電伴熱技術在北方架空燃氣管道的應用

摘 要

摘要：比較了北方地區(qū)架空燃氣管道的3種伴熱方式，介紹了電熱帶及電伴熱的工程應用。關鍵詞：架空燃氣管道；電伴熱；電熱帶；保溫Application of Elcetric Tracing Technology to North
摘要：比較了北方地區(qū)架空燃氣管道的3種伴熱方式，介紹了電熱帶及電伴熱的工程應用。
關鍵詞：架空燃氣管道；電伴熱；電熱帶；保溫
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
   隨著管道燃氣的逐漸普及，在我國北方地區(qū)，由于受地形、房屋建筑結構等條件的制約，部分庭院燃氣管道不能埋地敷設。而北方地區(qū)的城市氣源主要以人工煤氣、液化石油氣、液化石油氣混空氣等濕燃氣為主，在冬季，庭院燃氣管道明管敷設，導致管道內(nèi)的濕燃氣結露結冰，不僅影響管道的輸送能力，還存在很大的安全隱患。燃氣管道本身是不具備發(fā)熱能力的，單純的保溫不能解決以上問題。要解決濕燃氣的結露結冰問題，就需要對架空的燃氣管道做伴熱及保溫處理。
1 伴熱方式
   ① 3種伴熱方式的比較
   目前，管道的伴熱方式有電伴熱、蒸汽伴熱、熱水夾套管伴熱3種。蒸汽伴熱和熱水夾套管伴熱因受熱源的影響和制約較大，不適用于小區(qū)庭院燃氣管道伴熱。而電伴熱熱源方便靈活，熱效率可達80%～90%，是熱效率最高的一種熱保護方式，具有運行可靠、不需經(jīng)常維修等優(yōu)點，適用于小區(qū)庭院燃氣管道伴熱。電伴熱是指用電能補充被伴熱物體在使用過程中的熱損失，使其溫度維持在一定的范圍內(nèi)。在石油天然氣行業(yè)中，電伴熱不用于提高介質的溫度，主要用于防凍、防凝和工藝保溫[1]。目前已經(jīng)有很多企業(yè)生產(chǎn)了防爆的電熱帶，這為燃氣管道采用電伴熱提供了有利條件。
    ② 電熱帶[1]
    電伴熱系統(tǒng)主要由電源、電熱帶、溫控器(恒功率式電熱帶)或恒溫器(變功率式電熱帶)以及接線盒、二通、三通等構件組成。其中電熱帶是發(fā)熱部件，按其作用方式可分為恒功率式電熱帶和變功率式電熱帶。
   a. 恒功率式電熱帶
   恒功率式電熱帶又稱并聯(lián)式電熱帶，通電后以恒定的功率發(fā)熱，并不隨環(huán)境溫度的改變而變化。
   b. 變功率式電熱帶
   變功率式電熱帶又稱自限式電熱帶。變功率是指電熱帶的輸出功率隨被伴熱介質溫度的升高而減小，反之則增加。
    恒功率式電熱帶的啟停由溫控器控制，變功率式電熱帶由具有自動控制功能的導電塑料調(diào)節(jié)功率；恒功率式電熱帶不宜交叉，以防止局部產(chǎn)生高溫，變功率式電熱帶可以交叉；恒功率式電熱帶對復雜管道的適應性不及變功率式電熱帶。
2 電伴熱的工程應用[2]
    沈陽市蘇家屯地區(qū)以液化石油氣混空氣作為氣源，其部分庭院燃氣管道受房屋建筑結構的限制，不得不采用沿外墻架空敷設的方式?，F(xiàn)以蘇家屯地區(qū)站前住宅小區(qū)庭院燃氣管道架空敷設電伴熱為例，對電伴熱的工程應用加以闡述。本工程選用變功率式電熱帶，電伴熱的工程應用見圖1。
  

   ① 計算參數(shù)
   a. 氣源狀況
   氣源種類：液化石油氣混空氣，液化石油氣的體積分數(shù)為40%
   氣源露點：-13℃
   氣體密度：1.84kg/m3[3]
   b. 外界環(huán)境
   室外極端最低溫度：-34℃
   c. 管道
   管道外徑：76mm
   管道長度：80m
   管道保溫層外徑：136mm
   ② 保溫
   管道保溫材料選用聚氨酯發(fā)泡，參照熱力管道保溫經(jīng)驗值，保溫層厚度選30mm。
   ③ 伴熱計算
   a. 電熱帶耗熱量的計算
    Ф=Ф1+Ф2=qmcp(t2-t1)+Klq    (1)
式中Ф——電熱帶的耗熱量，W
    Ф1——燃氣升溫的耗熱量，W
    Ф2——被電熱帶加熱管道的散熱量，W
    qm——燃氣的質量流量，kg/s
    cp——燃氣的比定壓熱容，J/(kg·K)
    t2——燃氣的終端溫度，℃
    t1——燃氣的始端溫度，℃
    K——補償系數(shù)，一般取1.3～1.5
    l——被電熱帶加熱管道的長度，m
    q——被電熱帶加熱管道的單位長度的散熱量，W/m
忽略管道的導熱熱阻、燃氣與管道內(nèi)表面對流換熱的熱阻，得到公式(2)[4]。
 
式中tf——管內(nèi)燃氣的溫度，℃
    ta——周圍空氣的溫度，℃
    A——保溫材料的熱導率，W/(m·K)
    D1——管道保溫層外徑，m
    D0——管道外徑，m
    α1——保溫層表面與周圍空氣間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)
    當僅維持燃氣和管道溫度不變時，只需計算管道的單位長度散熱量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，根據(jù)公式(1)和(2)得q=13.5W/m，Ф=1404W。
b. 電熱帶功率的計算
 
式中P——電熱帶的功率，W
    η——電熱帶效率，取0.85
    本工程中P=1652W。
c. 電熱帶纏繞螺距的計算
 
式中d——纏繞螺距，m
    L——電熱帶長度，m
    本工程中單位長度電熱帶的功率為10W，則L=165.2m，d=0.24m。
   ④ 外管保護
   為了防止管道保溫及伴熱遭到破壞，管道保溫層外加鋁皮或鐵皮保護。
3 結語
在沈陽市蘇家屯地區(qū)有部分住宅樓庭院管道采用電伴熱方式進行伴熱保溫，已經(jīng)進行了3個冬季的正常供氣，電伴熱裝置簡單、發(fā)熱均勻、溫度準確、反應快捷，具有防爆、防火及全天候工作性能，使用壽命長，不污染環(huán)境[5]，能很好地解決北方地區(qū)架空燃氣管道的防凍問題，并大大提高燃氣管道的輸送能力和供氣的安全性。
參考文獻：
[1] 劉春陽.電伴熱原理及其一般用法[J].中國海上油氣(工程)，1998,10(6)：14-17.
[2] 化學工業(yè)部化工工藝配管設計技術中心站.化工管道手冊(下冊)[M].北京：化學工業(yè)出版社，1986.
[3] 段常貴.燃氣輸配(第3版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.
[4] 章熙民，任澤霈，梅飛鳴，等.傳熱學(第3版)[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990.
[5] 時衛(wèi)玲.電伴熱技術在輸油管道上的應用[J].石油化工自動化，2000，(4)：82-83.
 
(本文作者：李連星 劉強 建設部沈陽煤氣熱力研究設計院 遼寧沈陽 110026)