一种分段可控功率的串联式伴热电缆回路及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种分段可控功率的串联式伴热电缆回路及其实现方法，本发明专利技术属于电伴热装置技术领域。本发明专利技术包括三根串联式伴热电缆，所述串联式伴热电缆上分别套设绝缘层；所述串联式伴热电缆首端通过首端接线盒与三相交流电源连接，所述串联式伴热电缆末端与末端接线盒内的电缆短接点连接，使得三根串联式伴热电缆末端短接连接，形成星形三相交流负载回路；任一所述串联式伴热电缆分别包括多段芯线，相邻所述芯线之间通过中间接线盒连接，使得多段芯线相串联。本发明专利技术通过改变两段发热材料结构从而来调整阻抗，实现不同部位进行特定电热功率输出，避免了因电热回路各处恒定不变的输出功率而造成局部过渡补偿或欠补偿。的输出功率而造成局部过渡补偿或欠补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种分段可控功率的串联式伴热电缆回路及其实现方法


[0001]本专利技术涉及电伴热装置
，具体为一种分段可控功率的串联式伴热电缆回路及其实现方法。

技术介绍

[0002]目前，串联式恒功率伴热电缆基本结构是由三根相当长、由相同结构组成的耐温绝缘铜绞线平行排列成三芯电缆状、铜绞线作为三相电源的母线，充当伴热电缆的发热体。将伴热电缆一端的三根芯线可靠短接在一起，伴热电缆另一端的三个芯线端头各自接三相交流电的A\B\C\三相，这样形成一个大星形负载回路；串联式恒功率伴热电缆基本工作原理是根据焦耳
‑‑
楞次定律Q＝0.24I2
·
R
·
t，由焦耳
‑‑
楞次定律可以知道当具有一定内阻的母线通过电流时就会产生热量，其大小与电流平方、母线阻值和通电时间成正比。因此，星形接法串联型伴热电缆随着通电时间的延续，源源不断地将电能转化为热能，形成一条连续的、发热均匀的三相供电伴热电缆。
[0003]常规的串联型伴热电缆芯线的材料组分是给定的，对每一种规格的伴热电缆的芯线的截面积也是固定的，因此三相结构的芯线电阻相等、相电流也一样，所以整根伴热电缆首尾发热均匀，其输出功率恒定，且不受环境气温和伴热管道温度影响。该伴热电缆必须按规定长度安装使用。若超长度使用，会降低单位长度功率；若缩短长度使用，则会增大单位长度功率，缩短产品正常使用寿命。由于串联型电热带母线内阻较小，一个电源点供电长度可达几百米，甚至数千米。因此，它主要适用长距离和超长距离单一管径管线或较大设备的伴热保温；当被伴热管道有三通支管、或者该管线发生变径情况下，管道沿途的热损失不均匀的，常规串联式恒功率伴热电缆则不适合直接应用于上述情况。
[0004]在石油化工装置或液体化工码工程实践中，液体介质单一长输管道有时长达几百米至数公里，管道实际根据工艺流程和路由会发生变化，比如工艺介质管道远端变径(通常主管变支管后管径变细)、工艺管道局部埋地或穿越涵洞、或者工艺管道因标段不同采用不同材质或不同厚度的保温层。在上述这些情况下，每个工艺管段实际的散热量会不一致。如果在同一个管道路由中，只有一个配电点，那么孔径粗的管段比孔径细的管段因散热量大需要更多的补偿加热量、保温效果差的管段也比保温效果好的管段需要更多的补偿加热量时，常规的串联恒功率伴热电缆并不能保证给每一段不同工况的管道以适当的伴热功率，这样如按常规设计的串联式电伴热系统将出现以下情况：
[0005]电伴热首端加热功率不足以反映整体工艺管道的需要伴热功率，有可能局部伴热功率偏高，造成不必要的能耗变大；也有可能局部伴热功率不够，可能会造成该部位管内介质温度下降或冷凝。
[0006]常规串联恒功率电伴热系统的设计是按管路均一性考虑的，加热功率是单一的，往往跟不上工艺管道实际路由变化(如工艺管道变径、如工艺管道埋地或穿越涵洞和架空同时出现在一个流程中)。因此，目前的常规串联恒功率电伴热系统设计控制存在一定的管路条件局限性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种分段可控功率的串联式伴热电缆回路及其实现方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种分段可控功率的串联式伴热电缆回路，串联式伴热电缆包括首端接线盒、绝缘层、第一芯线、中间接线盒、第二芯线、末端接线盒和若干个伴热电缆；所述若干个伴热电缆串联形成串联式伴热电缆；
[0009]所述串联式伴热电缆上分别套设绝缘层；所述串联式伴热电缆首端通过首端接线盒与三相交流电源连接，所述串联式伴热电缆末端与末端接线盒内的电缆短接点连接，使得三根串联式伴热电缆末端短接连接，形成星形三相交流负载回路；任一所述串联式伴热电缆分别包括多段芯线，相邻所述芯线之间通过中间接线盒连接，使得多段芯线相串联。
[0010]所述多段芯线材质的材质和横截面积各不相同，并且所述芯线的长度要与对应的管路长度相匹配；串联式伴热电缆的长度必须与管路的长度相等或者是长度的整数倍；所述匹配方式是根据管路需要的加热功率反推电热带功率。
[0011]所述一种分段可控制功率的串联式伴热电缆实现方法，包括以下步骤：
[0012]S3
‑
1、确认管路参数：管路总长和各段管路的长度；所述管路总长为各段管路长度之和；
[0013]S3
‑
2、根据工艺要求计算各段管路最大散热量、平均散热量和各段管路内介质升温所需热量，从而确定各段管路每单位长度分别需要补偿伴热功率的给定值，将其作为热态补偿功率的参考；
[0014]S3
‑
3、给定整个管路的串联式电伴热电缆所需总热态功率P
总
，再分段确定各段管路所需的伴热功率；
[0015]S3
‑
4、给定串联式伴热电缆回路总电压U0，计算各段芯线所需要的电压U和阻抗R；根据芯线长度、电导率和横截面积关系公式得出：
[0016]S3
‑4‑
1、在相同的横截面积情况下，计算出各段管路所对应芯线的电导率，进而确定芯线材质组分；
[0017]S3
‑4‑
2、在相同电导率情况下，计算出各段管路所对应芯线的截面积；
[0018]S3
‑
5、根据各段管路的所需阻抗，选择不同规格尺寸的两段芯线组成的串联式伴热电缆，进行计算匹配，实现各段管路电热功率的输出。
[0019]所述S3
‑
1中确认管路参数：设置管路ADO总长为L，前段AD管路的长度为L1、管径为φ1、保温材料厚度为δ1；后段DO管路的长度为L2、管径为φ2、保温材料厚度为δ2；其中L＝L1+L2。
[0020]所述S3
‑
2中计算各段管路最大散热量、平均散热量和各段管路内介质升温所需热量以及确定各段管路每单位长度分别需要补偿伴热功率的给定值的方法如下：
[0021]S5
‑
1、管道的最大散热量计算公式如下：
[0022]散热＝K1
·
K2(2π
·
λ
·
ΔT)/{ln[(φ+2δ)/φ]}
[0023]式中：K1为安全保险系数，取值1.1
‑
1.25；K2为管道材质系数；λ为保温材料导热系数；ΔT为维持介质温度和最低环境温度差值，δ为保温材料厚度；φ为管道外径；
[0024]S5
‑
2、关于管路的平均散热量，一方面可根据管道散热量公式，环境温度可取年平均温度、也可以根据管路升温各阶段取散热功率随时间曲线变化的平均值作为最终取值。
[0025]S5
‑
3、各段管路内截止升温计算过程中需要的热量需要根据介质的物理特性而定；如：对非晶态介质如柴油，只需要考虑介质升温功率和管道散热功率的叠加；对有明确三态变化的介质，需要另外考虑相变潜热过程；对部分介质如含蜡量较高的原油，则需要额外考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分段可控功率的串联式伴热电缆回路，其特征在于：串联式伴热电缆包括首端接线盒、绝缘层、第一芯线、中间接线盒、第二芯线、末端接线盒和若干个伴热电缆；所述若干个伴热电缆串联形成串联式伴热电缆；所述串联式伴热电缆上分别套设绝缘层；所述串联式伴热电缆首端通过首端接线盒与三相交流电源连接，所述串联式伴热电缆末端与末端接线盒内的电缆短接点连接，使得三根串联式伴热电缆末端短接连接，形成星形三相交流负载回路；任一所述串联式伴热电缆分别包括多段芯线，相邻所述芯线之间通过中间接线盒连接，使得多段芯线相串联。2.根据权利要求1所述的一种分段可控功率的串联式伴热电缆回路，其特征在于：所述多段芯线材质和横截面积各不相同，并且所述芯线的长度要与对应的管路长度相匹配；串联式伴热电缆的长度必须与管路的长度相等或者是长度的整数倍；所述匹配方式是根据管路需要的加热功率反推电热带功率。3.一种分段可控功率的串联式伴热电缆实现方法，其特征在于：实现方法包括以下步骤：S3
‑
1、确认管路参数：管路总长和各段管路的长度；所述管路总长为各段管路长度之和；S3
‑
2、根据工艺要求计算各段管路最大散热量、平均散热量和各段管路内介质升温所需热量，从而确定各段管路每单位长度分别需要补偿伴热功率的给定值，将其作为热态补偿功率的参考；S3
‑
3、给定整个管路的串联式电伴热电缆所需总热态功率P
总
，再分段确定各段管路所需的伴热功率；S3
‑
4、给定串联式伴热电缆回路总电压U0，根据芯线长度、电导率和横截面积关系公式得出各段芯线所需要的电压U和阻抗R；S3
‑4‑
1、在相同的横截面积情况下，计算出各段管路所对应芯线的电导率，进而确定芯线材质组分；S3
‑4‑
2、在相同电导率情况下，计算出各段管路所对应芯线的截面积；S3
‑
5、根据各段管路的所需阻抗，选择不同规格尺寸的两段芯线组成的串联式伴热电缆，进行计算匹配，实现各段管路电热功率的输出。4.根据权利要求3所述的一种分段可控功率的串联式伴热电缆实现方法，其特征在于：所述S3
‑
1中确认管路参数：设置管路ADO总长为L，前段AD管路的长度为L1、管径为φ1、保温材料厚度为δ1；后段DO管路的长度为L2、管径为φ2、保温材料厚度为δ2；其中L＝L1+L2。5.根据权利要求4所述的一种分段可控功率的串联式伴热电缆实现方法，其特征在于：所述S3
‑
2中计算各段管路最大散热量、平均散热量和各段管路内介质升温所需热量以及确定各段管路每单位长度分别需要补偿伴热功率的给定值的方法如下：S5
‑
1、管道的最大散热量计算公式如下：散热＝K1
·
K2(2π
·
λ
·
ΔT)/{ln[(φ+2δ)/φ]}式中：K1为安全保险系数，取值1.1
‑
1.25；K2为管道材质系数；λ为...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚徐兴，
申请(专利权)人：江阴市华能电热器材有限公司，
类型：发明
国别省市：