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【摘要】从实际应用的角度，探讨了醋酸物料管线电伴热的参数设计、控制原理。
【关键词】电伴热 控制原理 电热带
电伴热是利用电能致热，在物料管线或罐体上发出均匀热量，以补偿被伴热物体在工艺生产过程中的热量损耗，维持物料温度在一定范围内，从而满足其工艺技术要求。同传统的蒸汽伴热相比，电伴热具有高效节能、发热均匀、可靠性高、安装维护简便、无“跑冒滴漏”现象、易于实现自动控制等优点，是电热工程领域的一项新兴技术。
下面以某石化企业醋酸管线电伴热为例，对其控制原理作进一步分析探讨。 1 参数设计
某石化企业，从生产区到船运码头的醋酸管线，长度3510米，采用Φ108×4不锈钢管，保温材料为岩棉，厚度80mm，醋酸凝固点为16.63℃。为确保管线顺畅，不因环境温度降低而导致管线内醋酸结晶，介质维持温度要求为25±3℃。
根据热力学基本原理、以及相关的工艺条件，管道隔热层厚度与管道热量损失q的关系由以下公式确定[1]：
（式7）
即线芯发热温度达50℃时，为确保5.2w/ m的发热功率，换算成20℃时的电阻值为11.25Ω。
2.3 控制回路
电伴热的控制，以管线的温度作为反馈信号，控制温控器的输出节点，使伴热达到自动控制与调节的效果。
控制回路的电源，采用了J B K 3–480V/220V隔离变压器，具有降压、隔离的作用：一方面，将电压降为220V工作电压；另一方面，使变压器的一次侧与二次侧在电气上完全隔离，防止触电危险[3]；同时，具有滤波作用，抑制高次谐波传入控制回路，防止干扰。
醋酸管线的测温采用Pt100铂电阻，量程范围―50℃～100℃，铂电阻物理化学性能稳定，抗氧化能力强，适用于酸碱腐蚀场所，测温精度高；铂电阻内接一温度变送器模块，通过24V直流电源，将电阻信号转化成4～20mA电流信号，作为温控器的输入信号。
现场电流信号通过控制电缆加以传输，称之为温控电缆，沿管线敷设。由于外管廊属防爆危险区域，因此采用隔离式安全栅[4]，对窜入现场的电流、电压加以限制，确保物料管线的安全；当温控电缆短路时，安全栅将被损坏，回路断开，对24V电源、温控器具有保护作用，防止故障范围进一步扩大。
温控器的设定温度为25℃，且具有±1.5℃的回差：当管线温度低于23.5℃时，温控器节点闭合，主回路接通，管线处于加热状态；当管线温度高于26.5℃时，温控器节点断开，主回路随之断开，管线停止加热。
控制回路的保护，采用ZEV–65电子过载继电器，具有缺相、过载、三相电流不平衡保护功能。过载电流通常按1.05～1.1倍额定电流整定，当Ie=38A时，过载电流为：
Ir=1.05Ie=1.05×38（A）≈40（A）（式8）
3 安装调试
电热带出厂时，必须通过交接试验，试验标准为：用1000V摇表，线芯对屏蔽层绝缘电阻≥50MΩ；工频2500V、一分钟交流耐压试验，绝缘层不被击穿。
在沿管线敷设时，三相电热带应平行敷设，不宜交叉、叠绕，以防止局部过热而烧坏；电热带紧贴管壁，用铝箔胶带加以固定；三相电热带采用“Y”型接法，在尾端接线盒内将线芯并接起来。
因使用长度的限制，电热带采用DJH–VI–100型防爆接线盒过渡、连接，接线端子容量为100A，接线盒防爆等级达到ExdIIBT4，以符合现场防爆要求[5]，电热带属无火花型电器，防爆等级为ExeIIT4；每段电热带的屏蔽层，必须相互连接，且可靠接地，接地电阻值<4Ω。
温控器是电伴热控制的核心，具有接线简单、安装方便、功能完备、参数设置灵活的特点。在输入方式上，温控器支持热电偶、铂电阻、4～20mA模拟量输入，可根据现场信号采集的实际状况加以选择；就输出方式上，采用了温控节点输出，节点容量达到10A，具有较强的带载能力；在控制方式上，通过PID调节功能[6]，能提高控制系统的快速性、稳定性和准确度。
温控器接线调试完毕，接着对铂电阻进行校验。采用标准电阻箱，参照Pt100铂电阻分度表，现场输入电阻信号，观测温控器显示温度，并做好记录。调试数据如表1所示，表明铂电阻测試温度在一定误差范围内，运行正常。
对三相电热带直流电阻进行测试，分别为11.62Ω、11.60Ω、11.65Ω，与理论计算值大致接近；送电试运，三相电流平衡，均为38.1A，电热带发热正常，热效率稳定，可以正常投用。
4 结语
电伴热是一套成熟的技术，从控制方式、元器件选型，到防爆安全性，均能达到现场运行要求；而随着电气控制理论的发展、电力电子元件的开发应用，电伴热控制系统将更为高效、节能。
参考文献
[1] 张昌煜.工业蒸汽的有效利用[M].上海：科学技术出版社，1983：88、345
[2] 方大千.电工计算手册[M].山东：科学技术出版社，1993：264-265
[3] 张伟.电气安全[M].北京：劳动人事出版社，1990：137-143
[4] 乐嘉谦.仪表工手册[M].北京：化学工业出版社，2003：318-322
[5] 王尽余，潘妙琼，钟梅.防爆电器手册[M]. 北京：化学工业出版社，2009：5-20
[6] 王馨，陈康宁.机械工程控制基础[M]. 西安：交通大学出版社，1997：176-181
作者简介
王宏图，工程师，1992年毕业于南京理工大学机电一体化专业，现在扬子石化股份有限公司电仪分公司，从事设备管理工作。
【关键词】电伴热 控制原理 电热带
电伴热是利用电能致热，在物料管线或罐体上发出均匀热量，以补偿被伴热物体在工艺生产过程中的热量损耗，维持物料温度在一定范围内，从而满足其工艺技术要求。同传统的蒸汽伴热相比，电伴热具有高效节能、发热均匀、可靠性高、安装维护简便、无“跑冒滴漏”现象、易于实现自动控制等优点，是电热工程领域的一项新兴技术。
下面以某石化企业醋酸管线电伴热为例，对其控制原理作进一步分析探讨。 1 参数设计
某石化企业，从生产区到船运码头的醋酸管线，长度3510米，采用Φ108×4不锈钢管，保温材料为岩棉，厚度80mm，醋酸凝固点为16.63℃。为确保管线顺畅，不因环境温度降低而导致管线内醋酸结晶，介质维持温度要求为25±3℃。
根据热力学基本原理、以及相关的工艺条件，管道隔热层厚度与管道热量损失q的关系由以下公式确定[1]：
（式7）
即线芯发热温度达50℃时，为确保5.2w/ m的发热功率，换算成20℃时的电阻值为11.25Ω。
2.3 控制回路
电伴热的控制，以管线的温度作为反馈信号，控制温控器的输出节点，使伴热达到自动控制与调节的效果。
控制回路的电源，采用了J B K 3–480V/220V隔离变压器，具有降压、隔离的作用：一方面，将电压降为220V工作电压；另一方面，使变压器的一次侧与二次侧在电气上完全隔离，防止触电危险[3]；同时，具有滤波作用，抑制高次谐波传入控制回路，防止干扰。
醋酸管线的测温采用Pt100铂电阻，量程范围―50℃～100℃，铂电阻物理化学性能稳定，抗氧化能力强，适用于酸碱腐蚀场所，测温精度高；铂电阻内接一温度变送器模块，通过24V直流电源，将电阻信号转化成4～20mA电流信号，作为温控器的输入信号。
现场电流信号通过控制电缆加以传输，称之为温控电缆，沿管线敷设。由于外管廊属防爆危险区域，因此采用隔离式安全栅[4]，对窜入现场的电流、电压加以限制，确保物料管线的安全；当温控电缆短路时，安全栅将被损坏，回路断开，对24V电源、温控器具有保护作用，防止故障范围进一步扩大。
温控器的设定温度为25℃，且具有±1.5℃的回差：当管线温度低于23.5℃时，温控器节点闭合，主回路接通，管线处于加热状态；当管线温度高于26.5℃时，温控器节点断开，主回路随之断开，管线停止加热。
控制回路的保护，采用ZEV–65电子过载继电器，具有缺相、过载、三相电流不平衡保护功能。过载电流通常按1.05～1.1倍额定电流整定，当Ie=38A时，过载电流为：
Ir=1.05Ie=1.05×38（A）≈40（A）（式8）
3 安装调试
电热带出厂时，必须通过交接试验，试验标准为：用1000V摇表，线芯对屏蔽层绝缘电阻≥50MΩ；工频2500V、一分钟交流耐压试验，绝缘层不被击穿。
在沿管线敷设时，三相电热带应平行敷设，不宜交叉、叠绕，以防止局部过热而烧坏；电热带紧贴管壁，用铝箔胶带加以固定；三相电热带采用“Y”型接法，在尾端接线盒内将线芯并接起来。
因使用长度的限制，电热带采用DJH–VI–100型防爆接线盒过渡、连接，接线端子容量为100A，接线盒防爆等级达到ExdIIBT4，以符合现场防爆要求[5]，电热带属无火花型电器，防爆等级为ExeIIT4；每段电热带的屏蔽层，必须相互连接，且可靠接地，接地电阻值<4Ω。
温控器是电伴热控制的核心，具有接线简单、安装方便、功能完备、参数设置灵活的特点。在输入方式上，温控器支持热电偶、铂电阻、4～20mA模拟量输入，可根据现场信号采集的实际状况加以选择；就输出方式上，采用了温控节点输出，节点容量达到10A，具有较强的带载能力；在控制方式上，通过PID调节功能[6]，能提高控制系统的快速性、稳定性和准确度。
温控器接线调试完毕，接着对铂电阻进行校验。采用标准电阻箱，参照Pt100铂电阻分度表，现场输入电阻信号，观测温控器显示温度，并做好记录。调试数据如表1所示，表明铂电阻测試温度在一定误差范围内，运行正常。
对三相电热带直流电阻进行测试，分别为11.62Ω、11.60Ω、11.65Ω，与理论计算值大致接近；送电试运，三相电流平衡，均为38.1A，电热带发热正常，热效率稳定，可以正常投用。
4 结语
电伴热是一套成熟的技术，从控制方式、元器件选型，到防爆安全性，均能达到现场运行要求；而随着电气控制理论的发展、电力电子元件的开发应用，电伴热控制系统将更为高效、节能。
参考文献
[1] 张昌煜.工业蒸汽的有效利用[M].上海：科学技术出版社，1983：88、345
[2] 方大千.电工计算手册[M].山东：科学技术出版社，1993：264-265
[3] 张伟.电气安全[M].北京：劳动人事出版社，1990：137-143
[4] 乐嘉谦.仪表工手册[M].北京：化学工业出版社，2003：318-322
[5] 王尽余，潘妙琼，钟梅.防爆电器手册[M]. 北京：化学工业出版社，2009：5-20
[6] 王馨，陈康宁.机械工程控制基础[M]. 西安：交通大学出版社，1997：176-181
作者简介
王宏图，工程师，1992年毕业于南京理工大学机电一体化专业，现在扬子石化股份有限公司电仪分公司，从事设备管理工作。