劉利梅

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西太原 030024)

1 概述

工程中處于露天、屋頂、開放、半開放的非采暖空間的管線如果不采取相應(yīng)措施，在冬季嚴(yán)寒氣候下，存在被凍壞的危險，因此應(yīng)采取有效的措施維持管道內(nèi)流動介質(zhì)的溫度。管道電伴熱技術(shù)就是為了維持消防及給排水用水的溫度，防止水管凍壞或凍裂而采用的一種施工技術(shù)，補(bǔ)充管道在低溫環(huán)境下的熱損失，達(dá)到維持管道溫度的目的。

2 工作的優(yōu)點(diǎn)

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(shí)現(xiàn)自動化管理。2)自控溫電伴熱帶節(jié)約電能，穩(wěn)態(tài)時，功率較小。3)相對于蒸汽伴熱，電伴熱節(jié)省鋼材、節(jié)約水資源，無泄漏，有利于環(huán)境保護(hù)。4)能解決蒸汽和熱水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)則外形的設(shè)備(如泵)伴熱;無蒸汽熱源或邊遠(yuǎn)地區(qū)管道和設(shè)備的伴熱;塑料與非金屬管道的伴熱等等。5)電伴熱設(shè)計(jì)工作量小，施工方便簡單，維護(hù)工作量小。6)效率高，能大大降低能耗。

3 工藝原理

管道保溫防凍的目的就是補(bǔ)充由于管道外殼內(nèi)外溫差引起的熱散失。要達(dá)到管道防凍保溫的目的，只需要提供給管路損失的熱量，保持管道內(nèi)流體的熱量平衡，就可維持其溫度基本不變。管道電伴熱系統(tǒng)就是提供給管路損失的熱量，維持其溫度基本不變。

電伴熱帶電纜是由導(dǎo)電高分子復(fù)合材料(塑料)和兩根平行金屬母線及絕緣護(hù)套構(gòu)成的扁形帶狀電纜(見圖1)。

圖1 伴熱帶結(jié)構(gòu)圖

由塑料加導(dǎo)電碳粒經(jīng)特殊加工而成的導(dǎo)電塑料是發(fā)熱核心。當(dāng)伴熱線周圍溫度較低時，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子收縮，碳粒連接形成電路使電流通過，伴熱線便開始發(fā)熱;而溫度較高時，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子膨脹，碳粒逐漸分開，導(dǎo)致電路中斷，電阻上升，伴熱線自動減少功率輸出，發(fā)熱量便降低。當(dāng)周圍溫度變冷時，塑料又恢復(fù)到微分子收縮狀態(tài)，碳粒相應(yīng)連接起來形成電路，伴熱線發(fā)熱功率又自動上升(見圖2)。由于整個溫度控制過程是由材料本身自動調(diào)節(jié)完成的，其控制溫度不會過高也不會過低。因此自調(diào)控電伴熱系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、方便地起到保溫、防凍的作用。

圖2 導(dǎo)電塑料的自控原理

4 施工工藝

安裝準(zhǔn)備→電伴熱帶安裝→電氣連接→中間驗(yàn)收→保溫層安裝→檢查及調(diào)試。

4．1 施工前準(zhǔn)備工作

1)管道系統(tǒng):管道系統(tǒng)已施工完畢，并且按相關(guān)安裝規(guī)范試壓驗(yàn)收完畢;管道及支吊架防銹防腐涂層已干透;檢查管道外表面確認(rèn)無毛刺、銳角，以免在安裝時對電纜造成損壞;管道穿墻處預(yù)留好電纜穿墻套管，套管位置與數(shù)量根據(jù)該處穿越電纜位置數(shù)量確定。2)電伴熱帶和配件:檢查電熱帶表面有否破損;電熱帶的絕緣性能良好(要求用搖表在1 000 VDC測試時絕緣電阻為不小于20 MΩ);電熱帶與所有配件的型號與設(shè)計(jì)要求一致。

4．2 電伴熱帶的安裝

電伴熱帶安裝有單路、雙路及多路。由電源連接處開始安裝，電纜端頭應(yīng)甩在連接電源處(先不接電)，管道至電源之間的電纜用金屬軟管連接。將電伴熱帶按設(shè)計(jì)要求的纏繞系數(shù)平敷在管道下半截面與垂直中心線相交45°的范圍內(nèi)，并用玻璃纖維壓敏膠帶或鋁箔膠帶每隔約30 cm～50 cm處將電熱帶固定于管道上。支架、閥門、法蘭等散熱主體應(yīng)按設(shè)計(jì)圖要求預(yù)留所需電熱帶長度，將此段電伴熱帶纏繞于散熱主體上并固定，電伴熱帶安裝時可互相交叉或重疊，但盡可能減少扭曲(見圖3)。在放置電伴熱帶前測量每根電伴熱線的電阻值，放置完成后再次測量其電阻值，確保無誤后，為強(qiáng)化傳熱效果，可在電伴熱帶的外面粘貼一層鋁箔膠帶。

圖3 電伴熱典型安裝圖

4．3 電氣連接

電伴熱電氣管路按電氣平面圖施工，由電源箱預(yù)留電伴熱電源引至電伴熱控制箱，再由電伴熱控制箱引至各電伴熱回路。各分電源線的截面應(yīng)略大于電熱帶的線芯截面，總電源線應(yīng)能承載電熱帶總和在最低環(huán)境溫度的總電流，每根電熱帶應(yīng)有自己的開關(guān)，熔斷器或單極斷路器。在剝電熱線芯時，應(yīng)避免斷股減小截面，引起過載。

1)電源電纜鋪設(shè)到電伴熱現(xiàn)場后，通過電源接線盒與電伴熱帶連接。安裝時，注意接線盒頂部電纜入口處的密封，以避免雨水進(jìn)入。電熱帶與電源盒的連接一般場合可直接將電熱帶接至閘刀開關(guān)上，也可將導(dǎo)線絞接或焊接后用快干硅膠和熱縮套管密封，絞接處不得短于30 mm，焊接處不得短于10 mm。

2)電伴熱帶的分叉可采用絞接或焊接;電伴熱帶的接長也可采用絞接或焊接，接長時請注意不得超過最大使用長度;電伴熱帶終端也可采用快干硅膠和熱縮套管密封，任何情況下均嚴(yán)格禁止將尾部線芯連接。

3)在電伴熱帶的末端必須裝有密封端子，使電纜芯線免受潮氣侵蝕，并與帶電導(dǎo)體隔絕，安裝時，應(yīng)避免密封端子和分線盒浸入液體中。

4)電源接線盒、T形、直型接線盒、終端均可用卡箍或尼龍?jiān)鷰Ьo固在管道上，盒內(nèi)的防水膠墊不得遺漏，盒內(nèi)接線處應(yīng)用快干硅膠防水，在做保溫時應(yīng)將接線盒置于保溫層內(nèi)，但必須在保溫層外留下相應(yīng)的標(biāo)記。

4．4 中間驗(yàn)收

檢查電伴熱帶表面是否損傷;檢查所有配件是否安裝完整;檢查電伴熱帶是否正確敷設(shè);用搖表檢測每一獨(dú)立線路一端，絕緣電阻應(yīng)在20 MΩ以上，電伴熱系統(tǒng)送電運(yùn)行正常，中間驗(yàn)收合格后可進(jìn)行保溫層施工。

4．5 保溫層安裝

電熱帶施工測試后立即進(jìn)行保溫層安裝。所采用保溫層的材料，厚度和規(guī)格與設(shè)計(jì)圖要求符合;施工時保溫材料必須干燥;保溫層外應(yīng)加防水外罩;保溫層施工時應(yīng)避免損傷電熱帶;保溫層施工后應(yīng)立即對電熱帶進(jìn)行絕緣測試;在保溫層外加警示標(biāo)簽注明“內(nèi)有電熱帶”更需注明所有配件的位置，同時在管網(wǎng)的主體圖中應(yīng)該標(biāo)明，電伴熱帶在保溫層內(nèi)的實(shí)際走向，接線盒的實(shí)際位置。這對減少維修中保溫層的拆除量及維修工作量是很重要的。

4．6 檢查及調(diào)試

整個系統(tǒng)安裝完畢要進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)試，確保系統(tǒng)正常安全工作。將全部回路的空氣保護(hù)開關(guān)斷開，用搖表檢測每個回路并作好記錄。通電前，要測量電源線及電伴熱帶是否接通等。通過測試檢查系統(tǒng)啟動是否自如，另外檢查電源箱各開關(guān)、顯示燈工作是否正常。通電試運(yùn)行，觀察電伴熱工作情況及周期。

5 施工注意事項(xiàng)

1)伴熱電纜安裝時，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伴熱電纜上。

2)伴熱電纜有良好的柔性，但不允許硬折，最小彎曲半徑原則上應(yīng)不小于其厚度的5倍。

3)伴熱電纜嚴(yán)禁用重物硬砸，如被砸伴熱電纜應(yīng)重新進(jìn)行電氣測試，合格后才能使用。

4)在線路的第一供電點(diǎn)和尾端各預(yù)留1 m長的電熱帶;在所有散熱體如支架、閥門、法蘭等處應(yīng)預(yù)留一定長度電熱帶，以便隨時拆除、維修、更換等;在使用二通或三通配件處，電熱帶各端也應(yīng)預(yù)留40 cm長度;多根電熱帶應(yīng)注意合理選擇電源點(diǎn)，要便于維修。

5)安裝電伴熱帶要充分考慮管道附件和設(shè)備拆卸的可能性，確保電伴熱帶本身不損壞。

6)安裝附件時，要求膠圈、墊圈、緊固件等齊全，安裝正確、緊固，以防松動或盒內(nèi)進(jìn)水。

7)若被伴熱體為非金屬體，應(yīng)用鋁箔膠帶增大接觸傳熱面積，用尼龍?jiān)鷰Ч潭ǎ瑖?yán)禁用金屬絲綁扎。

8)法蘭處介質(zhì)易泄漏，纏繞電熱帶時應(yīng)避開其正下方。

9)電熱帶一端接入電源，另一端線芯嚴(yán)禁短接或與導(dǎo)電物質(zhì)接觸并剪切為“V”形，必須使用配套的封頭嚴(yán)密套封。

10)保溫層材料必須干燥，應(yīng)加防水外罩，在保溫層外加警示標(biāo)簽注明“內(nèi)有電熱帶”。

6 效益分析

6．1 社會效益分析

自控溫電伴熱因本身根據(jù)感應(yīng)管壁(介質(zhì))的溫度而自動調(diào)整發(fā)熱量，是一種節(jié)能措施。另外，由于自控電伴熱可以有效地杜絕跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，還可改善企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

采用自控溫電伴熱雖然一次性投資較高，但運(yùn)行費(fèi)用卻有較大降低，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，電伴熱已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期效果。目前的市場中的電伴熱產(chǎn)品主要可分為國產(chǎn)及進(jìn)口兩種。國產(chǎn)電伴熱線具有相對的價格優(yōu)勢，一次性投入相對較低，其不足之處為相當(dāng)一部分國產(chǎn)的電伴熱線仍采用落后的恒功率伴熱技術(shù)，在使用過程中會浪費(fèi)大量能源;另外，其工作效率、安全性及使用壽命尚需改進(jìn)。進(jìn)口自控溫電伴熱線具有快速啟動、溫度均勻、安裝簡便及使用壽命長等技術(shù)優(yōu)勢。

6．2 經(jīng)濟(jì)效益分析

自控溫電伴熱因本身根據(jù)敏感管壁(介質(zhì))的溫度而調(diào)發(fā)熱量，是一種節(jié)能措施。工程案例中使用的自控溫電伴熱線每米用電量為17．2 W，管道全長為1 000 m，每小時用電量為1 000×17．2/1 000=17．2 kW·h。當(dāng)管道溫度達(dá)到維持溫度上限時，電伴熱的發(fā)熱量將逐漸減少，輸出功率亦隨之下降，從而電伴熱的耗電量一般為額定功率的60%;廠用電價按0．60元/kW·h計(jì)，運(yùn)行日為100 d(2 400 h)，則每年正常耗電費(fèi)用為:(17．2×2 400)×0．60×60%=14 860元。

7 應(yīng)用實(shí)例

西安北站工程中車站站臺板下及站廳層吊頂內(nèi)的消防、給水管道采用電伴熱系統(tǒng)，在冬季嚴(yán)寒氣候下，消除了管道被凍壞的隱患，為以后此類問題的解決開創(chuàng)了一條新的途徑。

［1］ 核工業(yè)第二設(shè)計(jì)研究院．03S401管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱［Z］．

［2］ 劉春陽．電伴熱原理及一般用法［J］．中國海上油氣(工程)，1998，10(6):83-85．