、纏繞以及提供電源點(diǎn)的地理位置條件和長(cháng)輸還是短輸,確定采用通用型、中長(cháng)型還是超長(cháng)型以及工作電壓的大小。
2.6實(shí)例
(1)室內熱水管道伴熱
熱水維持溫度To=50℃,偶然性操作溫度65℃。室內空調最低溫度16℃,管道通過(guò)普通區。電壓220V。管徑DN100,管長(cháng)50m,管道上有3個(gè)閘閥,8對法蘭(包括閥門(mén)的6對)5個(gè)管架。保溫層材料為泡沫橡塑(λ=0.038W/m·℃,0℃時(shí)),厚30mm,確定電熱帶的長(cháng)度、功率和選型。
第一步,計算溫差△t。
根據(8-1)式 △t=To-Ta,To=50℃,Ta=16℃。 △t=50-16=34℃
第二步,計算管道散熱量QB。
查表5(P14頁(yè)),當△t=30℃,QB=21.8W/m,△t=40℃,
QB=29.0W/m。采用內差法求得:
QB=21.8+[(29-21.8)÷(40-30)]×(34-30)=24.68W/m。
第三步,計算實(shí)際散熱量QTB,根據(8-2)式:
QTB=f×QB,查表3,f=1.23
QTB=1.23×24.68=30.36W/m
第四步,計算電熱帶總長(cháng)度L:
查電伴熱編制說(shuō)明(一)和產(chǎn)品樣本可知 ,選用45ZXb2W-P-220型(中溫屏蔽專(zhuān)利型)自控溫電熱帶比較適合,并叢產(chǎn)品樣本10℃時(shí),每米輸出功率45W/m,50℃時(shí)輸出功率28.8W/m,小于散熱量QTB=30.36W/m,因此選擇45ZXb2W-P-220時(shí),需要確定安裝系數30.36/28.8=1.06
電熱帶總長(cháng)度計算如下:
管道部分L1=50×1.06=53m
法蘭部分:L2=8×(2×0.215)=3.44m(0.215法蘭盤(pán)直徑)
閘閥部分:L3=3×1.06×1.3=3.9m(1.3系數,查表2)
管架部分:L4=5×3×0.15=2.25m(0.15為管道與支架接觸長(cháng)度)
其它部分:L5=2×1=2m(一個(gè)接線(xiàn)盒,一個(gè)尾端)
總長(cháng)度:L=L1+L2+L3+L4+L5 =53+3.44+4.13+2.25+2=64.82m
查電伴熱編制說(shuō)明(二):Ta=10℃,Lmax=65m,20A開(kāi)關(guān);Lmax=96m,30A開(kāi)關(guān)。
電熱帶實(shí)際總長(cháng)度L=64.82m,選用30A開(kāi)關(guān),電熱帶可以任意切割。
總功率N=L×QTB=64.82×28.8=1867W(1.867KW)。
(2)室內管道防凍
北京地下室不采暖車(chē)庫消防管道防凍,管道冬季維持水溫TO=5℃,其它條件同前例。
第一步,計算溫差,查表全國各地氣象參數知北京Ta=-17.1℃ △t =(To-Ta)=5-(-17.1)=22.1℃
第二步,計算管道散熱量QB查表,△t=20℃, QB=14.5W/m,△t=30℃,QB =21.8W/m。采用內差法求得: QB=14.5+[(21.8-14.5)÷(30-20)]×(22.1-20)=16.03 W/m。
第三步,計算實(shí)際散熱量,查表f=1.23, QTB=f×QB=1.23×16.03=19.72 W/m。
第四步,計算電熱帶總長(cháng)度:
查電熱帶編制說(shuō)明(一)和產(chǎn)品樣本可知,選用15DXb1W-P-220型(低溫屏蔽專(zhuān)利型)自控溫電熱帶比較合適,電壓220V,并從電熱帶產(chǎn)品樣本查出10℃時(shí),每米輸出功率15W/m,5℃時(shí)輸出功率16.4W/m,小于散熱量QTB=19.72W/m,因此選擇15DXb1W-P-220時(shí),需要確定安裝系數19.72/16.4=1.2。
電熱帶總長(cháng)度計算如下:
管道部分:L1=50×1.2=60m
法蘭部分:L2=8×(2×0.215)=3.44m(0.215法蘭盤(pán)直徑)
閘閥部分:L3=3×1.2×1.3=4.68m(1.3系數,查表2)
管架部分:L4=5×3×0.15=2.25m(0.15為管道與支架接觸長(cháng)度)
其它部分:L5=2×1=2m(一個(gè)接線(xiàn)盒,一個(gè)尾端)
總長(cháng)度:L=L1+L2+L3+L4+L5 =72.37m
查電熱帶編制說(shuō)明(二):
Ta=0℃,Lmax=96m,15A開(kāi)關(guān)。
電熱帶實(shí)際總長(cháng)度L=72.37m(<96m),選用15A開(kāi)關(guān)滿(mǎn)足要求。 總功率N=L×QTB=72.37×16.6=1201W(1.201KW)。
(3)水箱防凍
水箱的維持水溫To=5℃,偶然操作溫度60℃,當地最低環(huán)境溫度Ta=-17.1℃,水箱位于層頂不采暖房間,供電電壓為220V,水箱尺寸:長(cháng)為1.6米,寬為1米,高為1.2米,水箱外部全用40mm的玻璃棉保溫,確定電熱帶的型號及用量。
第一步,計算水箱總散熱量QT(也可查表)
查表知玻璃棉導熱系數λ=0.038 W/m·℃
放熱系數α=11.63 W/m2·℃
將以上數據代入上式得:
水箱總表面積
ST=(1.6×1.0+1.6×1.2+1.0×1.2)×2=9.44m2
QT=(QP×ST)=25.23×9.44=238.17W
第二步,電熱帶選型:
根據To=5℃,偶然性操作溫度60℃,選用15DXb1W-P-220型(低溫屏蔽專(zhuān)利型)自控溫電熱帶。
第三步,電熱帶總長(cháng)度:
a、水箱部分:
L1=QT÷每米電熱帶5℃時(shí)的發(fā)熱量=238.17÷16.4≌15(m)
b、其它部分:
L2=2×1=2(m)(一個(gè)接線(xiàn)盒、一個(gè)尾端)
總長(cháng)度:L=L1+L2=15+2=17(m)
2.7 專(zhuān)用產(chǎn)品的設計選型
由于很多應用場(chǎng)合具有較強的專(zhuān)業(yè)特性要求以及應用量較大,無(wú)法進(jìn)行專(zhuān)業(yè)設計或設計工作量較大,為了滿(mǎn)足專(zhuān)用特殊要求和簡(jiǎn)化熱工設計,故可根據應用特點(diǎn)直接參閱產(chǎn)品目錄選擇專(zhuān)用產(chǎn)品,但安全規范及施工驗收規范并不能簡(jiǎn)化。
● 推薦應用場(chǎng)合
石油石化、化工、油田、電力、鋼鐵、冶煉、水泥、制藥、食品飲料、紙漿紙品、保健、建筑涂料等等行業(yè)。
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