引言

在北方地区冬季火力发电厂运行过程中，部分设备环境温度可能会低于0℃，如露天锅炉（或设备）；锅炉停炉期间，锅炉房内靠近门、窗、过道的低温区域；直接空冷系统区域等。当环境温度低于0℃时，会出现如下情况：仪表测量取样管路内液态介质冻结，导致介质参数无法准确测量；气动执行机构压缩空气管路产生冷凝水，冻结后导致阀门无法正常操作；直接空冷系统的工艺阀门底部存在积水，冻结后导致阀门无法正常操作；直接空冷凝结水系统和抽真空系统温度过低或冻结，造成翅片管束内出现结冰现象。

北方地区火力发电厂仪表取样管路常采用电伴热和蒸汽伴热2种保温方式，伴热介质释放一定的热量，通过直接或间接能量交换来补充被伴热仪表管的热损失，以达到仪表管路内介质的正常工作要求。蒸汽伴热方式通过蒸汽伴热管道释放的热量用以弥补被保温管道的热量损失，由于蒸汽的散热量不易控制，整个管路伴热分布不均匀，局部可能造成被测介质的汽化，保温效率较低。电厂中汽、水系统热工测点布置分散，需要伴热的仪表取样管路布置复杂，导致布置蒸汽伴热管道较为困难。另外，蒸汽伴热管道冬季运行时经常会出现“泡、冒、滴、漏”现象，存在一定的安全隐患。与蒸汽伴热相比，电伴热系统具有热效率高、节能、使用寿命长和自动控制等优点，故火电厂热工仪表取样管路宜将电伴热作为首选的保温防冻方式。

1  电伴热原理

电伴热是在绝热层和被伴热管道之间安装起加热作用的半导体高分子材料，利用电热的能量来弥补仪表取样管路在取样过程中所散失的热量，从而使仪表取样管路内介质温度维持在最合理范围。典型电伴热电缆样式如图1所示。

电伴热电缆由半导体高分子材料和2根平行合金母线加内部高分子绝缘材料、合金屏蔽网、外部高分子聚合物护套构成（如图2），其中半导体高分子材料经特殊工艺加工而成，是主要发热部件。

电伴热电缆采用的镀锡铜合金最高耐温可达593℃．其单位长度的发热量恒定，目不因外界环境、保植材料的变化而变化，具有恒定功率的特点；含氟聚合物护套可为伴热电缆和编织层提供附加保护，适用于高温、化学和腐蚀环境。

电伴热电缆的发热过程受环境泪度影响较大。根据热胀冷缩原理，当伴热电缆周围环境处于低温状态时，导电化学高分子材料将产生做分子收缩，使高分子内部碳粒连接，形成回路，继而产生电流，伴热电缆开始发热；当伴热电缆周围环境处于高温状态时，导电化学高分子材料产生微分子膨胀，使高分子内部碳糙分开，无法形成问路，从而使电路发生中断，电阻值上升，阻断电流，输出功率降低，伴热电缆发出的热量也相应降低。由于导电化学高分子材料受周围环境温度影响而自动调节，仪表取样管路内介质温度将在最合理的区间内波动。

2电伴热系统的设计

2.1与热力计算有关的几个因素

2.1.1保温层厚度

不同的保温材料随着工况的变化保植层厚度也有区别。我同仪表取样管保温层厚度一般为10～30mm，仪表取样管线标注为“30/25”，表示内保温层厚度为30mm、外保温层厚度为25mm；仪表取样管线标注为“25“(无需保温层）。一般情况下，计算取样管线散热量时，保温层厚度选取25mm。

2.1.2管线内介质温度

根据火力发电厂工艺流程特点，仪表取样管内介质可按高温、中温、低温3种工况考虑。高温介质（温度＞200°C）主要包括过热蒸汽、再热蒸汽、省煤器进口给水及过热器减温水等；中温介质（65～200°C）主要包括凝结水、除氧水等；低强介质（最高温度为65℃）为常温水。根据不同仪表取样管内的介质温度也用可采用不同的作热电缆，既能满足保温要求，也可降低工程造价。高温介质的测量取样管路宜采用带恒定功率的电伴热电缆；中温、低瘟介质的测量取样管路宜采用自控温电伴热IQ,缆。

2.1.3保温材料的导热系数

当仪表取样管路保谧层厚度一定时，为了提高保温效果，应选用导热系数小的保温材料。设计过程中通常选用硅酸铝保温材料，其保温系数为0.044W/(m·℃）。

2.2计算选型示例

以北方某火力发电厂为例，除氧水压力测量取样管路长度L1为15m，外径d为14mm，测量取样管内介质温度t1为90℃，最低环境温度t2为－25℃，采用硅酸铝保温材料，保温系数A为0.044W/(m·℃），保温厚度δ为25mm，压力测量取样管路散热量Q计算公式如下：

Q=2πλ（t1-t2）/ln[(d+2δ)/d]=21W/m。

电伴热电缆可采用平行法和缠绕法进行敷设。如计算出的单位长度热损失小于电伴热电缆单位长度的额定发热值，一般采用平行法，即使用铝胶带将伴热电缆直接粘贴在管道上，并使用耐热胶带每隔0.5m沿径向包扎电伴热电缆即可；如计算出的单位长度热损失大于电伴热电缆单位长度的额定发热值，一般采用缠绕法。缠绕法需先确定电伴热电缆的缠绕螺距S，然后根据S计算电伴热电缆的长度L。缠绕螺距S计算公式如下：

S＝πd/(K²-1）^1/2且，

式中d一管道外径，mm;

K－电伴热电缆的长度系数，K等于取样管路散热量Q除以电伴热电缆的米功率。

电伴热电缆的长度L计算公式如下：

L=(L1/S)[S²＋（πd)²］^1/2

表1列出了4种CWH₂型电伴热电缆的参数。

以CWH₂-20W电伴热电缆、除氧水压力测量取样管路散热量Q为21W/m为例，利用上述公式计算得：S=137.38mm,L=l7.3m。查询该电厂施工阶段电伴热电缆敷设清册，除氧水压力测量取样管路伴热电缆实际敷设量为17.5m，设计误差率仅为1.14%，设计准确率较高。

利用缠绕法敷设电伴热电缆时，以往采用预估方式计算电伴热电缆用量，即通常取被保温取样管路长度的1.5-2倍。若选取1.5倍系数，15m除氧水压力测量取样管路则需22.5m电伴热电缆，与现场实际敷设量偏差较大。可见，利用上述公式计算电伴热电缆长度，可以较为准确地计算出全厂电伴热电缆使用量，降低工程材料造价。

2.3电源设计

由于电伴热电缆需要220V交流电源，在电源设计中，通常需专为主厂房电伴热电缆配电设置一面电源柜，以满足主厂房各区域电伴热电缆电源要求。一般情况下，电伴热电源柜布置在锅炉运转层，电伴热电源柜电源来自两路380V交流电源，分别是锅炉运转层MCCA段、MCCB段，再通过电游、自动切换装置、盘内小母线、熔断器分配给主厂房仪表保温箱供电回路。在上述选型示例中，按长度15m保温取样管、管路内介质温度t1为90℃、米功率为20W/m的电伴热电缆，保温箱内配置lOOOW电加热器、60W白炽灯，电伴热电缆的供电电流为1.37A，可选支路微型断路器容量为2A、保温箱主回路微型断路器容量宜选用lOAa

3 电伴热系统安装注意事项

(1）掌握供货厂家《电伴热系统安装与操作手册》的要求，接受厂家技术人员的专业安装培训，对电伴热电缆进行绝缘性能测试。

(2）对仪表导管、阀门进行防锈、防腐、去除毛刺和锐角等处理。

(3）合理安装高温介质管路内保温层（硅酸铝隔热棉），且厚度不低于设计值，以防直接接触烧坏电伴热电缆。

(4）安装电伴热电缆、外保温层以及镀钵白铁皮后，应进行绝缘性测试，防止热量过快损失和人员接触烫伤。

4 应用效果

北方地区某火力发电厂2*330MW机组电伴热系统的设计应用了上述方法，单台机组伴热电缆总设计用量960m，实际使用电伴热电缆994m，设计误差率低。实践证明，按照本文所述的设计方法进行热工仪表取样管电伴热系统设计，不仅使用效果良好，节约了投资，降低了工程造价，而且能够充分发挥电伴热系统的优势。