恒功率電阻并聯(lián)型伴熱控制技術(shù)方案

1、恒功率電阻并聯(lián)型伴熱控制技術(shù)方案一、產(chǎn)品概述目前煙氣在線儀器使用的伴熱管是自限溫型的，其安全的控制完全依靠伴熱帶的自身性能。由于沒有存在過流保護(hù)以及過熱保護(hù)，一旦自限溫性能發(fā)生失效是就可能帶來火災(zāi)隱患。在郴州的現(xiàn)場已經(jīng)發(fā)生了一起比較嚴(yán)重的火災(zāi)，所幸沒有造成更為嚴(yán)重的后果。但對公司的形象造成極為不好的影響，也為公司其他煙氣在線儀器的伴熱帶安全提出了疑問，為產(chǎn)品的安全敲響了警鐘。秉著對客戶負(fù)責(zé)的態(tài)度，無論是已經(jīng)安裝的還是以后銷售的儀器為了能排除伴熱帶造成的安全隱患，有效的保護(hù)儀器以及現(xiàn)場的安全。研發(fā)一套快速而且有效的恒功率伴熱帶的控制器已是目前迫切需求。恒溫度電伴熱管要求電屏蔽和良好接地，以及潮濕

2、問題。但是我們現(xiàn)場做到這些要求比較困難，所以建議回避采用這樣技術(shù)難度大環(huán)境要求高的電伴熱管。同時基于恒功率電阻并聯(lián)型伴熱管有比較完好的解決方案，工作可靠性和安全性大大提高，所以建議采用恒功率電阻并聯(lián)型電伴熱管作為煙氣在線監(jiān)控系統(tǒng)的采樣管和工藝優(yōu)化采樣器的采樣管。二、電伴熱可行性分析電伴熱是用電熱來補(bǔ)充被伴熱物體在工藝過程中所散失的熱量，測控流體介質(zhì)溫度，使之維持在一個合理和經(jīng)濟(jì)的水平上。我國工藝管線和罐體容器的伴熱目前大多采用傳統(tǒng)的蒸氣或熱水伴熱。電伴熱是用電熱的能量來補(bǔ)充被伴熱體在工藝流程中所散失的熱量，從而維持流動介質(zhì)最合理的工藝溫度，它是一種高新技術(shù)產(chǎn)品。電伴熱是沿管線長度方向或罐體容積

3、大面積上的均勻放熱，它不同于在一個點(diǎn)或小面積上熱負(fù)荷高度集中的電伴熱，電伴熱溫度梯度小，熱穩(wěn)定時間較長，適合長期使用，其所需的熱量(電功率)大大低于電加熱。電伴熱具有熱效率高，節(jié)約能源，設(shè)計簡單，施工安裝方便，無污染，使用壽命長，能實現(xiàn)遙控和自動控制等優(yōu)點(diǎn)，是取代蒸汽，熱水伴熱的技術(shù)發(fā)展方向，是國家重點(diǎn)推廣的節(jié)能項目。電伴熱與蒸汽（熱水）相比，具有諸多優(yōu)勢如下：（1）電伴熱裝置簡單、發(fā)熱均勻、控溫準(zhǔn)確，能進(jìn)行遠(yuǎn)控，遙控，實現(xiàn)自動化管理。（2）電伴熱具有防爆、全天候工作性能，可靠性高，使用壽命長。（3）電伴熱無泄漏，有利于環(huán)境保護(hù)。（4）節(jié)省鋼材：它不需要蒸氣伴熱所需的一來一去二趟伴熱管路。（5

4、）節(jié)省保溫材料。（6）節(jié)約水資源，不象鍋爐每天需要大量的水。（7）電伴熱還能解決蒸氣和熱水伴熱難以解決的問題。（8）電伴熱設(shè)計工作量小，施工方便簡單，維護(hù)工作量小。（9）效率高，能大大降低能耗。（10）在正確維護(hù)下，電伴熱系統(tǒng)使用壽命為8年或更長。電伴熱產(chǎn)品可廣泛用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、機(jī)械、食品、船舶等行業(yè)的管道、泵體、閥門、槽池和罐體容積的伴熱保溫、防凍和防凝，是輸液管道、儲液介質(zhì)罐體維持工藝溫度最先進(jìn)、最有效的方法。電伴熱不但適用于蒸汽伴熱的各種場所，而且能解決蒸汽伴熱難以解決的問題，如：長輸管道的伴熱，窄小空間的伴熱；無規(guī)則外型的設(shè)備（如泵）伴熱；無蒸汽熱源或邊遠(yuǎn)地區(qū)管道和設(shè)備的伴

5、熱；塑料與非金屬管道的伴熱，等等。主要應(yīng)用場所舉例如下：（1）石油管線防凝、解蠟和伴熱保溫。（2）油田井口采油樹的伴熱防凝，提高產(chǎn)量。（3）化工管道、罐體、儀表管線的伴熱保溫。（4）海上石油平臺輸油管線伴熱和水管防凍。（5）油輪和船舶管線、容器的伴熱保溫。（6）發(fā)電廠重油管道的伴熱保溫和水管的防凍。（7）間歇輸送介質(zhì)管道的升溫和伴熱保溫。（8）需要嚴(yán)格控制介質(zhì)溫度管線的伴熱保溫。但是，目前我國電伴熱工程暫無國家或行業(yè)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可遵循，所以產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)都是以企業(yè)自身標(biāo)準(zhǔn)而定，所以使用和安裝應(yīng)在供貨方的指導(dǎo)下進(jìn)行。因此，電伴熱帶產(chǎn)品就沒有國家3C強(qiáng)制認(rèn)證。市場說有這種認(rèn)證的大都是電線電纜的國家3

6、C強(qiáng)制認(rèn)證，敬請留意上面文字說明多數(shù)以各種型式電線或電纜命名。三、技術(shù)對比(1)、恒功率電熱帶的工作原理和特點(diǎn)電源母線為二根平行絕緣銅線，在內(nèi)絕緣層上纏繞電熱絲，并將電熱絲每隔一定距離（即“發(fā)熱切長”）與母線連接，形成連續(xù)并聯(lián)電阻。母線通電后，各并聯(lián)電阻發(fā)熱，因而形成一條連續(xù)的加熱帶。恒功率電熱帶單位長度的發(fā)熱量恒定，使用的電熱帶越長，輸出的總功率越大。該電熱帶在現(xiàn)場能按實際需要長度任意剪切，具有柔軟性，機(jī)械強(qiáng)度高，但不能重疊安裝。發(fā)熱絲的溫度（在0維持溫度下)+外界維持溫度必須小于絕緣材料的耐溫等級。在相同維持溫度下（例如在0維持溫度下）,米功率越高,發(fā)熱絲溫度也越高。因此當(dāng)絕緣材料的耐溫等

7、級一定時,恒功率電熱帶米功率越高，允許的最高維持溫度就越低。對于恒功率電熱帶由于隨著長度的增加，電纜尾端的壓降也將增加，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，電纜尾端功率降不得超過輸入端的20%。因此此時的電纜長度就規(guī)定為恒定功率電纜的最大長度。自控溫電熱帶的最大長度是基于某一規(guī)格的斷路器的大小再考慮一定的沖擊電流而定的。(2)、自限溫電熱帶的工作原理和特點(diǎn)自限溫電熱帶的電熱元件，是在兩根平行金屬母線之間均勻地擠包一層PTC材料制成的芯帶。電纜一端的兩根母線與電源接通時，電流從一根母線橫向流過PTC材料層到達(dá)另一根母線，PTC層就是連續(xù)并聯(lián)在母線之間的電阻發(fā)熱體，將電能轉(zhuǎn)化成熱能，對操作系統(tǒng)進(jìn)行伴熱保溫。芯帶電阻隨

8、溫度升高增大，到了高阻區(qū)，電阻大到幾乎阻斷電流，芯帶溫度便達(dá)到高限不再升高卻自動限溫。電纜的輸出功率主要受控于傳熱過程以被加熱體系的溫度。自控溫電伴熱線依據(jù)各自所在微區(qū)的感溫結(jié)果，就地自動跟蹤伴熱，整個管線上無數(shù)個并聯(lián)電阻元件如同一條條各盡所能、自動協(xié)作的無聲伴熱工作線，使全線管溫處處、時時均勻同步，即無過熱點(diǎn)也無過低點(diǎn)。從而實現(xiàn)了自動保溫、安全節(jié)能。獨(dú)立的伴熱性能使得電伴熱線能夠重疊敷設(shè)不過熱、隨意剪短照樣用、安裝方便、運(yùn)行安全的技術(shù)基礎(chǔ)。自限溫電熱帶經(jīng)過輻照可以增加使用壽命和發(fā)熱溫度的穩(wěn)定性，但此類產(chǎn)品在長期使用中有功率的衰減趨向。選用自限溫伴熱電纜（自控溫電熱帶）的依據(jù)：（1）、首先知道

9、需要電伴熱的場合：一般區(qū)、危險區(qū)、防爆區(qū)、腐蝕區(qū)等場合。（2）、是否確認(rèn)選用自限溫控伴熱電纜（自控溫電熱帶）。（3）、管道最高維持溫度。（4）、管道最高偶然性的操作溫度。（5）、環(huán)境最低維持溫度（6）、供應(yīng)電壓（7）、閥門、法蘭和管架的數(shù)目與種類（8）、需要伴熱的管道長度(3)、自控溫和恒功率兩種的應(yīng)用特點(diǎn)1、自控溫電熱帶是由導(dǎo)電聚合物和兩條平行金屬導(dǎo)線及絕緣層構(gòu)成。其特點(diǎn)是導(dǎo)電聚合物具有很高的電阻正溫度系數(shù)特性，且相互并聯(lián)；能隨被加熱體系的溫度變化自動調(diào)節(jié)輸出功率，自動限制加熱的溫度。可以任意截短或在一定范圍內(nèi)接長使用，并允許多次交叉重疊而無高溫度點(diǎn)及燒壞之慮。一般情況下，可不配溫度控制器，

10、僅在溫度控制精度要求很高場合才配溫控器。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(qiáng)型。腐蝕區(qū)應(yīng)采用加強(qiáng)型。2、恒功率電熱帶是以金屬電阻絲或?qū)Ｓ锰祭w維束串聯(lián)或并聯(lián)與導(dǎo)電線芯及絕緣材料結(jié)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，因此使用時必須配置溫控器，不允許交叉、重疊及任意接長、剪斷使用，否則會出現(xiàn)過熱、過載、燃燒等惡性事故，因此恒功率電熱帶常用于非重要(非防爆)場合，功率需要較大、溫度較高的加熱場合。四、設(shè)計原理設(shè)計電熱帶配電系統(tǒng)時，電熱帶應(yīng)與過載、短路、漏電保護(hù)和溫度保護(hù)裝置配合，并應(yīng)符合我國有關(guān)電氣規(guī)范要求。具體如圖一所示:圖一 恒功率電阻并聯(lián)型伴

11、熱控制原理控制說明：漏電保護(hù)器，溫控斷路器，電流斷路器都串聯(lián)在伴熱帶的供電回路中。只要有一個方面發(fā)生了問題，都能及時的切斷伴熱帶的供電電源。從而保護(hù)系統(tǒng)，消除安全隱患。1、漏電保護(hù)器：漏電保護(hù)器主要是用來在設(shè)備發(fā)生漏電故障時以及對有致命危險的人身觸電進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)發(fā)生漏電情況時將自動將電源切斷以保護(hù)設(shè)備以及人身安全，此類器件已經(jīng)在家用電器上。2、溫度控制器：溫度控制器由溫度檢測器、控制器、溫控斷路器組成。溫度檢測器是將伴熱帶內(nèi)的溫度轉(zhuǎn)換為電信號輸出至控制器?？刂破髫?fù)責(zé)上下限溫度的設(shè)定和保存、溫度信號進(jìn)行分析、判斷溫度是否在高低溫設(shè)定范圍內(nèi)并啟停溫度斷路器，實現(xiàn)跳閘以及合閘動作。實現(xiàn)的功能是在檢測

12、到伴熱帶內(nèi)溫度過高的時候進(jìn)行跳閘開路，使得伴熱帶內(nèi)的溫度降低。這樣能有效的避免由于溫度升高而帶來的起火隱患。當(dāng)溫度過低的時進(jìn)行合閘動作，啟動伴熱帶進(jìn)行加熱、升溫。3、電流保護(hù)控制：電流保護(hù)控制由電流檢測ct、電流設(shè)定、電流檢測計算部件、控制出口電路、交流接觸器等組成。工作原理是：電流變送器將伴熱帶上的電流轉(zhuǎn)換為合適的電信號傳輸給電流檢測計算部件、由計算部件計算出電流值與設(shè)定值相比較，根據(jù)不同的情況控制報警或者斷開交流接觸器動作產(chǎn)生跳閘保護(hù)動作。其中計算部件是關(guān)鍵，主要完成以下功能：（1）、伴熱帶短路控制交流接觸器斷開電路。當(dāng)伴熱帶短路瞬間伴熱管供電回流的電流會急劇增大，在20毫秒內(nèi)檢測到短路、

13、馬上控制交流接觸器斷開供電回路并報警。根據(jù)恒功率并聯(lián)電阻型伴熱管的特點(diǎn)，系統(tǒng)的電流一般情況是很定的值，不會有電流突然急劇上升的情況，這種情況在一個電流周期內(nèi)能完全準(zhǔn)確判斷。如果出現(xiàn)這種情況，肯定是供電回流短路引起的。如果在20毫秒內(nèi)檢測出故障，并且能在15毫秒內(nèi)跳開交流接觸器，也就是說在35毫秒內(nèi)能斷開短路電流，肯定不會引起火災(zāi)發(fā)生，因此可以完全避免火災(zāi)。但是自控溫型伴熱管的溫度是由高分子材料本身的特性隨溫度變化調(diào)節(jié)電流的，沒有辦法檢測電流來斷開短路故障的發(fā)生，所以在這方面恒功率電阻并聯(lián)型伴熱管在因為火災(zāi)引起的可控性方面優(yōu)點(diǎn)不太突出。（2）、伴熱管因為潮濕或內(nèi)部感應(yīng)電壓跳火故障保護(hù)：潮濕或者絕

14、緣層失效等引起伴熱管內(nèi)部漏電打火的故障，恒功率并聯(lián)電阻型伴熱管同樣通過對電流變送器的信號進(jìn)行計算可以進(jìn)行判斷。這時候出現(xiàn)的電流波形畸變，產(chǎn)生諧波。在20毫秒內(nèi)可以判斷出產(chǎn)生比較大的電流并且有比較大的二次諧波來判斷有這種故障產(chǎn)生。出現(xiàn)這種故障時15毫秒內(nèi)控制交流接觸器跳閘并報警。從而避免了盤熱管質(zhì)量不良或潮濕引起伴熱管性能發(fā)生改變的故障產(chǎn)生。但是恒溫度伴熱管的電流本身隨溫度的變化而變化，無法判斷伴熱管潮濕或材料性能不良的故障。恒溫度電伴熱管沒有這方面的優(yōu)勢。（3）、伴熱帶局部斷路的報警和保護(hù)：恒功率并聯(lián)電阻型伴熱管由多個電阻并聯(lián)。當(dāng)其中有某一個或幾個斷路時，會造成整個系統(tǒng)的電阻增大，從而導(dǎo)致伴熱

15、供電回路電流變小。通過對電流變送器的數(shù)值進(jìn)行計算可以判斷出是否發(fā)生了局部斷路?？梢酝ㄟ^設(shè)置，當(dāng)發(fā)生了一定數(shù)量的局部斷路時進(jìn)行報警，提醒工作人員進(jìn)行相應(yīng)的處理。當(dāng)局部斷路數(shù)量超過一定值，恒功率電阻并聯(lián)型電伴熱管電流就會下降到設(shè)定電流值，這時候因為其失效，應(yīng)該跳閘并進(jìn)行維護(hù)更換。但是恒溫度型電伴熱管沒有這個特征，沒法判斷是否內(nèi)部斷路引起失效。這也是恒功率并聯(lián)電阻型電伴熱管的一個優(yōu)勢。同時，伴熱帶外殼加裝屏蔽層，并進(jìn)行接地。能有效的避免電磁干擾對伴熱帶的影響。也能更好的保證電流變送器的傳送穩(wěn)定性，有效的避免誤動作。五、產(chǎn)品功能1、電流過流極限值，欠流值，欠流極限值設(shè)置。2、溫度上、下限設(shè)置。3、電流超過過流極限值切斷伴熱帶電源，并通知儀器故障，待儀器故障記錄后切斷儀器電源。并報警。4、電流低于欠流值但高于欠流極限值時進(jìn)行報警。5、電流低于欠流極限值是切斷伴熱帶電源并報警。6、溫度高于溫度設(shè)定上限值切斷伴熱帶電源。7、溫度低于溫度設(shè)定下限值接通伴熱帶電源。六、性能參數(shù)項 目