温控伴热电缆(简称电缆)又称自调控电伴或自限温电热带。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*操作温区正常运行。
温控伴热电缆工作原理:温控伴热电缆的电热元件,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。
温控伴热电缆工作特点:
1.加热时能够自动限定电缆的工作温度;
2.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;
3.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。
4.允许交叉重叠缠绕敷设而无过热及烧毁之忧。
温控伴热电缆在用于防冻和保温时,具有如下优点:
1.伴热管线温度均匀,不会过热,安全可靠;
2.节约电能;
3.间歇操作时,升温启动快速;
4.安装及运行费用低;
5.安装使用维护简便;
6.便于自动化管理
7.无环境污染。
温控伴热电缆表示方法:
1.产品型号规格表示方法:结构型式、额定电压、产品代号、温度等级、标称功率、从左向右
1)标称功率:例如“10”表示标称功率为10Wm-1。
2)温度等级:D表示低温;Z表示中温。
3)产品代号:WK表示温控型电缆。
4)额定电压:“1”表示110V;“2”表示220V;“3”表示380V。
5)结构型式:“J”表示基本型、“P”表示屏蔽型、“F”表示防护型。
示例:10DWK2-F 表示:防护型低温温控伴热电缆,标称功率10Wm-1,额定电压220V。
温控伴热电缆产品结构
(1)导体(镀锡铜线1.0、1.5、2.5mm2)
(2)PTC芯带
(3)改性聚烯烃绝缘层
(4)镀锡铜丝编织屏蔽层
(5)改性聚烯烃或氟碳树脂护套层
温控伴热电缆性能参数
1.低温系列性能参数
—标准颜色:黑色
—温度范围:zui高维持温度65℃
zui高曝露温度85℃
zui高表面温度85℃
—施工温度:zui低-60℃
—热稳定性:由10℃至99℃间来回循环300次后,电缆发热量维持在90%以上。
—弯曲半径:20℃室温时,为25.4mm,-30℃低温时,为35mm。
—绝缘电阻:伴热电缆长度100m,环境温度75℃时,绝缘电阻zui小值为20MΩ。
2.中温系列性能参数
—标准颜色:褐色
—温度范围:zui高维持温度105℃
zui高曝露温度135℃
zui高表面温度135℃
—施工温度:zui低-30℃
—热稳定性:由10℃至149℃间来回循环300次后,电缆发热量维持在90%以上
—弯曲半径:20℃室温时,为25.4mm,-30℃低温时为35mm。
—绝缘电阻:伴热电缆长度100m,环境温度75℃时,绝缘电阻zui小值为20MΩ。
3.电缆型号规格起动温度℃熔断器
10A20A30A40A
4.单一电源zui大使用长度(m)
15DWK2-J-20-100 10
25DWK2-J-20-100 10
35DWK2-J-20-100 10
40ZWK2-J-20-100 10
50ZWK2-J-20-100 10
60ZWK2-J-20-100 10
温控伴热电缆工作性能
1.功率自调性能:伴热电缆的电热功率是随温度升高而自动减少,或随温度降低而自动增大。
2.自限温性能:伴热电缆通电发热时温度升高、电阻增大,当电阻达到极大时,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。
3.PTC记忆性能:伴热电缆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(PTC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材料是半晶高聚物与炭黑的共混物。
)
4.温度均匀性能:温控伴热电缆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。
温控伴热电缆主要参数定义:
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。
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zui低值)。
3.zui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zui高温度称为该种型号电缆的zui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zui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zui高维持温度到环境温度之间的任何温度。
4.zui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zui高温度,称为zui高曝露温度。
5.zui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zui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。
6.zui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zui大长度限制,这个长度为zui大使用长度。zui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zui大使用长度,应当另接电源。
温控伴热电缆用途:
1.需要防冻、融冰、化雪及防凝结的部位或场所。
2.易液化、固化、易结晶及粘稠液体的管道、阀门、泵、容器、槽、罐、反应器等的伴热保温、降粘及防堵。如煤气、氯气、原油、重油、食用油及水管等,特别是当上述管道间歇操作而无法*排空时。
3.测量仪表的支管,因其较细而物料又不流动。
4.无需精确恒温的仪表、元件以及功率不大的限温加热。
5.农副产品加工以及其他用途,如发酵、孵化、养殖等。
温控伴热电缆使用注意事项
1.运输、储存、安装及使用中要避免碾压、撞击、反复弯折以及有机溶剂或油污的侵入。
2.电缆一端接入电源,另一端的线芯不得短路或与导电物质接触,必须用配套的封头严密套封。在需要防爆的场合应使用配套的防爆接线盒。护套不得损坏,芯带不得裸露。
3.伴热电缆的输出功率与伴热系统的诸多因素相关,使用伴热电缆时须进行热工设计,方能达到*运行效果。
温控伴热电缆简易热工设计:电伴热是利用伴热电缆输出的热量来补偿管道、容器、罐体等储运系统所耗散的热量,以维持系统操作介质始终处在工艺要求的适宜温区。所以,热工设计首先要确定工艺装置的热损失即耗热量,然后根据耗热量确定所需伴热电缆的功率和长度。
1.设计需要确定的工艺参数
1)管道要求的维持温度,TV;
2)当地zui低环境温度(℃),TA;
3)管道的外径,D;
4)容器的表面积,S;
5)管道的保温材料品种及厚度;
6)管道是在室内或室外。
2.管道、平面热损失计算
保温管道的热损失(加30%安全系数)按公式(1)计算:
Qt={[2π(TV-TA)]/[(LnD0/D1)1/λ 2/(D0α)]}×1.3………(1)
8.2.2平面
保温平面的热损失(加30%安全系数)按公式(2)计算:
QP=[(TV-TA)/(δ/λ 1/α)]×1.3……………………………(2)
式(1)和式(2)中:
Qt—单位长度管道的热损失,W/m;
Qp—单位平面的热损失,W/㎡;
TV—系统要求的维持温度,℃;
TA—当地的zui低环境温度℃;
λ—保温材料的导热系数,W/(m℃),见表3;
D1—保温层内径,(管道外径)m;
D0—保温层外径,m;D0=D1 2δ;
δ—保温层厚度,m;
Ln—自然对数;
α—保温层外表面向大气的散热系数,W/(㎡℃)与风速ω,(m/s)有关,
α值按公式(3)计算:
α=1.163(6 ω1/2)W/(㎡℃)…………………………(3)
管道材质修正系数
不同材质的导热系数不同,在同等TV的情况下所需功率不同,修正系数Kc,见表4;
Qt、QP值的条件是钢材,如材质变动应乘以材质修正系数。例如式(4):
常用保温材料导热系数
保温材料导热系数W/(m.℃)
玻璃纤维0.036
矿渣棉0.038
硅酸钙0.054
膨胀珍珠岩0.054
蛭石0.084
岩棉0.043
聚氨脂0.024
聚苯乙烯0.031
泡沫塑料0.042
石棉0.093
表4管道材质修正系数
管道材料修正系数
碳钢1
铜0.9
不锈钢1.25
塑料1.5
Q=Qt×kcW/m………………………………………(4)
计算所需伴热电缆的总长度L
用Q值来选择合适规格的伴热电缆,并确定每米管道所用伴热电缆的长度和敷设方法。
管道部分用伴热电缆长度Lg
1)每米管道应敷设伴热电缆的长度Lg为:
Lg=Q/QMm/m……………………………………………(5)
式中,QM为某一规格伴热电缆在维持温度TV时的输出功率(W/m)。
2)Lg小于1时,每米管道采用的伴热电缆小于1m无法敷设,所以Lg不能小于1。
3)Lg等于1时,则每米管道采用1m该规格的伴热电缆,单根直线敷设。
4)Lg等于n时(n为整数),则每米管道采用n根这种规格的伴热电缆,n根直线敷设。
5)Lg大于1且不等于n,可采用螺旋卷绕敷设,节距为LS(m)
LS=π(D d)/(Lg2-1)0.5m………………………(6)
D为管道外径(m);d为伴热电缆厚度(m)
6)管道部分用伴热电缆长度,为:
L1=管道总长度×Lgm………………………………(7)
平面部分用伴热电缆长度L2
1)每平方米表面应敷设伴热电缆长度为:
Lp=(Qp×Kc)/QMm/㎡
2)Lp≥3,即每㎡面积须敷设不短于3m长度的伴热电缆。
3)平面部分用伴热电缆长度为:
L2=S×Lpm…………………………………………………(8)
S为散热平面面积(m2)。当管径大于600mm时可当作平面容器处理。
管道附件用伴热电缆长度
管道附件的热损失可换算成一定长度相同管径管道的热损失,所需电缆应敷设在相应附件上。
管道附件所需伴热电缆长度=附件散热系数×每米管道所需同种电缆长度
1)每个阀门所需电缆长度Lf,为:
Lf=kf×Lg………………………………………………………(9)
式中,kf为阀门散热系数,见表5
表5阀门散热系数
阀门品种闸阀蝶阀球阀球心阀
散热系数1.50.91.01.4
2)每个管道其他附件所需电缆长度Lj为:
Lj=kj×Lg…………………………………………………(10)
式中,kj为其他附件散热系数
接头留用长度L3
1)每个电源引入端预留1m;
2)每个尾端留0.5m;
3)每个直型或T型接线盒预留0.5m;
4)备用(按工程需要);
所需伴热电缆总长度L为(增加30%的安全系数),L=(L1 L2 Lf Lj L3)×1.3
温控伴热电缆选型注意事项
1.根据管道可能经受的zui高温度来选择相应zui高暴露温度的伴热电缆
确定管道是否会出现偶发性温升(如蒸汽、热水、热油清扫管道)及zui高温度,所选伴热电缆的zui高暴露温度应不低于偶发性温升。
如偶发性温升高于zui高暴露温度,可在进行热工估算后,调整安装方法,即在伴热电缆与管道之间加一层适当厚度的保温层,以缓解偶发温升对电缆的影响。
2.根据功率—温度曲线选择伴热电缆功率
选择伴热电缆的输出功率,不是以标称功率为依据,而是以系统维持温度时伴热电缆必须输出的功率为依据。
选择电缆的温度等级及伴热功率与系统所需的维持温度有直接关系,应选用zui高表面温度高于系统维持温度(例如20℃)并能补偿体系热损失的电缆。
3.单一电源zui大伴热电缆长度的确定
从同一个电源接线盒引出的所有各段伴热电缆的长度之和,称为单一电源zui大伴热电缆长度。据此选择过流保护开关的容量。根据管道分布及支线长短选用电缆,低功率电缆单根使用长度较大,适合较长的支线使用,若一根的功率不够可用多根。
温控伴热电缆结构的选择:
根据安装环境和条件进行结构选择
1)在塑料或表面涂有油漆,而不能可靠接地的容器和管道上可选用屏蔽型产品。
2)在易燃易爆地区,或管内介质是易燃易爆介质,应选用屏蔽型产品。
3)管道内介质如有腐蚀性,或电缆有可能接触腐蚀屏蔽层的化学品,则应采用防护型产品。
其他事项
1)伴热电缆的电源接线截面要大于伴热电缆导体截面。
2)熔断器、空气开关要选择适中,要考虑大于全线起动电流。
3)易燃易爆地区必须采用的电源接线盒,中间接线盒和终端等附件。
4)根据电源容量、电压、电网平衡状态,确定采用单相供电或三相供电及电压等级。
5)管道周围环境是否便于电缆安装,确定伴热电缆,采用直线敷设还是螺旋敷设。
温控伴热电缆电伴热系统图绘制原则
1)每个单一电源供电的电伴热系统,应绘制各自的电伴热系统图。
2)电伴热系统图以该被伴热管道配管图为依据,用轴侧投影图表示。
3)电伴热系统图是示意图,可以不按比例绘制。
温控伴热电缆电伴热系统图图示要求
1)电伴热系统图应列出管道编号、管径、材质,保温材质和保温厚度;
2)应标出管道上的阀门、管件、支架、法兰的位置及管道的长度,同时标出接线盒的位置;
3)列出管内介质的名称、操作温度,维持温度,可能zui高温度,zui低环境温度、温差、散热损失、危险区域分类;
4)列出伴热电缆的规格,数量及其在维持温度时的发热量以及电器设备的数量、规格、型号及其他附件。
温控伴热电缆电伴热设施的安装
1.安装前的准备
1)所有伴热电缆均须进行电路连续性和绝缘性能的测试,不符合规定的不能使用。
2)电气设备和控制设备均须进行外观检查,有变形、有裂纹,器件不全又无法修复的,不能使用。
3)安装前,应先按照电伴热系统图,逐一核对管道编号、管道规格、工艺条件、伴热电缆参数、规格型号、电气设备和控制设备规格型号,确认无误后,才能进行安装。
4)没有产品标记,或标记模糊不清,无法辨认的产品,不能安装。
5)电伴热系统安装前,被伴热管道必须全部施工完毕,并经水压试验(或/和气密试验)检查合格。
温控伴热电缆安装注意事项
1)伴热电缆安装时,不要在地面上拖拉,以免被锋锐物损坏。不要与高温物体接触,防止电焊熔渣溅落到伴热电缆上。
2)伴热电缆有良好的柔性,但不允许硬折,需要弯曲时,弯曲半径不得小于伴热电缆厚度的6倍。
3)伴热电缆严禁用重物硬砸,如被砸伴热电缆应重新进行电气测试,合格后才能使用。
4)伴热电缆应与被伴热管道(或设备)贴紧并固定,以提高伴热效率。固定伴热电缆时应用尼龙扎带,严禁用金属丝绑扎。
5)非金属管道应在管外壁与伴热电缆之间贴一层铝胶带,用来增大接触传热面积。
6)伴热电缆的安装要充分考虑管道附件(或设备)的拆卸可能性,且伴热电缆又不需要被切断。电缆被剪断或接头时要注意接头的密封。
7)每米管道热损失大于每米伴热电缆输出功率时,可按图4敷设伴热电缆,以利维修时拆卸。
8)法兰处易产生泄漏,缠绕伴热电缆时,应避开其正下方,如图5所示。
9)伴热电缆在管道上的安装方法与固定,可按图6进行。扎带材料应根据管道的温度选用。
10)伴热系统安装完毕后,必须逐个回路进行电气测试合格后,再进行通电试验,检查伴热电缆发热情况。确认正常后,才允许保温。
11)保温材料应干燥。潮湿的保温材料不但影响伴热效果,还会导至对伴热电缆的腐蚀,缩短使用寿命,未包外保护层的保温管道,被雨雪浇湿后,应风干后再施工外保护层。
12)伴热系统施工完毕,应在管道的外保护层,做出明显的电伴热标记,以提醒人们注意。
13)伴热电缆安装时,当电缆一端接入电源前应将母线另一端用配套的封头套封好,两条母线不得短路。
14)多回路伴热电缆从同一接线盒接出时,各母线都要有绝缘套隔离,以防短路。
15)接线盒应密封,防止雨水进入。
电伴热系统的现场测试与检查
1)伴热电缆的连续性和绝缘电阻,用500V摇表检查,系统绝缘电阻大于5MΩ为合格。
2)伴热系统安装完毕,每个电伴热回路的测试结果应有记录和报告。
3)检查人员应按照工程规定对伴热系统的安装进行中间检查和zui终核实、验收,必要时可请电缆厂协助。
温控伴热电缆的结构材料:
1、芯带层:
PTC芯带是将PTC材料均匀的挤包在两根平行镀锡铜线上,形成并联回路。
芯带的断面可以为哑铃形或扁圆形。
2、绝缘层:
电缆绝缘应为符合电缆zui高工作温度等级的改性聚烯烃及其它绝缘材料,绝缘应紧密挤包在PTC芯带上,其表面应光滑、平整、色泽均匀,绝缘不应与芯带粘连。绝缘厚度为0.6mm±0.1mm,绝缘厚度的任何一点可小于规定值,但只要不小于规定值的90%-0.1mm。应按GB/T2951.1中8.1条规定的试验方法检查是否符合要求。应在至少相隔1米的3处各取一段电缆试样。绝缘线芯应能经受GB/T3048.9电线电缆绝缘线芯工频火花试验方法规定的交流50Hz火花试验,作为中间检查,火花试验电压值为6kV。
绝缘机械物理性能试验要求:
1.老化前机械性能抗张强度,zui小断裂伸长率,zui小MPa%12.5200
2.空气箱老化后机械性能处理条件:温度持续时间抗张强度变化率,zui大断裂伸长变化率,zui大℃d%%135±37±25±25
3.热延伸试验处理条件:空气温度载荷时间机械负荷负荷下伸长率,zui大冷却后*伸长率,zui大℃minMPa%%200±3150.217515
4.吸水试验重量法处理条件:温度时间重量变化率,zui大℃dmg/cm285±2141
5.收缩试验处理条件:温度时间收缩变化率,zui大℃h%135±314
蔽层:屏蔽型电缆的屏蔽层应采用镀锡铜线编织在绝缘层上。编织用镀锡铜线直径的zui大值如下表:
镀锡铜线尺寸
电缆宽度镀锡铜线zui大值
b≤10.0mm0.16mm
10.0mm<b≤20.0mm0.21mm
编织覆盖率应为75%以上。
护套层:电缆护套应选用改性聚烯烃及其它护套料,护套应单层挤包。当伴热电缆为防护型时,护套挤包在绝缘层或金属屏蔽层上。护套应紧密挤包,护套表面应平整、色泽均匀,且应容易剥离而不损伤绝缘和编织层。护套厚度为0.75mm±0.1mm。护套厚度的任何一点可小于规定值,但只要不小于规定值的85%-0.1mm。应按GB/T2951.1—1997中8.2条规定的试验方法检查是否符合要求。应在至少相隔1米的3处各取一段电缆试样。