电伴热技术在北方架空燃气管道的应用

摘 要

摘要：比较了北方地区架空燃气管道的3种伴热方式，介绍了电热带及电伴热的工程应用。关键词：架空燃气管道；电伴热；电热带；保温Application of Elcetric Tracing Technology to North
摘要：比较了北方地区架空燃气管道的3种伴热方式，介绍了电热带及电伴热的工程应用。
关键词：架空燃气管道；电伴热；电热带；保温
Application of Elcetric Tracing Technology to Northern Overhead Gas Pipeline
LI Lian-xing，LIU Qiang
Abstract：The three kinds of tracing modes of overhead gas pipeline in the northern region are compared，and the engineering applications of ribbon heater and electric tracing are introduced.
Key words：overhead gas pipeline；electric tracing；ribbon heater；thermal insulation
   随着管道燃气的逐渐普及，在我国北方地区，由于受地形、房屋建筑结构等条件的制约，部分庭院燃气管道不能埋地敷设。而北方地区的城市气源主要以人工煤气、液化石油气、液化石油气混空气等湿燃气为主，在冬季，庭院燃气管道明管敷设，导致管道内的湿燃气结露结冰，不仅影响管道的输送能力，还存在很大的安全隐患。燃气管道本身是不具备发热能力的，单纯的保温不能解决以上问题。要解决湿燃气的结露结冰问题，就需要对架空的燃气管道做伴热及保温处理。
1 伴热方式
   ① 3种伴热方式的比较
   目前，管道的伴热方式有电伴热、蒸汽伴热、热水夹套管伴热3种。蒸汽伴热和热水夹套管伴热因受热源的影响和制约较大，不适用于小区庭院燃气管道伴热。而电伴热热源方便灵活，热效率可达80%～90%，是热效率最高的一种热保护方式，具有运行可靠、不需经常维修等优点，适用于小区庭院燃气管道伴热。电伴热是指用电能补充被伴热物体在使用过程中的热损失，使其温度维持在一定的范围内。在石油天然气行业中，电伴热不用于提高介质的温度，主要用于防冻、防凝和工艺保温[1]。目前已经有很多企业生产了防爆的电热带，这为燃气管道采用电伴热提供了有利条件。
    ② 电热带[1]
    电伴热系统主要由电源、电热带、温控器(恒功率式电热带)或恒温器(变功率式电热带)以及接线盒、二通、三通等构件组成。其中电热带是发热部件，按其作用方式可分为恒功率式电热带和变功率式电热带。
   a. 恒功率式电热带
   恒功率式电热带又称并联式电热带，通电后以恒定的功率发热，并不随环境温度的改变而变化。
   b. 变功率式电热带
   变功率式电热带又称自限式电热带。变功率是指电热带的输出功率随被伴热介质温度的升高而减小，反之则增加。
    恒功率式电热带的启停由温控器控制，变功率式电热带由具有自动控制功能的导电塑料调节功率；恒功率式电热带不宜交叉，以防止局部产生高温，变功率式电热带可以交叉；恒功率式电热带对复杂管道的适应性不及变功率式电热带。
2 电伴热的工程应用[2]
    沈阳市苏家屯地区以液化石油气混空气作为气源，其部分庭院燃气管道受房屋建筑结构的限制，不得不采用沿外墙架空敷设的方式。现以苏家屯地区站前住宅小区庭院燃气管道架空敷设电伴热为例，对电伴热的工程应用加以阐述。本工程选用变功率式电热带，电伴热的工程应用见图1。
  

   ① 计算参数
   a. 气源状况
   气源种类：液化石油气混空气，液化石油气的体积分数为40%
   气源露点：-13℃
   气体密度：1.84kg/m3[3]
   b. 外界环境
   室外极端最低温度：-34℃
   c. 管道
   管道外径：76mm
   管道长度：80m
   管道保温层外径：136mm
   ② 保温
   管道保温材料选用聚氨酯发泡，参照热力管道保温经验值，保温层厚度选30mm。
   ③ 伴热计算
   a. 电热带耗热量的计算
    Ф=Ф1+Ф2=qmcp(t2-t1)+Klq    (1)
式中Ф——电热带的耗热量，W
    Ф1——燃气升温的耗热量，W
    Ф2——被电热带加热管道的散热量，W
    qm——燃气的质量流量，kg/s
    cp——燃气的比定压热容，J/(kg·K)
    t2——燃气的终端温度，℃
    t1——燃气的始端温度，℃
    K——补偿系数，一般取1.3～1.5
    l——被电热带加热管道的长度，m
    q——被电热带加热管道的单位长度的散热量，W/m
忽略管道的导热热阻、燃气与管道内表面对流换热的热阻，得到公式(2)[4]。
 
式中tf——管内燃气的温度，℃
    ta——周围空气的温度，℃
    A——保温材料的热导率，W/(m·K)
    D1——管道保温层外径，m
    D0——管道外径，m
    α1——保温层表面与周围空气间的表面传热系数，W/(m2·K)
    当仅维持燃气和管道温度不变时，只需计算管道的单位长度散热量q。本工程中tf=5℃，ta=-34℃，D1=0.136m，D0=0.076m，λ=0.033W/(m·K)，α1=28W/(m2·K)，l=80m，根据公式(1)和(2)得q=13.5W/m，Ф=1404W。
b. 电热带功率的计算
 
式中P——电热带的功率，W
    η——电热带效率，取0.85
    本工程中P=1652W。
c. 电热带缠绕螺距的计算
 
式中d——缠绕螺距，m
    L——电热带长度，m
    本工程中单位长度电热带的功率为10W，则L=165.2m，d=0.24m。
   ④ 外管保护
   为了防止管道保温及伴热遭到破坏，管道保温层外加铝皮或铁皮保护。
3 结语
在沈阳市苏家屯地区有部分住宅楼庭院管道采用电伴热方式进行伴热保温，已经进行了3个冬季的正常供气，电伴热装置简单、发热均匀、温度准确、反应快捷，具有防爆、防火及全天候工作性能，使用寿命长，不污染环境[5]，能很好地解决北方地区架空燃气管道的防冻问题，并大大提高燃气管道的输送能力和供气的安全性。
参考文献：
[1] 刘春阳.电伴热原理及其一般用法[J].中国海上油气(工程)，1998,10(6)：14-17.
[2] 化学工业部化工工艺配管设计技术中心站.化工管道手册(下册)[M].北京：化学工业出版社，1986.
[3] 段常贵.燃气输配(第3版)[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.
[4] 章熙民，任泽霈，梅飞鸣，等.传热学(第3版)[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1990.
[5] 时卫玲.电伴热技术在输油管道上的应用[J].石油化工自动化，2000，(4)：82-83.
 
(本文作者：李连星 刘强 建设部沈阳煤气热力研究设计院 辽宁沈阳 110026)