电伴热的基础知识讲解

电伴热的基础知识
一,前言
我把有关电伴热的一些基础知识整理出来供刚刚涉足这个行业的朋友参考，也可以作为给用户的技术讲座参考资料使用。

(一)为什么要伴热
在工业生产过程中为了保证生产的正常运行和节约能源，大多数的设备和管道都要采取隔热（保温）措施。

但是，在工艺介质的存储和传输过程中散热损失还是不可避免的。

散热就意味着设备和管道中介质温度的降低。

介质温度的降低将会带来好多的问题。

例如，设备和管道中水的温度的降低会造成冻结；食用油管道中食用油温度的降低会造成黏度增加，阻力增大，流动困难。

三聚氰氨如果温度降低将会析出结晶造成设备和管道的报废。

沥青如果温度降低将会凝固造成灌肠。

这些问题的产生都将使得生产无法正常运行。

为了保证生产的正常运行和节约能源，在生产、存储和运输的过程中就必须从设备和管道的外部或内部给介质补充热量。

这就是伴热的目的。

伴热和加热不同，伴热只是补充介质热量的损失，维持一定的温度，避免介质温度的降低带来的问题，一般维持温度都低于操作温度。

加热则要求给介质提供大量的热量，使得介质温度高于原来的温度（如管道介质的进口温度）。

因此加热比较伴热需要消耗更多的能量。

(二)传统的办法和缺点
传统的办法是以蒸汽、热水或导热油为热媒，用内外伴管、夹套管或内外盘管的方式向设备和管道提供所需的热量。

导热油需要建造专门的系统，还要定期更换导热油，费用太高。

工厂厂区内，蒸汽来源方便，而且蒸汽潜热大，所以大多数选择蒸汽为热媒。

但是，蒸汽的供汽、疏水、凝液回收系统复杂，安装的工程量大。

蒸汽的温度很难控制难以满足不同介质对维持温度的不同需要。

蒸汽系统的热效率低，能耗比较大，能量利用不合理。

蒸汽系统的阀门和疏水器等容易泄露会造成能量的大量浪费同时还会影响环境。

蒸汽系统的设备和管道还容易腐蚀，维修的费用也很高。

另外蒸汽系统的运行成本也比较高。

(三)电伴热的产生和优势
正是因为上述的原因，五、六十年代，国外着手研究用电能转换热能的新产品。

各种电伴热产品逐渐出现。

我国八十年代后期在石油化工企业开始大量采用电伴热产品。

近二十年来电伴热在我国的工业中的应用越来越广泛，国内外的各种电伴热产品也竞相在市场上出现。

电伴热产品之所以受到欢迎，是因为它比较别的伴热方式有以下优点：
1、电伴热产品体积小、柔性好、系统结构简单、设计和施工方便、维护量小；
2、使用寿命长，可达15-25年；
3、维持温度的范围广泛，最高可达450℃以上；
4、热效率高，节约能源；
5、维持温度可以有效的控制，控制精度比较高；
6、在没有蒸汽供应的装置电伴热是唯一的选择；
7、电伴热产品比蒸汽系统的设备更耐腐蚀；
(四)电伴热产品的种类
在市场上最初出现的电伴热产品是利用电流流过电阻体（电阻丝或管道自身的电阻）发热的原理来开发的。

这类产品当电流、电压、电阻确定以后，单位长度的电伴热输出功率就是恒定的，所以称恒功率型。

随着材料科学的发展，人们开发出一种新的电伴热产品，这种电伴热产品具备自调温（PTC）的特性。

它采用两根平行的导线作供电的母线，采用经过处理的高分子聚合物半导体塑料作为并联在母线之间的电阻体。

这种具备PTC特性的电阻体当它感受的温度升高时，电阻值增大，通过电阻体的电流减小，输出功率减小；反之当它感受的温度降低时，电阻值减小，通过电阻体的电流增大，输出功率增大。

这种正的PTC温度特性正好符合工业生产对伴热的要求，即能补充热量又可以节约能源。

而且这种电伴热产品还有一种优点，它可以自由裁剪，施工时根据现场的需要用多少裁剪多少，无需改变供电电压，单位长度的电伴热输出功率一致，非常方便。

所以得到广泛应用。

但是，由于聚合物塑料的耐热性能受到限制，在温度特别高的环境就不能使用。

为了弥补这一空白，在串联恒功率电热带的基础上又开发出矿物绝缘的MI电热电缆。

它采用铜线作发热体，用不锈钢或高镍铬的825合金作外套，用氧化镁作绝缘。

这种电热电缆，功率密度可达260W/M，耐热温度可达690℃，维持温度可达450℃。

使电伴热产品的应用范围得到扩展。

为了满足容器类设备对伴热的要求，制造商又开发出一种采用模压高温合金发热组件，并联电路结构的扰性电热板，柔性好，它可以大面积的铺设在容器的表面，采用温控器控制温度，非常适合容器类设备使用。

还有一种电伴热产品——集肤效应电热带，它最大的特点就是非常适合长输管线的伴热的要求。

不需要大量采用配电设施，使用一个电源点可给10余公里的管道进行伴热，是长输管线伴热最经济的方案。

其维持温度可达200℃，暴露温度可达260℃，功率密度可达165W/M。

而且它的热效率比较高。

这种电伴热产品的特点还不太为大家所认识，但它的发展前景是比较大的。

二,如何计算热损失
尽管电伴热产品被广泛采用,但是在使用中存在着大量的问题。

大多数的用户对电伴热产品的性能和参数并不理解,更没有通过计算来确定实际需要补充的热损失,从而正确的选用电伴热产品。

而是当设备和管道中介质温度的降低出现问题时，利用现有的电伴热产品或从能够了解到的信息采购电伴热产品。

在安装方法上一般都是采用缠绕的方式，不可避免的造成电伴热带的交叉和重叠。

这样就带来很多的问题。

首先，如果电伴热产品的功率不足以补充设备和管道中介质的热损失就不能满足伴热的要求；如果电伴热产品的最大耐用温度低于设备和管道中介质的温度，或者设备和管道需要使用蒸汽进行吹扫，电伴热产品的最大耐用温度不能承受蒸汽的温度都可能造成电伴热产品的损坏；恒功率型电伴热带的交叉和重叠也可能造成电伴热产品的损坏等等；即使上述的问题都不存在，但是电伴热产品的功率的选用是否合理也是问题，电伴热产品的功率过大会造成能源的浪费。

因此，如何通过计算热损失来正确选择电伴热产品就是十分必要的。

前面我们已经讲过，伴热的目的就是补充介质热量的损失，维持一定的温度，避免介质温度的降低带来的问题。

因此我们需要计算的是设备和管道中介质的维持温度下降到环境温度时的热量的损失，然后选用合适的电伴热产品补充这一部分热量损失就可以达到伴热的目的。

（一）影响热损失的参数
1，介质的种类
介质的种类不同，它们的比热不同，热值的含量也不同。

2，介质的初始温度
介质的初始温度不同，需要维持一定的温度时所要补充的热量也不一样。

初始温度一般是工艺介质进入工艺管道或储罐时的温度，有时是指工艺的操作温度。

3，维持温度
这是计算热损失很主要的一个的参数，一定要合理的确定。

维持温度选择过低，不能满足工艺的要求，达不到伴热的目的；维持温度选择过高又会造成能源的浪费和增加成本。

一般用户都会把维持温度提得比较高，一定要说服用户合理的确定。

4，设备和管道的尺寸
如管道的口径，设备的直径等，设备和管道的尺寸越大热量损失越大
5，保温材料和厚度
有的人认为，伴热效果主要由伴热产品来决定，是否保温影响不大。

实际上保温对伴热效果的影响是很大的，这个道理和人是否穿衣对保暖的影响是一样的。

不同的保温材料的导热系数不一样，保温的效果就不一样。

保温材料厚度对保温的效果的影响也是很大的。

有时不需要更换伴热产品仅仅改变保温材料的种类或厚度就可以满足伴热的要求。

既可以节约能源又可以降低成本。

6，环境温度
环境温度的变化对于介质热量的损失的影响也是比较大的。

环境温度越低介质热量的损失越大。

但是为了保险起见，我们往往把估计太低最低的。

这样计算的热量的损失就会偏大，导致选用更大功率的伴热产品。

所以确定最低的环境温度时也要合理。

另外风速对热量的散失也有影响，风速越大热量的散失也越大。

7，最大耐用温度（暴露温度）
这是一个容易忽视的问题。

有时设备和管道的操作（工艺）温度并不高，但是在特殊的情况时可能引人更高温度的介质。

例如一条原油管道，正常时原油的温度仅有几十℃，但该管道需要用蒸汽进行吹扫，蒸汽的温度可能达到200℃。

这就要求伴热产品的最大耐用温度（暴露温度）要达到200℃，否则可能造成伴热产品的损坏。

这也是一个不太好处理的问题，由于个别的情况的要求可能大大提高伴热产品的等级，造成成本的大幅度上升。

所以如果能够想法改变这种情况最好。

例如上述情况可以适当降低蒸汽的温度，或者在安装伴热产品时采用双层保温材料的办法隔开管道和伴热带。

8，安全系数
在考虑热损失的时候还要根据不同的情况增加一定的安全系数。

（二）计算热损失的方法
有实力的电伴热生产工厂凭借多年工作的经验已经开发出计算介质热量的损失和电伴热带选型的计算机软件。

生产车间的工艺人员只需提供需要伴热的工艺管道、设备的主要参数和环境条件，输入计算机软件即可计算出热量的损失，并自动选择适合的电伴热带型号和最佳的伴热方案。

为了方便现场的技术人员根据现场出现的情况计算介质热量的损失自己选择合适的电伴热带型号下面我们提供一种简单的计算方法
1、计算热损失
工艺条件：
⑴维持温度(Tm) ⑵最低环境温度(Ta) ⑶管径⑷保温材料⑸保温层厚度⑹安全系数
Q每米管道的热损失(W/m)=q×△t×K
其中
q:管道热损失(每米管道1℃温差时的热损失,查表一).
△t=Tm-Ta
K:各种保温材料的导热系数(查表二).
例
Tm=30℃Ta=-10℃管径=100mm 保温材料:玻璃纤维保温材料厚度: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
上述的热损失基于10%的设计的余量,
根据上面的热损失的计算，我们选用30w/m的电伴热带就可以满足工艺的要求。

Q储罐的热损失Q=q×△t×K×S
S：储罐的表面积m
管道热损失q(每米管道1℃温差时的热损失) （表一）
各种保温材料在不同温度下的导热系数（表二）
2、选择电缆的额定功率
详见各种电缆的介绍
3、计算电缆的长度
电缆的总长度L=每米管道的热损失Q/电缆的额定功率W×（管道长度L+各管道附件折合长度L）
各管道附件折合长度
三，如何选择电伴热带
电伴热带的分类主要分为两大类。

一类是恒功率的，另一类是可变功率的。

恒功率的伴热带的电阻是不变的，只要是供电的电压一定，流过伴热带的电流就不会变化，单位长度电伴热带的发热功率就是恒定的，所以叫恒功率。

可变功率的伴热带的电阻随环境温度的变化而变化，供电的电压一定，流过伴热带的电流随电阻的变化而变化，电伴热带的发热功率也就随电流的变化而变化。

下面我们就这两大分类给大家介绍电伴热带的选型。

1，自调温电伴热带
这是目前最常用的一种电伴热带
按照结构分为以下三种类型
（1）基本型
基本型的自调温电伴热带由导电塑料和两根平行金属导线及绝缘护层构成。

导电塑料就
是发热体。

它是一种具有正温度系数“PTC”特性的高分子聚合物。

当它感受的温度上升时分子的结构变得疏散，电阻增大，电流减小，输出的功率相应减小。

反之当它感受的温度降低时分子的结构变得紧密，电阻减小，电流增大，输出的功率相应增大。

而且这种变化的过程是连续的，线性的。

这样就形成了非常良好的自动调节温度的特性，所以称为自调温电伴热带。

这种电伴热带还具有绕性好，可以根据现场的情况任意裁减，安装时允许交叉重叠不会烧毁等优点。

得到广泛的应用。

（2），防爆型
防爆型是在基本型的自调温电伴热带的基础上在绝缘护层的外表增加了一层铜丝编织的屏蔽层。

安装时将屏蔽层接地保护。

用于工业生产的防爆场所。

（3），加强型
加强型是在防爆型的自调温电伴热带的基础上又在铜丝编织的屏蔽层的外表增加了一层塑料的防腐外套。

目的是防止防爆场所存在的腐蚀性气体对铜丝编织的屏蔽层的腐蚀。

按照温度分为以下三种类型
（1），低温型DBR
（2），中温型ZBR
（3），高温型GBR
按照功率分为以下的一些规格
25W，35W，40W，45W，50W，60W
2，并联恒功率电伴热带
并联恒功率电伴热带的发热体是电阻丝，它的基本结构是以两根平行的金属导线和绝缘护层为母体，发热体电阻丝均匀的缠绕在绝缘护层外表，绝缘护层外表相距一米有一缺口，缺口左右交叉，电阻丝通过缺口与金属导线连通，一米构成一个并联回路。

在发热体电阻丝的外表还有绝缘护层。

这种电伴热带发热体是电阻丝，它的电阻值是不变的，在恒定的电压下功率也是不变化的，所以叫恒功率电伴热带。

这种电伴热带使用时必须使用附加的温控器控制温度，不能缠绕和重叠，否则在缠绕和重叠点容易烧坏。

而且这种电伴热带的电阻丝容易断线，造成一段段不发热。

所以这种电伴热带早期使用较多，现在基本上都被自调温电伴热带替代。

3，串联恒功率电伴热带
串联恒功率电伴热带适应于长距离管道，一个单一的供电点可以为几千米的串联恒功率电伴热带供电。

它的结构也很简单。

它的发热体就是中心的金属导线外表是绝缘护层。

在电伴热带尾端进行连结，构成回路。

这种伴热带的缺点是必须根据特定的距离管道进行计算和制造。

不允许裁减加长，否则功率就会发生改变。

4，MI电缆
MI电缆也是一种串联恒功率电伴热带，它的发热体也是中心的金属导线，区别在于它的绝缘体是氧化镁等矿物，它的外表护层是不锈钢等金属材料，可想而知，这种伴热带可以耐高温，可达几百度。

它的功率密度也很大，每米可达几百瓦。

5，集肤效应
集肤效应是利用电流会集中在金属表面的原理而制造的一种电伴热。

它的一个单一的供电点可以为几十公里，结构坚固，寿命长，便于维护。

特别适用于长距离管道
工业专用国自调温电伴热带系列产品主要型号和参数（芜湖科阳）1，低温产品
DBR-J（基本型）DBR-P（防爆型）DBR-P/J(加强型)
最高维持温度65℃
最高承受温度95℃
工作电压220v 380v
10℃时输出功率10，15，20，25，35 w / m
2，中温产品
ZBR-J（基本型）ZBR-P（防爆型）ZBR-P/J(加强型)
最高维持温度110℃
最高承受温度135℃
工作电压220v 380v
10℃时输出功率35,40,50,60 w / m
3，高温产品
GBR-J（基本型）GBR-P（防爆型）GBR-P/J(加强型)
最高维持温度121℃
最高承受温度215℃
工作电压220v 380v
10℃时输出功率35W/M
注：
1，基本型用于普通防冻场所
2，防爆型用于爆炸危险场所
3，加强型用于有腐蚀性的爆炸危险场所
4，实际维持温度应将最高维持温度减去15℃－20℃来考虑
5，报计划时应注明型号，电压等级和功率
附件
1防爆电源接线盒FDH-2
2防爆二通接线盒FJH
3防爆三通接线盒FTH
4防爆终端接线盒FZH
5耐热压敏胶带
6铝箔胶带
7不锈钢绑扎带
8测温电阻PTD
1防爆电源接线JB-K 2防爆二通接线PBSK 3防爆三通接线TBSK
4防爆终端接线ET-6C，ET-8C
5耐热压敏胶带FT-1H，PF-500
6铝箔胶带AL-20P，AL-30P
7不锈钢绑扎带B-4，B-10，B-21
8测温电阻PTD
四，如何安装和维护电伴热带
1，最基本的安装方法-平铺和缠绕
2，关于伴热比
3，伴热带在管道上的安装位置
4，阀门，法兰上的安装
5，埋地管道的安装
6，如何计算开关的容量
7，如何确定配电柜的防爆等级
8，电伴热带维护
安装示意图
电伴热电缆的安装对被伴热物体的维持温度是否能达到预期效果起着很重要的作用,下面给出一些典型的安装示意图
图一图二
图三图四
图五图六
图七图八
图九图十
图十一图十二第一章:温控伴热电缆的安装与测试
（一)设计图
施工前应有一份完整的设计图,图中应包括以下各项资料:
1、线路编号，供电点用长方格表示。

2、线路所需电热带型号及长度。

（单位：米）
3、每米管道长度所需电热带长度（单位：米）即缠绕系数。

4、每个阀门所需用电热带长度。

（单位：米）
5、伴热系统配套材料附件清单。

6、温控系统配件清单。

7、施工时所需材料清单。

8、设计考虑参数和所采用保温材料规格。

（二）施工前准备工作
（A）管道系统
1、管道系统与配备都已施工完毕。

2、防锈防腐涂层已干透。

3、管道系统施工规范与设计图中所示一致。

4、锉去所有毛刺和利角。

（B）电热带和配件
1、电热带表面有否损破。

2、电热带的绝缘性能良好（要求用摇表在1000VDC测试时绝缘电阻为≥20MΩ）。

3、电热带与所有配件的型号与设计要求一致。

（C）现场准备
1、将一卷电热带与卷筒放置于一支架上，并放置在线路其中一端附近。

(
*用力拉扯电热带。

*脚踏或重物放置电热带上。

（三）单根电热带施工法
1、玻璃纤维压敏胶带或铝胶带每隔约50Cm处将电热带固定于管道上。

2、平敷时尽可能将电热带附在管道的下45度侧方。

3、在线路的第一供电点和尾端各预留1m长的电热带。

4、按设计图所示[缠绕系数]布线（系数为整数应平敷以利减少接点）。

5、所有散热体（如支架、阀门、法兰等）应按设计图要求预留所需电热带长度，将此段电热带缠绕于散热主体上并固定。

下列各点应注意：
*散热体应有设计所需电热带的长度。

*电热带可互相重叠或交叉。

*缠绕方法应尽可能使散热体必要时随时可拆除进行维修或更换而不损坏电热带或影响其它线路。

*在使用二通或三通配件处，电热带各端应预留40cm长度。

（四）螺旋缠绕
如缠绕系数为1.4，即5m管道需要布7m的电热带，施工时先将7m长的电热带两端固定于一段长度为5m 的管道上，然后将松驰的电热带缠绕在管道上，并加以固定。

（五）多根电热带施工法
1、设计图指明缠绕系数为（n=1，2…）一般用于大口径管道上，方法如下：
*电热带由管道线路一端起布线至尾端再回头至起点，路线2、沿管道布电热带，并避免：
*将电热带放置于毛刺和利角上。

等于系数。

（但注意最大使用长度）
*电热带由管道线路一端至尾端轮流依次布线次数等于系数。

*后备系统，关键管道作后备应急用。

所以每一线路都应当作独立线路安装，并有独立的供电点。

（六）配件安装
*按设计图要求选用配件。

*所采用密封圈需与电热带相配并和防水封胶结合。

*供电接线盒尽可能接近管道线路供电端。

*按配件安装说明书准备线口。

*每一线端应预留一小段电热带以便将来维修时用。

（七）保温材料安装前的检查和测试
*视察电热带表面是否损伤。

*视察所有配件是否安装完整。

*用摇表2500VDC摇试每一独立线路一端，绝缘电阻应在20MΩ以上。

注意摇试时间应在一分钟以上，即导电体对电热带金属屏蔽层摇试。

*将摇试结果记录在安装记录单上。

（八）保温层安装
电热带施工测试后立即进行保温层安装，并注意以下各点：
*所采用保温层的材料，厚度和规格与设计图要求符合。

*施工时保温材料必须干燥。

*保温层外应加防水外罩。

*保温层施工时应避免损伤电热带。

*保温层施工后应立即对电热带进行绝缘测试。

*在保温层外加警示标签注明“内有电热带”更需注明所有配件的位置。

（九）低温起动与安全保护：
电伴热工程一般按照设计图在正常情况下，分组起动，按常规控制投计，具有开关起动，过载保护和漏电保护，如果用于低温大功率加热，同时又低温状态起动，瞬间起动电流转化为大功率
输出可采用双闸切换装置并在切换过程中对工作电流进行监控，在安全负荷情况下过渡到过载保护系统内。

（十）防爆:
*本公司防爆电热带可用于工厂一区、二区防爆场合，安装时应避开易燃易爆气体或液体积聚的暗角等可能超过上述规定的防爆区域，非防爆配电箱应安装于非防爆区，否则应配置相应的防爆配电箱。

*除防爆等级外，应注意防爆组别。

（十一）特别注意事项
*严禁蒸汽伴热和电伴热混用于一体。

*加热带安装时不得将绝缘层破坏，应紧贴于被加热体以提高热效率，若被伴热体为非金属体，应用铝粘胶带增大接触传热面积，用尼友扎带固定，严禁用金属丝绑扎。

*法兰处介质易泄漏，缠绕电热带时应避开其正下方。

*电热带一端接入电源，另一端线芯严禁短接或与导电物质接触并剪切为“V”型，必须使用配套的封头严密套封。

*防火防爆场合应配套防爆接线盒和终端子。

接线后应用硅橡胶密封：（使用屏蔽层的电热带终端处必须将屏蔽层剥离10公分，以防造成短路）
*安装一个伴热点，测量一次绝缘，屏蔽层必须接地，绝缘阻值不能低于20兆欧/1000V。

*按电伴热各路的电压、电流等参数设定通、断电和漏电保护装置。

*蒸汽扫线：凡需蒸汽清扫管线除垢时，应注意先清扫后安装电热带，如果每年例行扫线检查应按照特殊情况设计安装。

（十二）验收：
本手册未将安装工程施工及验收规定及“防爆、防火规程”中有关条文包括在内，施工中仍应遵循上述技术常用规范要求，在此不做复述。

第二章：使用维护
2.1维修程序
1、对管道恒温系统应每年进行最少一次例行检查，一般在冷天来临之前或检修时进行。

2、对发现任何电热带、配件、保温层或防水罩有损坏处应立即进行更换和维修。

3、必须采用我公司推荐的配件。

2.2故障检修
故障迹象
线路断路器跳闸
可能成因
1)断路器选型太小;
2)线路需电量超过断路器所能提供;
3)断路器在低于设计起动温度下起动;
4)断路器故障;
5)接线盒或其它配件有短路;
6)电热带受到机械损伤;
7)尾端处误将电热带两导线连接;
8)电热带首尾端绝缘层热收缩,导电体与管线或屏蔽层短路;
校正方法
1、2、3）重新计算核对线路所需电量，再选配合用的断路器（供电电缆亦应选配）；
4）对断路器进行检修；
5、6）确定故障所在，进行重装或更换，并用摇表测试，判明短路方法如下：
①所有接线配件安装完整无缺及防水密封损坏否？
②管道配件是否维修过并对电热带造成损坏；
③保温层是否有损坏或压伤的地方；
④将线路每项一段电热带隔离分别用摇表测试故障所在。