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节能新技术——自控温电热带

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2014-9-15     浏览次数:    

一、什么是自控温电热带

  自控温加热电缆或称自限温加热带,是美国RAYCHEM公司80年代开发成功的智能型保温伴热产品,其英文名称SELF-REGULATING HEATER(CABLE)和SELF-REGULATING TRACE。自控温电热带是当今世界上先进的智能型电热器件,其发热元件是由具有“PTC”效应(电阻正温度系数效应)的导电高分子纳米复合材料挤包在两股平行导电线芯之间形成的带状(线状、板状)器件。

  该发热元件可随温度的变化而自动调整输出功率,当温度升至某一特定值时,其电阻趋向于无穷大,输出功率趋近于零。因此具有良好的记忆特性和开关特性。两根平行的铜铰线为电源母线。中间均匀挤满导电高分子材料为发热芯料。当母线接通电源时,电流横向流过两母线之间的发热芯料,使芯料升温,其电阻随之自动增加,当芯料温度升到一定值时,电阻已大到几乎阻断电流的程度,芯料温度不再上升,与此同时,芯料通过护套向被加热体系传热,温度下降,当温度下降到一定值时,电阻已逐渐减小,芯料发热温度又上升,如此循环往复,便可维持被加热体系恒定温度。

  与并联式单相、三相电热带相比,自控温电热带能自动限制加热时的温度。且能随被加热体系的温度变化自动调节输出功率,因此它改变了使用传统恒功率加热器时需被加热体系去适应加热器的加热方法,做到让加热器去适应被加热体系,自控温电热器带允许多次交叉重叠使用,不会出现过热点及烧毁的现象。

  电热带相对被伴热体系而言,可根据实际需要自动调节输出功率,不会因自身发热而烧毁,故为新一代节能型电热器件。低温快速起动,高温自动限温,表面温度均匀,任何一处皆可因其被伴热处的温度变化而自动调节,无需增设控温装置。自调控伴热带扁平的结构设计使伴热线易于安装,可以在现场切成任何长度并且可以在阀门、法兰和仪表处缠绕,当现场管道设施与设计规格有差异时,伴热带很容易根据实际需要而调整,自控伴热系统还包括塑料制成的接线配件。可以任意截短或在一定范围内接长使用,并允许多次交叉重叠而无高温热点及烧毁之虑。结合远红外转化辐射技术对人体有益无害,双屏蔽100%抗电磁波,隔热延缓提高间隙承受温度。

  二、自控温加热电缆(PTC)的特性及分类

  PTC材料,是采用高分子与导电炭黑复合材料所制成的高分子正温度系数材料,是结合辐射技术所制成的高技术产品。高分子与导电炭黑复合材料的PTC特性,源于其独特的微观结构。导电炭黑的微观结构为珍珠项链式的链状,而绝缘的高分子材料的微观结构是球状。二者在高温下混合均匀所形成的复合材料经实验证明仍保持各自的微观结构。因此在复合体系中,当炭黑和高分子材料的配合比例达到某一特定值,即链状的炭黑沿高分子球晶的间隙形成导电通路时,复合材料呈半导电特性。随着温度的升高,由于炭黑的热膨胀系数远小于高分子材料,复合材料的电阻逐渐增大,呈现明显的PTC特性。低温条件下,为低电阻区,导电的炭黑链沿高分子球晶的间隙相互连接,形成导电通路,呈半导状态。随着环境温度的升高,高分子膨胀程度明显大于炭黑,使得部分由炭黑链构成的导电通路被膨胀的高分子球晶所切断,导致复合材料的电阻增大,输出功率减小。当环境温度进一步升高,达到接近高分子材料的熔点附近时,急剧膨胀的高分子球晶几乎将所有的炭黑链切断,导致材料变成电的绝缘体。输出功率急剧降低。在此区域内,材料电阻的急剧转变温度也称为该材料的开关温度。

  根据高分子PTC材料的组成不同,自控温加热电缆分为低温型和高温型两类。市场上常见的有以聚烯烃为基材的65℃温度等级的加热电缆和以含氟材料为基材的110℃和150℃加热电缆。此处的温度等级定义为加热电缆所能有效应用的最高环境温度(MAXIMUMPIPE MAINTENANCE TEMPERATURE)。也可以理解为电缆能够长期稳定应用并产生有效加热功率输出的最高环境温度,超过规定温度等级,一方面由于电阻增高,电缆本身的输出功率很小,实际加热效率很低。另一方面,长期的超温使用,使电缆性能如:PTC特性,加热功率等劣化或衰减,会降低电缆的使用寿命和运行可靠性。但短期间断地暴露于超过温度等极的温度环境,也是可以的。

  按应用场所分类,有通用型加热电缆、防爆增强型加热电缆和防腐防爆增强型电缆。通用型加热电缆是指由铜导线,高分子PTC材料和单层阻燃护套所组成的加热电缆。主要应用于一般场合下的管网的加热或伴热。防爆增强型加热电缆是在通用型电缆的外层再复合一层金属网,这种结构电缆可有效消除静电和抵御外来机械碰境。主要应用于具有防爆要求的场所。防腐防爆增强型是在防爆增强型加热电缆的金属网外层,再复合上一层含氟材料。具有这种结构的加热电缆可有效地防止和抵御静电,机械碰撞和各种腐蚀性介质。主要应用于环境恶劣或有易燃易爆物品的场所。按加热功率输出分类,自控温加热电缆有高中低三种类型。一般而言,加热功率小于18瓦/米的为低功率加热电缆;加热功率大于19瓦/米而小于25瓦/米的为中功率加热电缆;而加热大于33瓦/米的为高功率加热电缆。

  按电缆用途分为普通型加热电缆、超长型加热电缆和安全型加热电缆。普通型加热电缆是一种二芯结构的加热电缆。由两根平行金属导线外敷高分子PTC材料和阻燃护套材料或金属网和氟材料护套所构成。由于受导体直径和沿长电压降的影响,这种电缆的连接使用长度一般不超过200米。超长型加热电缆是一种特殊结构的五芯或六芯加热电缆。除由高分子PTC材料包敷的两根平行导线外,同方向还另布3-4根带绝缘护套的金属导线,外加金属铠装。用于传送电能。这种特殊的结构,使电缆的最长连续使用长度可超过1000米,因而可应用于输油输气道的伴热和油田井下伴热。安全型加热电缆(Sef-regulating heater with monitor wire)是一种三芯加热电缆。在电缆中,在阻燃护套内沿长度方向另布一根监视电线。监视电线可随时把沿线的输出功率异常变化,过电流情况,局部损伤等信息及时传送到中央控制室,便于及时了解沿线加热情况,保证电缆的安全可靠运行。

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