電伴熱技術(shù)在北方架空燃?xì)夤艿赖膽?yīng)用

摘 要

摘要：比較了北方地區(qū)架空燃?xì)夤艿赖?種伴熱方式，介紹了電熱帶及電伴熱的工程應(yīng)用。關(guān)鍵詞：架空燃?xì)夤艿?；電伴熱；電熱帶；保溫Application of Elcetric Tracing Technology to North
摘要：比較了北方地區(qū)架空燃?xì)夤艿赖?種伴熱方式，介紹了電熱帶及電伴熱的工程應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：架空燃?xì)夤艿?；電伴熱；電熱帶；保?/span>
Application of Elcetric Tracing Technology to Northern Overhead Gas Pipeline
LI Lian-xing，LIU Qiang
Abstract：The three kinds of tracing modes of overhead gas pipeline in the northern region are compared，and the engineering applications of ribbon heater and electric tracing are introduced.
Key words：overhead gas pipeline；electric tracing；ribbon heater；thermal insulation
   隨著管道燃?xì)獾闹饾u普及，在我國(guó)北方地區(qū)，由于受地形、房屋建筑結(jié)構(gòu)等條件的制約，部分庭院燃?xì)夤艿啦荒苈竦胤笤O(shè)。而北方地區(qū)的城市氣源主要以人工煤氣、液化石油氣、液化石油氣混空氣等濕燃?xì)鉃橹?，在冬季，庭院燃?xì)夤艿烂鞴芊笤O(shè)，導(dǎo)致管道內(nèi)的濕燃?xì)饨Y(jié)露結(jié)冰，不僅影響管道的輸送能力，還存在很大的安全隱患。燃?xì)夤艿辣旧硎遣痪邆浒l(fā)熱能力的，單純的保溫不能解決以上問(wèn)題。要解決濕燃?xì)獾慕Y(jié)露結(jié)冰問(wèn)題，就需要對(duì)架空的燃?xì)夤艿雷霭闊峒氨靥幚怼?/span>
1 伴熱方式
   ① 3種伴熱方式的比較
   目前，管道的伴熱方式有電伴熱、蒸汽伴熱、熱水夾套管伴熱3種。蒸汽伴熱和熱水夾套管伴熱因受熱源的影響和制約較大，不適用于小區(qū)庭院燃?xì)夤艿腊闊帷６姲闊釤嵩捶奖沆`活，熱效率可達(dá)80%～90%，是熱效率最高的一種熱保護(hù)方式，具有運(yùn)行可靠、不需經(jīng)常維修等優(yōu)點(diǎn)，適用于小區(qū)庭院燃?xì)夤艿腊闊帷ｋ姲闊崾侵赣秒娔苎a(bǔ)充被伴熱物體在使用過(guò)程中的熱損失，使其溫度維持在一定的范圍內(nèi)。在石油天然氣行業(yè)中，電伴熱不用于提高介質(zhì)的溫度，主要用于防凍、防凝和工藝保溫[1]。目前已經(jīng)有很多企業(yè)生產(chǎn)了防爆的電熱帶，這為燃?xì)夤艿啦捎秒姲闊崽峁┝擞欣麠l件。
    ② 電熱帶[1]
    電伴熱系統(tǒng)主要由電源、電熱帶、溫控器(恒功率式電熱帶)或恒溫器(變功率式電熱帶)以及接線盒、二通、三通等構(gòu)件組成。其中電熱帶是發(fā)熱部件，按其作用方式可分為恒功率式電熱帶和變功率式電熱帶。
   a. 恒功率式電熱帶
   恒功率式電熱帶又稱并聯(lián)式電熱帶，通電后以恒定的功率發(fā)熱，并不隨環(huán)境溫度的改變而變化。
   b. 變功率式電熱帶
   變功率式電熱帶又稱自限式電熱帶。變功率是指電熱帶的輸出功率隨被伴熱介質(zhì)溫度的升高而減小，反之則增加。
    恒功率式電熱帶的啟停由溫控器控制，變功率式電熱帶由具有自動(dòng)控制功能的導(dǎo)電塑料調(diào)節(jié)功率；恒功率式電熱帶不宜交叉，以防止局部產(chǎn)生高溫，變功率式電熱帶可以交叉；恒功率式電熱帶對(duì)復(fù)雜管道的適應(yīng)性不及變功率式電熱帶。
2 電伴熱的工程應(yīng)用[2]
    沈陽(yáng)市蘇家屯地區(qū)以液化石油氣混空氣作為氣源，其部分庭院燃?xì)夤艿朗芊课萁ㄖY(jié)構(gòu)的限制，不得不采用沿外墻架空敷設(shè)的方式。現(xiàn)以蘇家屯地區(qū)站前住宅小區(qū)庭院燃?xì)夤艿兰芸辗笤O(shè)電伴熱為例，對(duì)電伴熱的工程應(yīng)用加以闡述。本工程選用變功率式電熱帶，電伴熱的工程應(yīng)用見(jiàn)圖1。
  

   ① 計(jì)算參數(shù)
   a. 氣源狀況
   氣源種類：液化石油氣混空氣，液化石油氣的體積分?jǐn)?shù)為40%
   氣源露點(diǎn)：-13℃
   氣體密度：1.84kg/m3[3]
   b. 外界環(huán)境
   室外極端最低溫度：-34℃
   c. 管道
   管道外徑：76mm
   管道長(zhǎng)度：80m
   管道保溫層外徑：136mm
   ② 保溫
   管道保溫材料選用聚氨酯發(fā)泡，參照熱力管道保溫經(jīng)驗(yàn)值，保溫層厚度選30mm。
   ③ 伴熱計(jì)算
   a. 電熱帶耗熱量的計(jì)算
    Ф=Ф1+Ф2=qmcp(t2-t1)+Klq    (1)
式中Ф——電熱帶的耗熱量，W
    Ф1——燃?xì)馍郎氐暮臒崃?，W
    Ф2——被電熱帶加熱管道的散熱量，W
    qm——燃?xì)獾馁|(zhì)量流量，kg/s
    cp——燃?xì)獾谋榷▔簾崛荩琂/(kg·K)
    t2——燃?xì)獾慕K端溫度，℃
    t1——燃?xì)獾氖级藴囟?，?/span>
    K——補(bǔ)償系數(shù)，一般取1.3～1.5
    l——被電熱帶加熱管道的長(zhǎng)度，m
    q——被電熱帶加熱管道的單位長(zhǎng)度的散熱量，W/m
忽略管道的導(dǎo)熱熱阻、燃?xì)馀c管道內(nèi)表面對(duì)流換熱的熱阻，得到公式(2)[4]。
 
式中tf——管內(nèi)燃?xì)獾臏囟?，?/span>
    ta——周圍空氣的溫度，℃
    A——保溫材料的熱導(dǎo)率，W/(m·K)
    D1——管道保溫層外徑，m
    D0——管道外徑，m
    α1——保溫層表面與周圍空氣間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)
    當(dāng)僅維持燃?xì)夂凸艿罍囟炔蛔儠r(shí)，只需計(jì)算管道的單位長(zhǎng)度散熱量q。本工程中tf=5℃，ta=-34℃，D1=0.136m，D0=0.076m，λ=0.033W/(m·K)，α1=28W/(m2·K)，l=80m，根據(jù)公式(1)和(2)得q=13.5W/m，Ф=1404W。
b. 電熱帶功率的計(jì)算
 
式中P——電熱帶的功率，W
    η——電熱帶效率，取0.85
    本工程中P=1652W。
c. 電熱帶纏繞螺距的計(jì)算
 
式中d——纏繞螺距，m
    L——電熱帶長(zhǎng)度，m
    本工程中單位長(zhǎng)度電熱帶的功率為10W，則L=165.2m，d=0.24m。
   ④ 外管保護(hù)
   為了防止管道保溫及伴熱遭到破壞，管道保溫層外加鋁皮或鐵皮保護(hù)。
3 結(jié)語(yǔ)
在沈陽(yáng)市蘇家屯地區(qū)有部分住宅樓庭院管道采用電伴熱方式進(jìn)行伴熱保溫，已經(jīng)進(jìn)行了3個(gè)冬季的正常供氣，電伴熱裝置簡(jiǎn)單、發(fā)熱均勻、溫度準(zhǔn)確、反應(yīng)快捷，具有防爆、防火及全天候工作性能，使用壽命長(zhǎng)，不污染環(huán)境[5]，能很好地解決北方地區(qū)架空燃?xì)夤艿赖姆纼鰡?wèn)題，并大大提高燃?xì)夤艿赖妮斔湍芰凸獾陌踩浴?/span>
參考文獻(xiàn)：
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[2] 化學(xué)工業(yè)部化工工藝配管設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.化工管道手冊(cè)(下冊(cè))[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986.
[3] 段常貴.燃?xì)廨斉?第3版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.
[4] 章熙民，任澤霈，梅飛鳴，等.傳熱學(xué)(第3版)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1990.
[5] 時(shí)衛(wèi)玲.電伴熱技術(shù)在輸油管道上的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2000，(4)：82-83.
 
(本文作者：李連星 劉強(qiáng) 建設(shè)部沈陽(yáng)煤氣熱力研究設(shè)計(jì)院 遼寧沈陽(yáng) 110026)