电伴加热带故障原因分析及其改进措施

电伴加热带故障原因分析及其改进措施

杨震1,余洪琼2

1身份证号：杨震511113199601122310

2身份证号：余洪琼511113197006292324

摘要：针对电伴加热带在工业和民用中应用广泛且在某工艺生产应用中故障率高的情况，本文详细介绍了电伴加热带的结构和工作原理，分析了所举案列电伴加热带在应用过程中的常见故障原因及其改进措施，以便操作人员掌握安装、维护技巧，降低故障率，从而降低采购和人工成本，减轻员工劳动强度。

引言

电伴加热带（又称温控电伴热带电缆）是一种新型高科技产品，其作用是用来补偿被伴热体（容器、管道等）在工艺过程中的热量损失，以维持介质工艺温度，使之维持在一个合理和经济的水平上。由于在使用过程中经常发生烧毁、不保温等故障，影响企业生产或人民生活，花费大量的人力、物力进行故障处理和更换，增加运行维护成本。为此，本文从电伴加热的结构、工作原理和生产现场实际情况着手研究以解决降低电伴加热带损坏率问题。

1电伴加热带的结构和工作原理，

1.1电伴加热带的结构

电伴加热带电缆是由导电高分子复合材料（塑料）和两根平行金属导线及绝缘保护套构成的扁形带状电缆），即由平行导电金属线芯、发热芯带（PTC材料）、绝缘层、屏蔽层、防护套组成，具体详见图1。

图1    电伴加热结构图

自控温电伴热带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最佳操作温区正常运行。其优点在于加热时能够自动限定电缆的工作温度；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。

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。

1.2电伴加热带的工作原理

自控温电伴热带的电热元件，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。具体详见图2。

图2  电伴加热带工作原理

2电伴加热应用情况

2.1应用概况

本文所述电伴加热带应用案列主要是用于低温金属软管内介质的加热和恒温，以确保介质不产生相变后堵塞管道。另外在某些工艺中部分容器需要持续加热，用以维持连续供出原料的热量补偿，也需采用电伴加热带。

2.2存在问题

自生产线投运以来，电伴加热带故障频发，存在老化、磨损、烧毁、不加热、保温棉碳化等问题，且故障率成逐年上升趋势。2020年月平均损坏率达到32.6%。为保证生产安全连续稳定运行，检修和运行人员进行了大量的更换、维护工作。

3常见故障及其原因分析

3.1安装不规范

改进前被伴低温金属软管外直接缠绕电伴加热带，再用橡塑保温管保温，用胶带粘接接缝；管道阀门或弯头处未加强布设；管道法兰处90度直角铺设，不做特殊处理。

3.2传热不均匀

流体在输送时会经过不同的管件，产生不同的水力损失，压力也会产生不同的衰减，电伴带设置千篇一律，容易引起过热或补热不够的现象。

3.3电伴包裹不紧密

电伴加热带在绑扎时因受限于作业空间，往往存在少量局部过紧，其余大部分松驰现象；加热时橡塑保温材料产生型变，橡塑粘胶带脱胶，电伴加热带与被伴管道脱离，低温环境的冷空气渗入包裹层，电伴加热的功率加大，甚至在极限温度下都无法满足恒定要求，最终导致电伴带烧毁、橡塑保温材料碳化。

3.4短路烧毁

与低温管道相连的冷温箱体在短暂开门进行除霜或阀门操作时，高温潮湿空气进入箱体产生冷凝结露现象，凝结水顺着箱体顶部和被伴低温管道的保温橡塑管慢慢渗入电伴加热带夹层，造成电伴加热带短路烧毁。

3.5材料选择错误

本案例中，曾采用玻璃纤维电伴加热带，很容易受低温冷凝水侵蚀至带体内部，导致电伴短路，造成电伴烧毁。

4改进措施

4.1增加传热材料

电伴加热带是局部与被伴低温金属软管贴合，没有涵盖软管全部外表，存在局部加热现象。为了充分传热，可以通过先在软管外面增加一层导热软材料，通常做法是用0.03mm`0.05mm铜皮或铝箔缠绕金属软管增加传热效果的改进方法。

4.2 增加热缩材料的使用

热缩管一般是用于电气作业时需要对连接体进行绝缘的理想材料，在电伴加热带安装时我们也可拓展运用到此操作中，热缩管加热时外径变小，对热缩管内的物件产生紧固力，同时热缩管具有隔水、隔热、绝缘多层效果。

4.3 增加防水措施

除了热缩管防水作用外，在橡塑保温材料安装时必须遵循由低到高敷设，做成由后层压前一层的防冷凝水渗入的方式。

4.4改进安装方法

为防止90度死角，在法兰处用螺旋360度的方法，增加盘旋长度。或着采用起止用两根电伴带，避免在法兰处产生U型结构。

4.5改进电伴加热带材质

将玻璃纤维电伴带更换为硅橡胶电伴加热带。

5效果验证

经更换电伴加热带材质且改进电伴加热带的安装工序和方法后，根据统计数据，2021年该工艺金属软管电伴加热带月损坏率由改进前的32.%降低至15.8%，极大地保证了生产安全连续稳定运行，减少了更新维护工作量，减轻了员工劳动强度。

结论：

电伴加热带的安装调试和运行必须遵循国家颁布的相关施工及验收规范如GB50257《爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范》、GB50254《低压电器施工及验收规范》等有关条文，严格按电气原理图接线和安装电伴加热带，做好漏电和短路防护措施，按规定进行绝缘和性能检测；熟练掌握电伴加热带的结构和工作原理有助于降低电伴加热带的故障发生率，提高电伴热故障处理效率，以提高人民生活质量，促进工艺生产安全、连续、稳定、经济运行。

参考文献

[1]电伴热带解决传统伴热众多难题[J]. 荆奇.石油石化物资采购,2008(01)

[2]管道电伴热及其安装介绍[J]. 刘宏宁.机电信息,2009(30)
[3]蒸汽伴热与电伴热的优缺点的对比[J]. 丁剑伟.化工管理,2020(08)