電伴熱設(shè)計與選型計算方法
時間：2020-05-04 09:34 點擊次數(shù)：
青島信邦電熱科技有限公司在電伴熱領(lǐng)域中總結(jié)出關(guān)于電伴熱系統(tǒng)的計算設(shè)計方法：
電伴熱是利用伴熱電纜輸出的熱量來補償管道、容器、罐體等儲運系統(tǒng)所耗散的熱量，以維持系統(tǒng)操作介質(zhì)始終處在工藝要求的適宜溫區(qū)。所以，電伴熱帶設(shè)計首先要確定工藝裝置的熱損失即散熱量，然后根據(jù)散熱量確定所需伴熱電纜的功率和長度。
一：電伴熱設(shè)計說明：
1. 電伴熱適用范圍:適用于室內(nèi)外管道、容器、罐體等儲運系統(tǒng)、設(shè)備保溫和防凍。
2.電伴熱工程建議應(yīng)在供貨方的指導(dǎo)下進行安裝施工,并做好詳細的工程進展記錄表.
3.電伴熱防凍系統(tǒng)設(shè)計原理：利用電熱來補充輸水或貯水過程中所散失的熱量，以維持水溫在一定的范圍內(nèi)，達到保溫和防凍的目的，所以電伴熱仍需要有絕熱層、防潮層和保護層。
4.電伴熱防凍系統(tǒng)總體設(shè)計旨在經(jīng)濟的滿足管道流體(如：水)系統(tǒng)防凍(降粘及防堵)，從功能性、可實現(xiàn)性、經(jīng)濟性的角度出發(fā)，達到防凍(降粘及防堵)的效果。
最低氣象溫度標準和防凍標準：
山東地區(qū)氣象參數(shù)(極端平均最低溫度TA=-17.1℃)；維持設(shè)備的水不結(jié)冰狀態(tài)，采用管道水系統(tǒng)維持在5℃的標準。計算管道最大的散熱功率。
電伴熱設(shè)計需要確定的工藝參數(shù)
1) 管道要求的維持溫度TM(℃)；
2) 當?shù)刈畹铜h(huán)境溫度TA(℃)；
3) 管道的外徑D(mm)；
4) 容器的表面積S(m2)；
5) 管道的保溫材料品種及厚度(mm)；
6) 管道是在室內(nèi)或室外屬于什么工作區(qū)域。
二、系統(tǒng)設(shè)計：
2.1散熱量計算
散熱量計算有兩種方法：一查表法；二是按公式直接計算法。
2.1.1.查表法
首先根據(jù)需要伴熱的維持溫度TM和最低環(huán)境溫度TA
計算溫差：ΔT
ΔT＝TM-TA
根據(jù)ΔT查金屬管道散熱量(QB)見附表一
或設(shè)備散熱量(QP)見附表二
根據(jù)查得的QB或QP按下式計算出實際的散熱量
管道QTB＝＝f×QB
平壁設(shè)備QTP＝f×QP
式中：TM--需要伴熱的維持溫度(℃)
TA--極端平均最低溫度(℃)，室內(nèi)有空調(diào)的按室內(nèi)空調(diào)最低溫度計算
QTB--管道實際需要伴熱熱量(W/m)
QTP--平壁實際需要伴熱熱量(W/m)
f----保溫材料修正參數(shù)
2.1.2.直接計算方法：
(1)管道QTB={[2π(TM-TA) ]/［( LnD2/D1)1/λ+2/( D2α)]}×1.3 ………
(2)設(shè)備QTP=[(TM-TA)/(δ/λ+1/α)] ×1.3 ……………………………
式中：
TM--需要伴熱的維持溫度(℃)
TA--極端平均最低溫度(℃)，室內(nèi)有空調(diào)的按室內(nèi)空調(diào)最低溫度計算
λ--保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，(W/m℃)
D1--保溫層內(nèi)徑(mm)，(管道外徑)
D0--保溫層外徑(mm)
δ--保溫層厚度(mm)
Ln--自然對數(shù)
α--保溫層外表面向大氣的散熱系數(shù)(W/㎡℃)與風(fēng)速ω(m/s)有關(guān)
α=1.163(6+ω1/2) W/( ㎡℃ ) …………………………(3)
1.3--安全系數(shù)
2.1.3.管道材質(zhì)修正系數(shù)
不同材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)不同，在同等TM的情況下所需功率不同，修正系數(shù)f,見附表四；
QTB、QTP值的條件是鋼材，如材質(zhì)變動應(yīng)乘以材質(zhì)修正系數(shù)。
Q=Qt×f W/m ………………………………………(4)
式中：
Q--表示最后確定的總實際需要伴熱熱量(W/m)
Qt--表示代表QTB、QTP伴熱熱量(W/m)
f----保溫材料修正參數(shù)見附表三
2.2確定電伴熱帶的功率及長度：
2.2.1.計算所需伴熱電纜的總長度L
A：計算管道所需伴熱電纜的總長度L1
用Q值(QTB、QTP)來選擇合適規(guī)格的伴熱電纜，并確定每米管道Lg所用伴熱電纜的長度和敷設(shè)方法。
Lg=Q/QM (m)……………………………………………(4)
式中：
Lg--表示每米管道所用伴熱電纜的長度(m)
Q--表示最后確定的總實際需要伴熱熱量(W/m)
QM--表示某一規(guī)格伴熱電纜在維持溫度TV時的輸出功率(W/m)
Lg小于1時，每米管道采用的伴熱電纜小于1m無法敷設(shè)，所以Lg不能小于1。
Lg等于1時，則每米管道采用1 m該規(guī)格的伴熱電纜，單根直線敷設(shè)。
Lg等于n時(n為整數(shù))，則每米管道采用n根這種規(guī)格的伴熱電纜，n根直線敷設(shè)。
Lg大于1且不等于n ，可采用螺旋卷繞敷設(shè)，節(jié)距為LS(m)
LS=π(D+d)/(Lg2-1)0.5 m ………………………(6)
式中：
D為管道外徑(m)
d為伴熱電纜厚度(m)
管道部分用伴熱電纜長度，為：
L1＝管道總長度×Lg (m)………………………………(7)
B：平面部分用伴熱電纜長度L2
1) 每平方米表面應(yīng)敷設(shè)伴熱電纜長度為：
Lp=(Qp×f)/ QM m/㎡
2) Lp≥3，即每㎡面積須敷設(shè)不短于3m長度的伴熱電纜。
3) 平面部分用伴熱電纜長度為：
L2=S×Lp m…………………………………………………(8)
S為散熱平面面積(m2)。當管徑大于600mm時可當作平面容器處理。
C：管道附件用伴熱電纜長度
管道附件的熱損失可換算成一定長度相同管徑管道的熱損失，所需電纜應(yīng)敷設(shè)在相應(yīng)附件上。
管道附件所需伴熱電纜長度 = 附件散熱系數(shù)×每米管道所需同種電纜長度
1) 每個閥門所需電纜長度Lf,為：
Lf=kf×Lg………………………………………………………(9)
式中，kf為閥門散熱系數(shù)
閥門散熱系數(shù)
閥門品種 閘 閥 蝶 閥 球 閥 球心閥
散熱系數(shù) 1.5 0.9 1.0 1.4
2) 每個管道其他附件所需電纜長度Lj為：
Lj=kj×Lg …………………………………………………(10)
式中，kj為其他附件散熱系數(shù)
管道附件散熱系數(shù)
附件項目 法蘭 彎頭 直型接頭 T型接頭 托架 吊架
散熱系數(shù) 2 2 2 3 3 3
D：接頭留用長度L3
1) 每個電源引入端預(yù)留1m；
2) 每個尾端留0.5m；
3) 每個直型或T型接線盒預(yù)留0.5m；
4) 備用(按工程需要)；
所需伴熱電纜總長度L為(增加10%的安全系數(shù))， L = (L1+L2+Lf+Lj+L3)×1.1
三：電熱帶選型：
在選擇電熱帶產(chǎn)品時，應(yīng)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：
3.1 根據(jù)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)熱等級。
根據(jù)管道可能經(jīng)受的最高溫度來選擇相應(yīng)最高暴露溫度的電熱帶，確定管道是否會出現(xiàn)偶發(fā)性溫升(如蒸汽、熱水、熱油清掃管道)及最高溫度，所選電熱帶的最高暴露溫度應(yīng)不低于偶發(fā)性溫升。如偶發(fā)性溫升高于最高暴露溫度，可在進行熱工估算后，調(diào)整安裝方法，即在電熱帶與管道之間加一層適當厚度的保溫層，以緩解偶發(fā)溫升對電熱帶的影響。
3.2根據(jù)功率—溫度曲線選擇電熱帶功率
選擇電熱帶的輸出功率，不是以標稱功率為依據(jù)，而是以系統(tǒng)維持溫度時電熱帶必須輸出的功率為依據(jù)。
選擇電熱帶的溫度等級及伴熱功率與系統(tǒng)所需的維持溫度有直接關(guān)系，應(yīng)選用最高表面溫度高于系統(tǒng)維持溫度(例如20℃)并能補償體系熱損失的電熱帶。
3.3單一電源最大電熱帶的確定
從同一個電源接線盒引出的所有各段伴熱電纜的長度之和，稱為單一電源最大伴熱電纜長度。據(jù)此選擇過流保護開關(guān)的容量。根據(jù)管道分布及支線長短選用電熱帶，低功率電熱帶單根使用長度較大，適合較長的支線使用，若一根的功率不夠可用多根。
3.4 電熱帶結(jié)構(gòu)的選擇
根據(jù)安裝環(huán)境和條件進行結(jié)構(gòu)選擇
1)在塑料或表面涂有油漆，而不能可靠接地的容器和管道上選用屏蔽型產(chǎn)品。
2)在易燃易爆地區(qū)，或管內(nèi)介質(zhì)是易燃易爆介質(zhì)，應(yīng)選用屏蔽型防爆電伴熱產(chǎn)品。
3)管道內(nèi)介質(zhì)如有腐蝕性，或電纜有可能接觸腐蝕屏蔽層的化學(xué)品，則應(yīng)采用防護型產(chǎn)品。
3.5 其他事項
1)電伴熱帶的電源接線截面要大于伴熱電纜導(dǎo)體截面。
2)熔斷器、空氣開關(guān)要選擇適中，要考慮大于全線起動電流。
3)易燃易爆地區(qū)必須采用專用的電源接線盒，中間接線盒和終端等專用附件。
4 ) 根據(jù)電源容量、電壓、電網(wǎng)平衡狀態(tài)，確定采用單相供電或三相供電及電壓等級。
5 ) 管道周圍環(huán)境是否便于電纜安裝，確定電伴熱帶，采用直線敷設(shè)還是螺旋敷設(shè)。
四：電伴熱系統(tǒng)圖
4.1電伴熱系統(tǒng)圖繪制原則
1)每個單一電源供電的電伴熱系統(tǒng)，應(yīng)繪制各自的電伴熱系統(tǒng)圖。
2)電伴熱系統(tǒng)圖以該被伴熱管道配管圖為依據(jù)，用軸側(cè)投影圖表示。
3)電伴熱系統(tǒng)圖是示意圖，可以不按比例繪制。
4.2 電伴熱系統(tǒng)圖圖示要求
1)電伴熱系統(tǒng)圖應(yīng)列出管道編號、管徑、材質(zhì)，保溫材質(zhì)和保溫厚度；
2)應(yīng)標出管道上的閥門、管件、支架、法蘭的位置及管道的長度，同時標出接線盒的位置；
3)列出管內(nèi)介質(zhì)的名稱、操作溫度，維持溫度，可能最高溫度，最低環(huán)境溫度、溫差、散熱損失、危險區(qū)域分類；
4) 列出電伴熱帶的規(guī)格，數(shù)量及其在維持溫度時的發(fā)熱量以及電器設(shè)備的數(shù)量、規(guī)格、型號及其他附件。
五：電伴熱設(shè)施的安裝
5.1 安裝前的準備
1) 所有電伴熱帶均須進行電路連續(xù)性和絕緣性能的測試，不符合規(guī)定的不能使用。
2) 電氣設(shè)備和控制設(shè)備均須進行外觀檢查，有變形、有裂紋，器件不全又無法修復(fù)的，不能使用。
3) 安裝前，應(yīng)先按照電伴熱系統(tǒng)圖，逐一核對管道編號、管道規(guī)格、工藝條件、電伴熱帶參數(shù)、規(guī)格型號、電氣設(shè)備和控制設(shè)備規(guī)格型號，確認無誤后，才能進行安裝。
4) 沒有產(chǎn)品標記，或標記模糊不清，無法辨認的產(chǎn)品，不能安裝。
5) 電伴熱系統(tǒng)安裝前，被伴熱管道必須全部施工完畢，并經(jīng)水壓試驗(或/和氣密試驗)檢查合格。
5.2 安裝注意事項
1) 電熱帶安裝時，不要在地面上拖拉，以免被鋒銳物損壞。不要與高溫物體接觸，防止電焊熔渣濺落到電熱帶上。
2) 電熱帶有良好的柔性，但不允許硬折，需要彎曲時，彎曲半徑不得小于伴熱電纜厚度的6倍。
3) 電熱帶嚴禁用重物硬砸，如被砸 伴熱電纜應(yīng)重新進行電氣測試，合格后才能使用。
4) 電熱帶應(yīng)與被伴熱管道(或設(shè)備)貼緊并固定，以提高伴熱效率。固定電伴熱帶時應(yīng)用專用尼龍扎帶，嚴禁用金屬絲綁扎。
5)非金屬管道應(yīng)在管外壁與伴熱電纜之間貼一層鋁膠帶，用來增大接觸傳熱面積。
6) 電熱帶的安裝要充分考慮管道附件(或設(shè)備)的拆卸可能性，且電伴熱帶又不需要被切斷。電熱帶被剪斷或接頭時要注意接頭的密封。
7) 每米管道熱損失大于每米伴熱電纜輸出功率時，采用纏繞方式，以利維修時拆卸。
8)法蘭處易產(chǎn)生泄漏，纏繞電伴熱帶時，應(yīng)避開其正下方。
9)電熱帶在管道上的安裝方法與固定，扎帶材料應(yīng)根據(jù)管道的溫度選用。
10) 電熱帶安裝完畢后，必須逐個回路進行電氣測試合格后，再進行通電試驗，檢查電熱帶發(fā)熱情況。確認正常后，才允許保溫。
11) 保溫材料應(yīng)干燥。潮濕的保溫材料不但影響伴熱效果，還會導(dǎo)至對電熱帶的腐蝕，縮短使用壽命，未包外保護層的保溫管道，被雨雪澆濕后，應(yīng)風(fēng)干后再施工外保護層。
12) 伴熱系統(tǒng)施工完畢，應(yīng)在管道的外保護層，做出明顯的電伴熱標記，以提醒人們注意。
13) 電熱帶安裝時，當電纜一端接入電源前應(yīng)將母線另一端用配套的封頭套封好，兩條母線不得短路。
14) 多回路電熱帶從同一接線盒接出時，各母線都要有絕緣套隔離，以防短路。
15) 接線盒應(yīng)密封，防止雨水進入。
5.4電伴熱系統(tǒng)的現(xiàn)場測試與檢查
1) 電熱帶的連續(xù)性和絕緣電阻，用1000V搖表檢查，系統(tǒng)絕緣電阻大于50MΩ為合格。
2) 電熱帶安裝完畢，每個電伴熱回路的測試結(jié)果應(yīng)有記錄和報告。
3) 檢查人員應(yīng)按照工程規(guī)定對伴熱系統(tǒng)的安裝進行中間檢查和最終核實、驗收。
六：相關(guān)電氣設(shè)計：
設(shè)計電伴熱配電系統(tǒng)時，電熱帶應(yīng)與過載、短路、漏電保護和溫度保護裝置配合，并應(yīng)符合我國有關(guān)電氣規(guī)范要求。
6.1單一電源電熱帶長度的定義如下圖：
變功率單一電源電熱帶最大使用長度與過流保護開關(guān)的容量關(guān)系可查電伴熱編制說明，當實際過流保護開關(guān)容量介于兩檔之間，應(yīng)選用容量大的一檔。
6.2電路對地漏電保護
每條電熱帶線路應(yīng)采用30MA對地漏電開關(guān)做電氣保護。特別是防爆區(qū)、危險區(qū)或腐蝕區(qū)，和管道需要經(jīng)常維修和電熱帶易受到機械損壞的區(qū)域。
舉例說明
1.1室內(nèi)熱水管道伴熱
我公司針對某高級公寓室內(nèi)衛(wèi)生間熱水管道伴熱熱水維持溫度TM＝50℃，偶然性操作溫度65℃。室內(nèi)空調(diào)溫度最低溫度TA＝16℃，管道通過普通區(qū)。電壓220V。管徑為DN100。
管長50M，管道上有3個閘閥，8對法蘭(包括閥門的6對)5個管架。保溫層材料為泡沫橡塑(λ＝0.038W/m℃)，厚30mm確定電伴熱帶的長度、功率和選型。
第一步：計算溫差：ΔT
ΔT＝TM-TA TM＝50℃ TA＝16℃
ΔT＝50-16＝34 ℃
第二步：計算管道散熱量QB。查附表一，當ΔT＝30℃，QB＝21.8W/m，ΔT＝40℃ QB＝29.0W/m。采用內(nèi)差法求得：
QB＝21.8+｛(29-21.8)/(40-30)｝×(34-30)
＝24.68W/m
第三步：計算實際散熱量QTB，根據(jù)QTB＝＝f×QB 查表： f=1.23
QTB＝1.23×24.68＝30.36W/m
第四步：計算電熱帶總長度L：
a.自控溫電熱帶(變功率電熱帶)，查電熱帶的編制說明：附表五可知，選用45ZWK2-P
(中溫屏蔽型)提供的自控溫電伴熱帶比較合適，從電熱帶的編制說明查出10℃時，每米輸出功率45W/m，50℃時輸出的功率QM＝28.8W/m，小于散熱量QTB＝30.36W/m，因此，選用45ZWK2-P，需要確定安裝系數(shù)：Lg=Q/QM＝30.36/28.8＝1.06
提供的電熱帶總長度計算如下：
管道部份：L1＝50×1.06＝53m
法蘭部份：L2＝8×(2×.215)=3.44m(0.215法蘭盤直徑)
閘閥部份：L3＝3×1.3＝3.9m(1.3系數(shù)，查伴熱設(shè)計)
管架部份：L4＝5×3×2×.15＝4.5m(0.15為管道與支架接觸長度)
其它部份：L5＝2×1＝2.0m(1個電源接線盒，1個尾端接線盒)
總長度：L＝L1+L2+L3+L4+L5=53+3.44+3.9+4.5+2=66.84m
查安裝與操作中相關(guān)電氣設(shè)計說明：
TA＝10℃，Lmax＝65m，20A開關(guān)；Lmax＝96m，30A開關(guān)容量。
電熱帶實際總長度L＝66.84m，選用30A開關(guān)。配用自控溫電伴熱帶可以任意剪切。
總功率：N＝L×QTB＝66.84×30.4＝1924W(1.924KW)
b.恒功率電熱帶
已知：QTB＝30.36W/m，查恒功率電伴熱帶編制，選用兩根或一根HBL2-J3-17W、HBL2-J3-35W
1.2應(yīng)用消防管道防凍：
我公司就應(yīng)用某樓宇地下室不采暖車庫消防管線防凍。根據(jù)管道冬季維持水溫TM＝5℃，其它條件同前例。
第一步：計算溫差：ΔT 查全國各地氣象參數(shù)最低環(huán)境溫度TA＝-17.1℃
ΔT＝TM-TA TM＝5℃ TA＝-17.1℃
ΔT＝5-(-17.1)＝22.1℃
第二步：計算管道散熱量QB。查附表一，當ΔT＝20℃，QB＝14.5W/m，ΔT＝30℃ QB＝21.8W/m。采用內(nèi)差法求得：
QB＝14.5+｛(21.8-14.5)/(30-20)｝×(22.1-20)
＝16.1W/m
第三步：計算實際散熱量QTB，根據(jù)QTB＝＝f×QB 查表：附表三 f=1.23
QTB＝1.23×16.1＝30.36W/m
第四步：計算電熱帶總長度L：
a.自控溫電熱帶(變功率電熱帶)，查電熱帶的編制說明：附表五可知，選用15ZWK2-P
(中溫屏蔽型)提供的自控溫電伴熱帶比較合適，從電熱帶的編制說明查出10℃時，每米輸出功率45W/m，50℃時輸出的功率QM＝28.8W/m，小于散熱量QTB＝30.36W/m，因此，選用15ZWK2-P，需要確定安裝系數(shù)：Lg=Q/QM＝30.36/28.8＝1.06
需要確定安裝系數(shù)：Lg=Q/QM＝19.8/16.6＝1.19
提供的電熱帶總長度計算如下：
管道部份：L1＝50×1.19＝59.5m
法蘭部份：L2＝8×(2×.215)=3.44m(0.215法蘭盤直徑)
閘閥部份：L3＝3×1.3＝3.9m(1.3系數(shù)，查伴熱設(shè)計)
管架部份：L4＝5×3×2×.15＝4.5m(0.15為管道與支架接觸長度)
其它部份：L5＝2×1＝2.0m(1個電源接線盒，1個尾端接線盒)
總長度：L＝L1+L2+L3+L4+L5=59.5+3.44+3.9+4.5+2=73.34m
查安裝與操作中相關(guān)電氣設(shè)計說明：
TA＝0℃，Lmax＝96m，15A開關(guān)容量。
電熱帶實際總長度L＝66.84m，選用15A開關(guān)。配用自控溫電伴熱帶可以任意剪切。
總功率：N＝L×QTB＝73.34×30.4＝1217W(1.3KW)
b.恒功率電熱帶
已知：QTB＝30.36W/m，查恒功率電伴熱帶編制，選用一根HBL2-J3-20W
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