电伴热带设计选型和安装.docx

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电伴热带设计选型和安装

电伴热带工作原理

1、概述

自控温电伴热带（或称自限温电热带）。

它是一种电热功率随系统温度自调的带状限温伴热器。

即电缆本身具有自动限温，并随着被加热体系的温度变化能自动调整发热功率的功能，以保证工作体系始终稳定在设定的最佳操作温区正常运行。

1.1工作优点

—加热时能够自动限定电缆的工作温度；

—能随被加热体系的温度变化自动调整输出功率而无需外加设备；

—电缆可以任意裁短或在一定范围内接长使用，而上述性能不变。

—允许交叉重叠缠绕敷设而无过热及烧毁之忧。

1.2工作优点

自控温电伴热带在用于防冻和保温时，具有如下优点：

—伴热管线温度均匀，不会过热，安全可靠；

—节约电能，稳态时，功率较小；

—间歇操作时，升温启动快速；

—安装及运行费用低；

—安装使用维护简便；

—便于自动化管理。

2、PTC工作原理

2.1PTC效应及PTC材料

PTC效应即正温度系数效应，是特指材料电阻率随着温度升高而增大，并在一定温度区间电阻率急剧增大的特性。

具有PTC效应的材料称为PTC材料，本电缆的高分子PTC材料是半晶离聚物与炭黑的共混物。

2.2工作原理

自控温电伴热带的电热元件，是在两根平行金属母线之间均匀的挤包一层PTC材料制成的芯带。

PTC材料经熔融挤出、冷却定型之后，分散其中的炭微粒形成无数纤细的导电炭网络。

当它们跨接在两根平行母线上时，就构成芯带的PTC并联回路。

电缆一端的两根母线与电源接通时，电流从一根母线横向流过PTC材料层到达另一根母线形成并联回路。

PTC层就是连续并联在母线之间的电阻发热体，将电能转化成热能，对操作系统进行伴热保温。

当芯带温度升到相应的高阻区时，电阻大到几乎阻断电流的程度，芯带的温度将达到高限不再升高（即自动限温）。

与此同时，芯带通过护套向温度较低的被加热体系传热，达到稳态时单位时间传递的热量等于电缆的电功率。

电缆的输出功率主要受控于传热过程以及被加热体系的温度。

2.3工作性能

2.3.1功率自调性能

自控温电伴热带的电热功率是随温度升高而自动减少，或随温度降低自动增大，同时电阻达到极大时，电热功率就趋于极小，温度便升到了高限，这就是电缆的自限温特性。

限温伴热是指电缆能在温度高限以下某温区进行伴热的过程。

2.3.2PTC记忆性能

自控温电伴热带的电阻随着温度升高而增大，在降温时若电阻能沿着原升温路线返回原来的起点，便是具有PTC记忆性能。

具有记忆性能的电缆才能长期反复使用。

2.3.3温度均匀性能

自控温电伴热带的芯带是由大量的纤细导电网络形成的PTC并联单元组成。

当伴热管道任何区段出现料温及能耗波动时，所在部位的各个PTC元都能直接感温并独立做出响应。

即时朝着消除波动的方向自动调整各自的输出功率，温度低了功率调大，温度高了功率调小，并按温度波动的幅度大小，给出功率调幅的大小，以维持整个系统各区段的运行温度均匀稳定。

这是一种微区跟踪，全线同步，全自动的伴热保温过程。

3、主要参数定义

3.1标称功率

标称功率是指在额定工作电压下，在一定保温层内以电缆伴热的管道温度为10℃时，每米温控伴热电缆输出的稳态电功率。

3.2温控指数

温控指数是指温度每升高1℃时，电缆输出功率的下降值，或温度每降低1℃时，电缆输出功率的增加值（一般给出最低值）。

3.3最高维持温度

在用一定型号的电缆伴热某一体系时，能使体系维持到的最高温度称为该种型号的电缆的最高维持温度。

维持温度是一个相对参数，它与保温体系的热损失大小有关，与伴热电缆的最高表面温度有关。

在使用中如设计得当，可以使体系温度维持在从最高表面温度到环境温度之间的任何温度。

3.4最高曝露温度

曝露温度是指外部热源施加在电缆上的温度。

曝露温度高于一定温度后，将开始损坏电缆的电热性能。

这个温度是温控伴热电缆所能承受的最高温度，称为最高曝露温度。

3.5最高表面温度

指在良好的隔热条件下，在额定电压下工作的伴热电缆表面所能达到的最高电热温度。

这一参数对有易燃物料和易爆气氛的场合是重要的。

3.6最大使用长度

在单一电源的额定工作电压下，伴热电缆有允许使用的电大长度限制，这个长度为最大使用长度。

最大使用长度与额定电压、功率、规格及环境温度有关。

如果使用需要超过最大使用长度，应当另接电源。

电伴热设计说明

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。

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。

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。

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阳产品样本；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。

电伴热设计方案

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（T0）和环境最低气温（Ta）计算温差：

△t=T0-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：

T0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

式中：

T0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）

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。

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）Xhpdx配电箱是用于科阳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）

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。

实例

（1）室内热水管道伴热

热水维持温度T0=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=T0-Ta，T0=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ZBR-P-45-220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ZBR-P-45-220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T0=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=（T0-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）

=16.03W/m。

第三步，计算实际散热量，查表f=1.23

QTB=f×QB=1.23×16.03=19.72W/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DBR-p-12-220型低温屏蔽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DBR-p-12-220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T。

=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=0.038W/m·℃

放热系数α=11.63W/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T0=5℃，偶然性操作温度60℃，选用DBR-p-12-220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。

电伴热施工说明

（一）设计图

施工前应有一份完整的设计图,图中应包括以下各项资料:

1、线路编号，供电点用长方格表示。

2、线路所需电热带型号及长度。

（单位：

米）

3、每米管道长度所需电热带长度（单位：

米）即缠绕系数。

4、每个阀门所需用电热带长度。

（单位：

米）

5、伴热系统配套材料附件清单。

6、温控系统配件清单。

7、施工时所需材料清单。

8、设计考虑参数和所采用保温材料规格。

（二）施工前准备工作

（A）管道系统

1、管道系统与配备都已施工完毕。

2、防锈防腐涂层已干透。

3、管道系统施工规范与设计图中所示一致。

4、锉去所有毛刺和利角。

（B）电热带和配件

1、电热带表面有否损破。

2、电热带的绝缘性能良好（要求用摇表在1000VDC测试时绝缘电阻为≥20MΩ）。

3、电热带与所有配件的型号与设计要求一致。

（C）现场准备

1、将一卷电热带与卷筒放置于一支架上，并放置在线路其中一端附近。

2、沿管道布电热带，并避免：

*将电热带放置于毛刺和利角上。

*用力拉扯电热带。

*脚踏或重物放置电热带上。

（三）单根电热带施工法

1、玻璃纤维压敏胶带或铝胶带每隔约50Cm处将电热带固定于管道上。

2、平敷时尽可能将电热带附在管道的下45度侧方。

3、在线路的第一供电点和尾端各预留1m长的电热带。

4、按设计图所示[缠绕系数]布线（系数为整数应平敷以利减少接点）。

5、所有散热体（如支架、阀门、法兰等）应按设计图要求预留所需电热带长度，将此段电热带缠绕于散热主体上并固定。

下列各点应注意：

*散热体应有设计所需电热带的长度。

*电热带可互相重叠或交叉。

*缠绕方法应尽可能使散热体必要时随时可拆除进行维修或更换而不损坏电热带或影响其它线路。

*在使用二通或三通配件处，电热带各端应预留40cm长度。

（四）螺旋缠绕

如缠绕系数为1.4，即5m管道需要布7m的电热带，施工时先将7m长的电热带两端固定于一段长度为5m的管道上，然后将松驰的电热带缠绕在管道上，并加以固定。

（五）多根电热带施工法

1、设计图指明缠绕系数为（n=1，2…）一般用于大口径管道上，方法如下：

*电热带由管道线路一端起布线至尾端再回头至起点，路线等于系数。

（但注意最大使用长度）

*电热带由管道线路一端至尾端轮流依次布线次数等于系数。

*后备系统，关键管道作后备应急用。

所以每一线路都应当作独立线路安装，并有独立的供电点。

   （六）配件安装

*按设计图要求选用配件。

*所采用密封圈需与电热带相配并和防水封胶结合。

*供电接线盒尽可能接近管道线路供电端。

*按配件安装说明书准备线口。

*每一线端应预留一小段电热带以便将来维修时用。

（七）保温材料安装前的检查和测试

*视察电热带表面是否损伤。

*视察所有配件是否安装完整。

*用摇表2500VDC摇试每一独立线路一端，绝缘电阻应在20MΩ以上。

注意摇试时间应在一分钟以上，即导电体对电热带金属屏蔽层摇试。

*将摇试结果记录在安装记录单上。

（八）保温层安装

电热带施工测试后立即进行保温层安装，并注意以下各点：

*所采用保温层的材料，厚度和规格与设计图要求符合。

*施工时保温材料必须干燥。

*保温层外应加防水外罩。

*保温层施工时应避免损伤电热带。

*保温层施工后应立即对电热带进行绝缘测试。

*在保温层外加警示标签注明“内有电热带”更需注明所有配件的位置。

（九）低温起动与安全保护：

电伴热工程一般按照设计图在正常情况下，分组起动，按常规控制投计，具有开关起动，过载保护和漏电保护，如果用于低温大功率加热，同时又低温状态起动，瞬间起动电流转化为大功率输出可采用双闸切换装置并在切换过程中对工作电流进行监控，在安全负荷情况下过渡到过载保护系统内。

（十）防爆:

*本公司防爆电热带可用于工厂一区、二区防爆场合，安装时应避开易燃易爆气体或液体积聚的暗角等可能超过上述规定的防爆区域，非防爆配电箱应安装于非防爆区，否则应配置相应的防爆配电箱。

*除防爆等级外，应注意防爆组别。

（十一）特别注意事项

*严禁蒸汽伴热和电伴热混用于一体。

*加热带安装时不得将绝缘层破坏，应紧贴于被加热体以提高热效率，若被伴热体为非金属体，应用铝粘胶带增大接触传热面积，用尼友扎带固定，严禁用金属丝绑扎。

*法兰处介质易泄漏，缠绕电热带时应避开其正下方。

*电热带一端接入电源，另一端线芯严禁短接或与导电物质接触并剪切为“V”型，必须使用配套的封头严密套封。

*防火防爆场合应配套防爆接线盒和终端子。

接线后应用硅橡胶密封：

（使用屏蔽层的电热带终端处必须将屏蔽层剥离10公分，以防造成短路）

*安装一个伴热点，测量一次绝缘，屏蔽层必须接地，绝缘阻值不能低于20兆欧/1000V。

*按电伴热各路的电压、电流等参数设定通、断电和漏电保护装置。

*蒸汽扫线：

凡需蒸汽清扫管线除垢时，应注意先清扫后安装电热带，如果每年例行扫线检查应按照特殊情况设计安装。

（十二）验收：

本手册未将安装工程施工及验收规定及“防爆、防火规程”中有关条文包括在内，施工中仍应遵循上述技术常用规范要求，在此不做复述。

电伴热安装图例