电伴热带设计安装指南

● 1.电伴热设计说明
1.1 电伴热适用范围：适用于工业与民用建筑等行业众多场合,金属管道及设备工艺装置的保温和防冻。
1.2 由于电伴热工程目前暂无国家(或行业)规范(程)和产品标准可遵循，所以安装和调试应在供货方的指导下或严格遵循本手册及有关国家标准、图集和有关安全规范进行。
1.3 电伴热的设计和安装要求：
由于电伴热的电热带是安装在绝热层和管道(或设备)外壁之间，利用电热来补充输贮过程中所散失的热量，以维持在一定的温度范围内，达到保温和防冻的目的。所以电伴热仍需有绝热层、防潮层和保护层。绝热层的材质、厚度和结构的选择应先按保温和防结露要求的绝热层厚度计算和选择电热带功率，当功率过大时，再增加绝热层厚度。用于保温为目的的绝热设防潮层。只有在确保夏季管道、设备表面不结露的情况下才可不设防潮层。保护层的设置要求与非电伴热保护层的设置要求相同。
1.4 电热带分自控温和恒功率两种。
（1）自控温电热带是由导电聚合物和两条平行金属导线及绝缘层构成。其特点是导电聚合物具有很高的电阻正温度系数特性，且相互并联；能随被加热体系的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热的温度。可以任意截短或在一定范围内接长使用，并允许多次交叉重叠而无高温度点及烧坏之虑。一般情况下，可不配温度控制器，仅在温度控制精度要求很高场合才配温控器。温控器的选择和安装要求与恒功率电热带相同。自控温电热带分屏蔽型和加强型。
腐蚀区应采用加强型。在保温层内金属管道上放热量曲线见电伴热编制说明(一)；电热带规格及技术特性见科华产品样本；电器保护开关的选用见电伴热编制说明（二）。
（2）恒功率电热带是以金属电阻丝或专用碳纤维束串联或并联与导电线芯及绝缘材料结合而制成，由于其输出功率恒定，温度积累必须采取通断电控温，因此使用时必须配置温控器，不允许交叉、重叠及任意接长、剪断使用，否则会出现过热、过载、燃烧等恶性事故，因此恒功率电热带常用于非重要(非防爆)场合，功率需要较大、温度较高的加热场合。
● 2.电伴热设计
2.1散热量计算
散热量计算有两种方法：一是查表法；二是按公式直接计算法。
（1）查表法
首先根据需要伴热的维持温度(To)和环境最低气温（Ta）计算温差：
△t=To-Ta………………………（8-1）
根据△t查金属管道散热量(QB)表5 或设备散热量(QP)表1 根据查得的QB或QP按下式计算出实际的散热量(QTB或QTP） 管道QTB=f×QB……………………………（8-2）
平壁设备QTP=f×QP………………………（8-3）
式中：To需要电伴热维持温度（℃）即金属管道或设备的表面温度。
Ta极端平均最低环境气温（℃），查全国各地气象参数表，室内有空调的按室内空调最低温度计算。
QTB管道实际需要伴热量（W/m）
QTP平壁设备实际需要伴热量（W/m2）
f绝热材料修正系数（查表3）
（2）直接计算法
管道Q1＝1.3*2π×λ×（To-Ta）/In {D1/D2+2/aD2}
式中：To需要电伴热维持温度（℃）即金属管道或设备的表面温度。
Ta极端平均最低环境气温（℃），查全国各地气象参数表，室内有空调的按室内空调最低温度计算。
QTB管道实际需要伴热量（W/m）
QTP平壁设备实际需要伴热量（W/m2）
f绝热材料修正系数（查表3）
2.2 确定电热带的功率及长度
根据散热量及维持温度选择相应系列的电热带，其最高维持温度必须高于介质维持温度。单位长度散热量小于或等于电热带额定功率时，电热带长度等于管道长度乘以1.1～1.2的未预见系数。单位长度热损失大于电热带额定功率时（即比值大于1时），用以下方法修正：
a、采用两条或更多条的平行电热带敷设，电热带长度为管道长度×根数。
b、采用卷绕法敷设，根据散热量与电热带功率的比值，查管道电热带缠绕安装图得到卷绕的螺距，并按此敷设。电热带长度为管道长度×比值。（安装空间比较紧张的场合不宜采用此法）。
c、增加绝热层材料的厚度或选用导热系数较低的绝热材料。
d、管道零配件所需的电热带长度。
法兰加上两倍法兰盘直径的长度；金属管架加上管架与管道接触长度的2～3倍；预留电源接线长约1米；中间接线盒和尾端各预留1米；每个阀门加上每米管道需要的电热带长度×阀门系数（阀门系数见表2）。
计算出有关管道零配件所需电热带长度之和，再加上被伴热管道的电热带长度，其总和即为整个系统所需电热带的总长度。
2.3电热带选型
在选择电热带产品时，应综合考虑各种因素，如适用性、经济性、供电条件等，具体方法如下：
a、根据管道维持温度及偶然性的最高操作温度选定电热带的耐温等级和发热温度等级。
b、根据管道单位长度的散热量或设备单位面积上的散热量来确定所需电热带的单位功率和长度。
c、根据不同使用环境来确定所需电热带产品的结构型式，一般场合下选用屏蔽型，有腐蚀性物质的场合选用加强型。
2.4相关的电气设计
设计电热带配电系统时，电热带应与过载、短路、漏电保护和温度保护装置配合，并应符合我国有关电气规范要求。
（1）单一电源电热带长度定义如下图：
单一电源自控温电热带最大使用长度与过流保护开关的容量关系可查电伴热编制说明（二）。当实际过流保护开关容量介于两档之间时，应选用容量大的一档。
（2）电路设置安全保护
每条电热带线路应采用30mA对地漏电开关做电气保护。特别是在防爆区、危险区或腐蚀区，和管道需要经常维修和电热带易受到机械损坏的区域。
（3）KHBRX配电箱是用于科华电热带工程的标准配电箱，采用挂式或箱体结构，电源电缆进口在箱底部，防护等级IP54，内装有主断路器。分路漏电保护断路器，也可根据特别需要，配报警装置及温控器。（详情见相关的电气配电箱样本）
2.5产品选型注意事项：
（1）无论是否防爆场合，都应严格选用加强型产品或屏蔽型产品，应根据现场应用条件的宽严要求，可以选择双层不阻燃（-P/J）、双层阻燃（-Pz/Jz）、双层不燃（-Pf/Jf）产品或无防腐要求选择屏蔽型（-P、-Pz、-Pf）产品。
（2）根据（低、中、高温）产品最高维持温度下降15℃±5℃后仍≥需要设计的维持温度的电热要求，以及被电热介质的允许最高维持温度。确定产品温度（高、中、低）等级的选型。
（3）根据使用条件及产品的起始电流值的大小，确定控制器件参数。
※起始电流的说明：
特别指出的是起始电流的高低不是判定性能稳定的技术指标，因为它无法独立进行比较。起始值受影响的因素较多，故业内专家引进了起始值和稳态值的“比值”才较为贴切的反映了产品的性能，但它是一项当产品大量采用时对控制线路及开关容量的一项应用参数，而起始电流值与该产品稳态电流值的比值是一项影响辅助设施的经济指标。电热带这项指标尚无国际国内标准值。国内外各厂家确定产品起动电流值为接通电源后某一时间值的电流值，时间越长，起动电流越小，同时起动电流又与该产品的发热温度、标称功率（w/m·10℃）,和使用环境温度高低、工作电压有关。电热带发热温度低，标称功率小，使用温度高、工作电压低，起动电流小。电热带发热温度高，标称功率大，使用温度低、工作电压高，起动电流大；以上定性规律，国际上根本无法以产品起动电流的大小来作为判别产品优劣这一说法，而是视其起动电流值与稳态工作电流值的比值来合理选用控制器件的（开关容量及熔断器的容量大小）一项重要依据。一般以2-5倍为好，下限比值优于上限比值。 （中温屏蔽专利型）自控温电热带比较合适 ，并从产品样本查出10（4）根据产品的最低环境使用温度，导电线芯截面大小、标称功率大小和最大使用长度以及过载保护器的容量大小校核安全负载，确定产品的实际使用长度，一般情况参阅编制说明（二）中表4，但该表4同一型号产品的导线截面可能是不一样的，因此在该表允许最大使用长度的情况下，同时也应满足产品合格证上标明的最大使用长度范围内方可，如果编制说明（二）表4中产品的使用长度大于该产品合格证标示的长度应与制造商联系、咨询，不得未经核算即擅自确定最大使用长度。
（5）对被伴热管线介质温度短时间超过电热带最高承受温度或间隙使用蒸汽清扫管线除垢的场合，应严格遵循优先选择特种专利系列产品，权宜选择Pf、Pb、Pf/Jf或Pb/Jf结构产品，并均皆应按照特种情况设计规定隔热隔离法安装使用，否则为误用。
（6）≤110V或≥380V产品的应用，因本手册无该类产品的工作曲线，因此设计选型时应向制造商咨询，在制造商指导下进行设计和应用选型。
（7）根据管线长度，尽量减少节点，确定平敷、缠绕以及提供电源点的地理位置条件和长输还是短输，确定采用通用型、中长型还是超长型以及工作电压的大小。
2.6实例
（1）室内热水管道伴热
热水维持温度To=50℃，偶然性操作温度65℃。室内空调最低温度16℃，管道通过普通区。电压220V。管径DN100，管长50m，管道上有3个闸阀，8对法兰（包括阀门的6对）5个管架。保温层材料为泡沫橡塑（λ=0.038W/m·℃，0℃时），厚30mm，确定电热带的长度、功率和选型。
第一步，计算温差△t。
根据（8-1）式 △t=To-Ta，To=50℃，Ta=16℃。 △t=50-16=34℃
第二步，计算管道散热量QB。
查表5(P14页)，当△t=30℃，QB=21.8W/m，△t=40℃，
QB=29.0W/m。采用内差法求得：
QB=21.8+［（29-21.8）÷（40-30）］×（34-30）=24.68W/m。
第三步，计算实际散热量QTB，根据（8-2）式：
QTB=f×QB，查表3，f=1.23
QTB=1.23×24.68=30.36W/m
第四步，计算电热带总长度L：
查电伴热编制说明（一）和产品样本可知 ，选用45ZXb2W-P-220型（中温屏蔽专利型）自控温电热带比较适合，并丛产品样本10℃时，每米输出功率45W/m，50℃时输出功率28.8W/m，小于散热量QTB=30.36W/m，因此选择45ZXb2W-P-220时，需要确定安装系数30.36/28.8=1.06
电热带总长度计算如下：
管道部分L1=50×1.06=53m
法兰部分:L2=8×(2×0.215)=3.44m(0.215法兰盘直径)
闸阀部分:L3=3×1.06×1.3=3.9m（1.3系数，查表2）
管架部分:L4=5×3×0.15=2.25m（0.15为管道与支架接触长度）
其它部分:L5=2×1=2m（一个接线盒，一个尾端）
总长度:L=L1+L2+L3+L4+L5 =53+3.44+4.13+2.25+2=64.82m
查电伴热编制说明（二）:Ta=10℃，Lmax=65m，20A开关；Lmax=96m，30A开关。
电热带实际总长度L=64.82m，选用30A开关，电热带可以任意切割。
总功率N=L×QTB=64.82×28.8=1867W(1.867KW)。
（2）室内管道防冻
北京地下室不采暖车库消防管道防冻，管道冬季维持水温TO=5℃，其它条件同前例。
第一步，计算温差，查表全国各地气象参数知北京Ta=-17.1℃ △t =（To-Ta）=5-（-17.1）=22.1℃
第二步，计算管道散热量QB查表，△t=20℃， QB=14.5W/m，△t=30℃，QB =21.8W/m。采用内差法求得： QB=14.5+[(21.8-14.5)÷(30-20)]×(22.1-20)=16.03 W/m。
第三步，计算实际散热量，查表f=1.23， QTB=f×QB=1.23×16.03=19.72 W/m。
第四步，计算电热带总长度：
查电热带编制说明（一）和产品样本可知，选用15DXb1W-P-220型（低温屏蔽专利型）自控温电热带比较合适，电压220V，并从电热带产品样本查出10℃时，每米输出功率15W/m，5℃时输出功率16.4W/m，小于散热量QTB=19.72W/m，因此选择15DXb1W-P-220时，需要确定安装系数19.72/16.4=1.2。
电热带总长度计算如下：
管道部分:L1=50×1.2=60m
法兰部分:L2=8×(2×0.215)=3.44m(0.215法兰盘直径)
闸阀部分:L3=3×1.2×1.3=4.68m（1.3系数，查表2）
管架部分:L4=5×3×0.15=2.25m（0.15为管道与支架接触长度）
其它部分:L5=2×1=2m（一个接线盒，一个尾端）
总长度:L=L1+L2+L3+L4+L5 =72.37m
查电热带编制说明（二）：
Ta=0℃，Lmax=96m，15A开关。
电热带实际总长度L=72.37m（＜96m），选用15A开关满足要求。 总功率N=L×QTB=72.37×16.6=1201W(1.201KW)。
（3）水箱防冻
水箱的维持水温To=5℃，偶然操作温度60℃，当地最低环境温度Ta=-17.1℃，水箱位于层顶不采暖房间，供电电压为220V，水箱尺寸：长为1.6米，宽为1米，高为1.2米，水箱外部全用40mm的玻璃棉保温，确定电热带的型号及用量。
第一步，计算水箱总散热量QT（也可查表）
查表知玻璃棉导热系数λ=0.038 W/m·℃
放热系数α=11.63 W/m2·℃
将以上数据代入上式得：
水箱总表面积
ST=（1.6×1.0+1.6×1.2+1.0×1.2）×2=9.44m2
QT=（QP×ST）=25.23×9.44=238.17W
第二步，电热带选型：
根据To=5℃，偶然性操作温度60℃，选用15DXb1W-P-220型（低温屏蔽专利型）自控温电热带。
第三步，电热带总长度：
a、水箱部分：
L1=QT÷每米电热带5℃时的发热量=238.17÷16.4≌15（m）
b、其它部分：
L2=2×1=2（m）（一个接线盒、一个尾端）
总长度：L=L1+L2=15+2=17（m）
2.7 专用产品的设计选型
由于很多应用场合具有较强的专业特性要求以及应用量较大，无法进行专业设计或设计工作量较大，为了满足专用特殊要求和简化热工设计，故可根据应用特点直接参阅产品目录选择专用产品，但安全规范及施工验收规范并不能简化。
● 推荐应用场合
石油石化、化工、油田、电力、钢铁、冶炼、水泥、制药、食品饮料、纸浆纸品、保健、建筑涂料等等行业。