201610工业加热~电伴热的发展展望.doc

电伴热的发展展望The development prospect of electrical trace heating博太科防爆设备（上海）有限公司 吴静BARTEC Explosion Proof Appliances（Shanghai）Co.,Ltd Jing Wu摘要：伴随着电伴热取代蒸气伴热在流程工业尤其是石化行业得到越来越广泛的应用，对电伴热系统的要求越来越高，从原来的只要求发热逐步发展到对控制精度、实时性、可靠性、安全性等的全面要求。本文回顾了电伴热的发展历史，分析了工业现场对电伴热的实际需求，结合电伴热系统的系统组成对其发展做了展望。Abstract:With electrical trace heating instead of steam trace heating is more and more applied in process industry, especially in petrochemical industry, it requires that the electrical heat tracing system has precision and real-time performance, reliability, security. This article reviews the history of EHT (Electrical Heat Tracing) and analyzes the real application requirement, then try to give some guides to the EHT system development.关键字：电伴热、温度监控、系统风险Keywords: EHT, Temperature monitor and control, system risk1. 引言从上世纪70年代电伴热作为一种创新技术开始在流程工业应用开始，到如今电伴热进入我国已经有约20年的历史。在电伴热不断发展的过程中，已对社会的生产和生活产生潜移默化的影响，电伴热技术在各领域的广泛使用使其重要性日益增加。电伴热系统广泛应用于石油、化工、电力、医药、机械、食品、航天、船舶等行业，其应用目的主要有冬季防冻、工艺伴热、工艺加热等。具体应用场所有：石油及天然气管线防凝、解蜡和伴热保温，油田井口采油树的伴热防凝，化工管道、罐体、仪表管线的伴热保温，海上石油平台输油管线伴热和水管防冻，油轮和船舶管线、容器的伴热保温，发电厂重油管道的伴热保温和水管的防冻，间歇输送介质管道的升温和伴热保温，需要严格控制介质温度的管线伴热保温，电力、冶金等行业中的燃煤除尘灰斗的工艺伴热等。2. 电伴热标准的发展从BSI 6351-1:1983 Electric surface heating-Part 1: Specification for electric surface heating devices和IEEE515-1983 IEEE Standard for the Testing, Design, Installation, and Maintenance of Electrical Resistance Heat Tracing for Industrial Applications的发布开始，电伴热的生产企业有了统一的产品质量标准可依。随后国际电工委员会（IEC）陆续发布了一系列涵盖电伴热产品技术、测试、设计、安装、运行维护的标准，适用于从安全区到危险区，从管道防冻、消防防冻到储罐保温、热水保温、坡道/屋顶融雪、地板采暖等各方面的应用，让电伴热系统在世界范围内有了统一的规范，也让第三方测试机构能够依照标准进行产品的测试和认证，使其得到客户的进一步认可，增强客户使用电伴热技术的信心，进而促进电伴热越来越广泛的应用。伴随着IEC 62395-1 Ed. 2: Electrical resistance trace heating systems for industrial and commercial applications Part 1: General and testing requirements 和IEC 62395-2 Ed. 1: Electrical resistance trace heating systems for industrial and commercial applications Part 2: Application guide for system design, installation and maintenance被采标为GB/T 32348.1-2015工业和商业用电阻式伴热系统 第1部分：通用和试验要求和GB/T 32348.2-2015工业和商业用电阻式伴热系统 第2部分：系统设计安装和维护应用指南的发布、实施，目前我国的电伴热国家标准与IEC的相关标准基本能够对应，但仍存在一下明显问题，如：1) 对于爆炸性环境中用的电伴热标准来说，现行的国家标准的明显滞后于IEC的标准。其中很多标准条款及检测项目未能得到及时更新；2) 目前适用于集肤效应伴热的国家标准（参考IEEE Std 844-2000 IEEE Recommended Practice for Electrical Impedance, Induction, and Skin Effect Heating of Pipelines and Vessels）仍属于空白；3) 现有的GB/T 19835-2015自限温电伴热带绝大部分要求和GB/T 32348.1-2015工业和商业用电阻式伴热系统 第1部分：通用和试验要求重复，且其中部分条款仍有待斟酌，且测试条件不明确，明显会造成市场对电伴热标准理解的混淆；4) 国内电伴热带的第三方测试水平仍有待提高。目前国内主要有三类机构可以进行电伴热的测试，分别为： 以NEPSI、CQST为代表的防爆检测机构，该类机构更多关注的是电伴热防爆方面的指标，如最大护套温度等，对电伴热自身的技术指标测试能力仍显不足，如发热功率、启动电流、热稳定性等。 以TICW为代表的电缆检测机构，该类机构更多关注的是与普通电缆相关的性能测试，如尺寸、护套厚度、断裂伸长率等方面的指标， 该类机构存在和防爆检测机构类似的不足； 以国家电炉质量监督检验中心为代表的电热检测机构，该机构由于是电热方面的专业检测机构，会更关注电伴热带自身的性能。但是在国内目前现行的法律体系下，只有防爆认证具有强制性质，该机构具有的电伴热带自身性能的检测资质在国内并不具有强制性，且该机构起步较晚，所以该机构的客户影响力有待于进一步提高。随着我国经济的持续平稳增长及客户对电伴热的认知逐渐成熟，必将迎来电伴热产业的迅猛发展，同时也促进电伴热产品的性能及系统控制水平的提高。3. 电伴热系统的组成电伴热是一个系统工程。电伴热带为系统的绝对核心，同时考虑到系统投入、运行成本、节能减排、安全可靠、运行维护等全方面的因素，电伴热系统还需要兼顾考虑电伴热的系统设计、温度控制、安装、保温的施工及运行维护等全方面的因素。与蒸汽伴热系统不同，典型电伴热系统主要包括电伴热带、温控器和其它附件（配电盘、电缆桥架、接线盒等）。详见图1。图1 电伴热系统组成4. 电伴热系统的分类从上面电伴热系统的组成可知，电伴热系统由两大核心部件组成，即电伴热带和温控器。1.2.3.4.4.1. 电伴热带电伴热带作为发热元件、伴热系统的核心，根据现场维持温度、暴露温度、最大回路长度等，有不同类型的电伴热带可以满足要求，目前市场上常见的电伴热带可以划分为如下几种类型： 并联自限温伴热带； 恒功率伴热带；l 聚合物外护套的串联恒功率伴热带；l 聚合物外护套的并联恒功率伴热带；l 矿物绝缘的恒功率伴热带。 集肤效应伴热带不同类型的伴热带适用于不同的温度范围及最大伴热回路长度，详见图2。图2 不同类型伴热带适用的温度范围及最大伴热回路长度4.2. 温控器在防爆危险区，电伴热系统的温度控制与危险区的温度等级即系统安全直接相关。同时，一个温度精确控制的电伴热系统不仅对工艺介质的质量有着直接的影响，而且也和系统的运行成本尤其是能耗有着直接的关系。温度控制越精确、能耗越低、需要维温的工艺介质性能越稳定。伴随着工厂自动化水平的不断提高，很多场合不仅要求温控器要对电伴热系统的温度起到精确控制的作用，而且要求温控器具有现场显示、操作设置、通讯的功能，甚至和生产工艺的过程控制系统实现互联互控。由于电伴热系统主要应用于石油化工行业，一般属于爆炸性环境，这里以爆炸性环境用温控器为例介绍电伴热温控器的类型。见表1。表1 电伴热温控器类型温控器类型原理特点典型图片机械式温控器（防爆型）该温控器利用充注于球泡/毛细管的液体热胀冷缩的原理，通过机械传动触发开关动作。常用的防爆类型为Ex ed，开关部件嵌入隔爆温包，整体再装入增安的接线盒中。可现场安装。性能温度，价格便宜。单通道电子式温控器（非防爆型）从本质上来说，该温控器和其它工业现场常用的非防爆温控器并没有明显区别，通过安装于现场的隔爆PT100采集温度信号，并通过继电器输出来控制接触器或SSR来控制电伴热回路。测量精度高。可通讯。多通道电子式温控器（非防爆型）从本质上来说，该温控器和其它工业现场常用的非防爆温控器并没有明显区别，通过继电器输出来控制接触器或SSR来控制电伴热回路。测量精度高。可通讯。除温度之后，还可监测伴热回路的电流、电压、漏电流等参数。电子式温控器（防爆型）防爆型电伴热现场智能温控器，通过PT100测量温度，为电伴热提供准确、可靠温度控制，既可现场安装、显示、控制，又能实现远程监控。自带PT100温度传感器，测量精度高。可直接控制电伴热回路。可现场通讯、显示及温度调节。系统易扩展。智能型温控系统（非防爆型）智能型温度控制系统的结构是基于标准的输入/输出总线系统，同时专门针对电伴热应用需求进行设计的。模块化、网络化、智能化电伴热控制系统。可满足电伴热现场应用所面临的所有问题，如温度控制、温度限制、电压、电流、漏电流的检测，输出功率的控制，和其它现场设备及中央控制系统的互联互控等。温度限制器（非防爆型）当加热器、电伴热回路最高表面温度超过设定温度或传感器故障、损坏时，温度限制器自动断开其常闭触点、切断回路电源，只有当温度低于设定值5K且确认正常操作条件恢复后，方可通过按键或远程复位按钮重新闭合其常闭触点，启动回路电源。与温控器不同的是，温度限制器参考IEC60079-30-1（GB19518.1）进行设计、制造。当温度低于设定值时，温限器不能自动恢复回路，必须要通过手动复位的方式才能是电伴热回路重新上电。5. 电伴热系统的需求及风险分析5.5.1. 电伴热系统的需求电伴热主要应用于大型化工企业，虽然其占整个项目/工厂的投资比重很小，但是一旦伴热出了问题，管道被冻住或维温不正常，整个项目/工厂就无法运转，造成无法估量的损失。从项目/工厂对电伴热系统的需求来说，就需要尽可能的降低由于电伴热故障造成风险。总所周知，电伴热的能耗在项目/工厂日常运行能耗中占比非常大，为加强用电管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，合理、有效地降低电伴热系统的能耗，对降低企业运行成本具有非常现实的意义。同时，由于大型化工企业的工艺流程非常复杂，厂区分布范围比较大。除涉及到温度控制之外，现场还有许多的过程参数，如压力、组分、物位、阀位等信号，为了得到质量稳定的化工产品，很多时候需要各个参数协调一致，也就是说需要在系统内实现各个仪器设备的互联互控。综上，现代的工业现场不仅要求有质量可靠的电伴热带，同时还要求有高精度、网络化、智能化的温度控制系统。5.2. 电伴热系统的风险分析从电伴热的角度来说，其风险组成为：风险=风险发生的概率*风险发生的影响 风险发生的概率： 设计是否合理？ 电伴热系统组件的质量是否可靠？ 是否针对危险区的温度等级进行温度限制？ 是否可以对电伴热常见的故障进行预判？ 日常的运行维护是否符合规程？ 。 风险发生的影响： 系统能否自动在第一时间对故障有所反应？ 由于化工厂区范围一般比较大，电伴热回路也比较多。故障发生后，系统能否对故障进行精确定位也显得尤为重要。 。6. 电伴热系统的展望通过前面电伴热系统的需求和风险分析，可以预见将来的应用于危险区的电伴热系统的控制肯定不会仅仅限于提供质量稳定的电伴热带产品及简单的温度测量控制的功能，至少还应具有如下几个方面功能： 为安全起见，参考IEC60079-30-1:2007 Explosive atmospheres Part 30-1: Electrical resistance trace heating General and testing requirements，温控器可根据危险区的温度等级进行限温设置，实现温限器的功能； 可以通过对电伴热回路电流、电压及漏电流的检测，提前对可能出现故障的电伴热