211256383_电加热器节能防爆技术

Value Engineering
0引言
提供介质热量使其升温原始方法是用秸秆（木材）燃
烧，后发展为煤炭燃烧加热、
蒸汽加热、石油加热、电加热、太阳能加热、天然气加热……综合介质加热工况环境，
电加热使用范围最广、
应用领域最多，它既清洁又方便，是目前国民经济装备及家庭生活中不可或缺的必备装置（家
电）。

秸秆燃烧加热乌烟瘴气，有损环境及生态平衡；煤炭、
石油、天然气地下资源逐渐减少直至枯竭；太阳能加热一
次性投资成本较高，
使用寿命难以确定；电加热费用较低，清洁方便，正因如此，
它对介质提供热量已成为人们的普遍共识。

如电饭煲、
电茶炉、电熨斗、电热水器、电热锅、电吹风、烘干机、
微波炉、空调……提供现代工业设备运转所需介质的额定温度。

如天然气升温排湿输送，
低温采油防冻结加热，船运石油防凝固加热，生物工程（如制药）
需对介质加热至设定温度才能发酵、直至化学反应；航天、
航空、
交通（地铁、高铁、客运汽车）厢内供热，寒冷地区科学考察、深海探测等只能用电加热器升至适宜温度……电加热器的广泛应用，给人们向往美好生活带来可靠福音，给
现代工业大生产及众多领域、
行业提供清洁能源已成为当今的首选。

然而，当人们在享受美好时刻之时，心中常牵挂
着如何让电加热器在应用中实现低能耗、环保、
防爆。

对此，笔者视电加热器应用不同工况对节能、环保、
防爆技术进行浅探。

1电加热器节能技术的结构设计
早在2017年，我国石油用量就达到6.1亿吨，进口
4.2亿吨，进口占比70%。

随着我国经济的迅速崛起，石油用量更大，
进口不断增加，从国外进口的原油85%以上皆通过海上船运。

大型船舶用的燃油基本是重油，
需经过脱盐、脱水、
排污净化处理后才能使用。

重油在净化处理前必须加热，
传统蒸汽加热的温度很难调节使油温保持在设定值范围内，
致使能源浪费大。

对此，设计一种立式节能型电加热器，
加热器底座上方设计隔热保温层筒体，筒体内安放U 型电热管组件，
上方设有法兰套和法兰盖。

在法兰盖上方设置接线腔，腔外侧设计有自动控制柜。

法兰盖与接
线腔底部均设计相对应的电热管穿孔，
穿孔之间各固定按放电热管散热套管。

筒体内U 型电热管组件，
设计垂直于电热管且均布又相互错开的半圆导流板，
并分别固定在电热管平行设计的固定杆上。

电加热器工作时，重油“S ”
形向下流动，延长了流动路线，充分带走了电热管表面热量。

被加热的重油从筒体下部的出口沿图中箭头方向流出筒体送入净化处理管道。

当
温度高于设定值，
能及时报警并自动切断电源；筒体外表设置隔热保温层后，
可减少筒体内能量散失（见图1）。

2储油罐用的电加热器技能、环保技术2.1产品结构设计
改变传统电热管对储油罐中的油直接加热工艺，
创新设计新的加热工艺。

电加热管板上安装深入护套的电加热管，电热管将热量传递给护套腔内空气，
腔内热空气通过护套外壁传给储罐中的油，
使油温升至设定值范围内。

护套一端部封头封闭，
法兰板与第二法兰螺栓连接并通过密封圈密封；护套另一端与储油罐封闭，达到介质零泄漏。

在
电加热器管板上安装固定板，法兰板与接线腔之间的护套
外设置散热图，
接线腔内安放温控装置。

这种设计、制造的电加热器，更换损坏件时，快捷、方便、轻松，介质零泄漏、
节能、环保、防爆、安全。

产品结构设计见图2。

2.2特点
①用于储罐中的油加热更换电加热器损坏件，只需切
断电源，打开接线腔的盖板，拆除电源接头端，松动螺母，手抓接杆，
即可取出电加热器，更换损坏件，快捷、轻松、节——————————————————————
—作者简介:刘星彪（1991-），男，江苏扬中人，工程师，本科，现任
江苏裕兴电器有限公司新品开发部部长，
从事机电一体化产品设计工作。

电加热器节能防爆技术
Energy Saving and Explosion-proof Technology for Electric Heaters
刘星彪LIU Xing-biao
（江苏裕兴电器有限公司，
镇江212213）（Jiangsu Yuxing Electric Apparatus Co.，Ltd.，Zhenjiang 212213，China ）
摘要:随着社会的不断进步，经济的迅速发展，
科技创新日新月异，电加热器应用已全方位渗透到国民经济众多领域及千家万户生活的方方面面。

如何使电加热器在应用过程中节能、环保、防爆，既是专业技术人员长期孜孜追求要攻克的技术瓶颈，也是客户普遍关注的焦点。

本文从电加热器结构如何创新设计角度，
对其节能、防爆技术进行浅探。

Abstract:With the continuous progress of society,rapid economic development,and rapid technological innovation,the application of
electric heaters has penetrated into various fields of the national economy and every aspect of household life in all aspects.How to make electric heaters energy-efficient,environmentally friendly,and explosion-proof in the application process is not only a technical bottleneck that professional technicians have been striving to overcome for a long time,but also a common focus of customer attention.This article explores the energy-saving and explosion-proof technologies of electric heaters from the perspective of innovative design.
关键词:电加热器；节能；
防爆；技术Key words:electric heater ；energy saving ；explosion proof ；technology
中图分类号:TM924文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）14-063-03
doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.14.020
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价值工程
工、降本。

②由于电热管护套与储罐为密封设计，
更换损坏件时，介质零泄漏，
节能环保。

③法兰板与接线腔之间的护套外壁设置了散热圈，
有效达到安全防爆效果。

④接线腔内安装了温度调控装置，
确保储罐内油温度始终控制在设定值范围内，节能更明显，
防爆更安全。

储油罐电加热器主要技术参数如表1所示。

3防爆技术
3.1创新保护温度传感器防爆结构
传统温度传感器存有缺陷主要体现在：一是强度不
够，安全性能差；二是易损坏，
致测温不准。

经研究，将温传感器散热套管、电热管和测温护管的管口处分别焊接在法
兰板上，
在法兰板端面上焊接填充粉粒筒体；在填充粉粒筒体上焊接放气阀座。

温度传感器的前端部分无测温护
管，在其前端部分相应位置设计制作一个
“Ω”形膨胀节（见图3）。

创新的防爆电加热器被国家授予发明专利（ZL 201010106081.5）
，它从根本上解决了温度传感器与电热管胀缩率不一致导致温度传感器损坏，
测温不准引起爆炸的安全隐患。

达到的主要技术性能指标如下：
外壳耐压：外壳内充入C 2H 2[含量（8±0.5）%]爆炸性混合物不损坏、
变形；传爆：外壳内和试验罐内分别流入H 2[含量（37.0±
0.5）
%]爆炸性混合物，不传爆；抗冲击：
在（20±5）℃环境条件下用半球形钢质锤头对外壳进行7J 能量冲击，
不损坏。

3.2温度智能化控制防爆技术
为确保被加热的介质（石油）始终处于设定温度值，采
用可控硅设计模块。

一旦温度低于设定值下限临界点，电压、电流则处于零状态，可控硅模块就能使电加热器停止
工作，
使温度控制在预先设定上限值范围内，根除了因温度高于设定临界值而引起油罐爆炸的严重后果。

创新的防爆技术被国家授权了发明专利
（ZL 200810234846.6）。

3.3改进防爆结构设计
电加热器设计为止口型隔爆面，
其长度：40>L>25，最大间隙：
δ≤0.15，表面粗糙度：Δ=6.3μm ；结构面设计为“O ”
型密封圈。

在不影响防爆指数前提下，可使防护等级达IP55，
防爆标志为：Ex db ⅡC T1…T6Gb 。

3.4防干烧浮球设计的防爆技术
运油船舱内油面一旦低于电加热工作界面时，如电加
科目
创新设计的储油罐电加热器的技术参数
更换损坏件
时间
（h ）油泄漏情况
环境
≤1零泄漏无污染
防爆措施温度控制装置
设置散热套圈
温度始终控制在设计值范围内
表1储油罐电加热器主要技术参数
图1船用电加热器
图中各序号分别表示船用电加热器部件名称。

1为底座；2为筒体；3为隔热保护层；4为排气口；5为接线腔；6为接线端；7为电热管散热套管；8为法兰盖；9为密封垫；10为法兰套；11为安全阀接口；12
为电热管组件；13为导流板；14为固定杆；15为排污口.
进口自动控制柜
出口67891011121314321
15
5
4图中各序号分别表示储油罐电加热器部件名称。

1为储罐；2为封
头；3为护套；4为电加热管；5为颈部连接管；6为第二法兰；7为密封垫；8为法兰板；9为螺栓；10为电加热器管板；11为接线箱；12为盖板；13为螺栓；14为温度调控装置；15为螺母；16为拉杆；17为第一
法兰；18为电源引入装置；19为散热圈.
图2储油罐电加热器
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10111213141516
19
18
17
10
119
自动控制柜
（冷端）14
4
131213265789
图3防爆电加热器
加热腔体
（热端）图中各序号分别表示防爆电加热器部件名称。

1为防爆接线腔
体；2为电热管接线端；3为管板；4为电热管散热套管；5为温度传感器散热套管；6为法兰板；7为电热管；8为温度传感器；9为卡子；10为温度传感器接线；11为测温护管；12为浇注树脂筒体；13为填充粉
粒筒体；14为放气阀座.
·64·
Value Engineering
热器仍在工作，即为干烧，储油容器（罐、仓）热空气迅速膨胀，当超过容器
（罐、仓）承受的压力极限时，爆炸发生在所难免。

由于船舱空间、
位置各异，对卧式油升温电加热器（见图4）
，设计侧装浮球防干烧装置，将侧装浮球壳体偏心焊接在卧式油腔筒体右端，
侧装浮球壳体内安装一只长形浮球，其头部绕侧装浮球杆可上、
下运动，当油面下降，卧式电加热器处于干烧状态，
侧装线路同步断开，电加热器元件断电，
停止加热。

立式油升温电加热器的设计，拟使用顶装浮球防干烧
装置，用二只中空接管连接顶装浮球壳体和立式油腔筒
体，顶装浮球壳体内安装二只圆形浮球。

当油面下降，立式
加热器处于干烧状态时，
顶装线路同步断开，电加热元件断电，
停止加热（见图5），达到了预期防爆效果。

3.5增强防爆连接强度技术
传统电加热器制造设计技术：
先将管板、法兰板分别焊接在电热管散热套管、温度传感器散热套管两端，
再将电热管与电热管散热套管焊接，
测温管与温度传感器散热套管焊接，由于焊接面的焊缝多而分散，连接强度不足，使
用时易发生裂缝，
埋下爆炸隐患。

采用创新设计技术：法兰板与防爆接线腔体、填充粉粒筒体、
浇注树脂筒体、管板进行连接，
它们之间只有四个圆周的焊接面，焊缝少而集中，且连接强度高，
使用过程中不会产生裂纹，能有效地达到防爆效果。

3.6加热筒体防爆技术
对于一种特殊工况，
管道内壁结构很难以常规方法清垢，必须用特高压力热清洗。

现有加热器筒体最大只能承
压20MPa ，
无法完成管道内壁清垢作业。

通过研究，对加热筒体进行了创新设计：
筒体一端开口，另一端为封闭的圆形结构
（见图6）。

筒体采用无缝钢管，壁厚δ≥25mm ；主要受压元件优选16Mn ，
电热管选用316L 不锈钢，壁厚δ≥1.5mm 。

16Mn 锻打后进行淬火+回火，
再切割成形，并与筒体形位公差吻合，
用1507焊条焊接成完整筒体。

它可承受46MPa ，30min 无泄漏的高压，
达到高压管道内壁清垢防爆效果。

该筒体防爆技术被国家授予实用新型专利（ZL
201520258596.5）。

4结语
从系统论角度看，
具有节能、环保、防爆功能的电加热器是一个总系统，
分系统是由各部件组成，子系统是由若干零件构成。

为确保电加热器节能、防爆技术的先进性，性
能的可靠性，只有不断探索、不断创新，持续对电加热器结构创新设计，
工艺创新设计，工装创新设计，使产品技术参数通过模拟试验精确计算后进行最佳科学匹配，最优合理组合，方能满足市场供给侧需求。

参考文献:
[1]刘彦丰，
高正阳，梁秀俊.传热学[M].北京：中国电力出版社，2015.
[2]GB/T 3836.1-2021，爆炸性环境第1部分：
设备通用要求[S].
[3]GB/T 3836.2-2021，爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d ”保护的设备[S].
[4]GB/T 3836.3-2021,爆炸性环境第3部分：由增安型
“e ”保护的设备[S].
图中各序号分别表示船储油容器卧式电加热器部件名称。

1为
卧式电加热元件；2为卧式油腔筒体；3为侧装油口；4为侧装浮球防干烧装置；5为侧装浮球壳体；6为长形浮球；7为侧装排气口；8为侧装浮球杆；9为侧装配对法兰；10为侧装法兰；11为侧装接线腔；12为
侧装接线腔盖；13为侧装接线口；14为侧装线路.
图4船储油容器卧式电加热器
1
2
3
4
220V
出口
5
6
7
8
9
10
11
12
1314220V
图中各序号分别表示船储油容器立式电加热器部件名称。

15为立式电加热元件；16为立式油腔筒体；17为顶装浮球防干烧装置；18为圆形浮球Ⅰ；19为顶装浮球壳体；20为圆形浮
球Ⅱ；21为中空接管（二只）；22为顶装浮球杆；23为顶装配对
法兰；24为顶装法兰；25为顶装接线腔；26为顶装接线腔盖；
27为顶装接线口；28为顶装线路；29为顶装排气口.
图5船储油容器立式电加热器
进口
出口
16
15
17
220V 26
2524232221201918
29
2728
220V
图中各序号分别表示高压管道内壁清垢防爆电加热器部件名称。

1为出液口；2为筒体；3为U 形电热管；4为液体加热腔；5为温度探测器；6为进液口；7为密封盖；8为动力布线口；9为接线腔；10为排液口；11为加热器底座；12为出液折流板；13为中间折流板；14为中
心支撑管；15为进液折流板；16为温度控制布线口.
图6高压管道内壁清垢防爆电加热器
1
2
3
4
5
6
789
10111213141516
·65·。