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【关键词】保温管;电加热;工艺研究
1、引言
保温管又称作为绝热导管,主要用于气体、液体及其他介质的输送,在石油、化工、航天、军事、集中供热热、中央空调、市政等等管道的绝热保温工程中有较广泛的应用[1]。
保温管是影响节能的重要因素之一,世界各国非常重视保温管的研制和保温管的应用。20世纪70年代以后,保温管的生产和应用受到国外的普遍重视,为的是大幅度减少能源的消耗量,以致减少环境污染和温室效应,达到保护环境的要求。国外保温工业的发展历史悠久,而新型的保温材料也正在不断地涌现出来。20世纪80年代以前,我国保温管的发展刚刚起步,仅有几家保温厂可以生产少量的地下直埋保温管。改革开放以来,中国保温工业经过30多年的努力,特别是最近10年的快速发展,很多新产品不断涌现,产品种类从单一到多样,产品质量也从低到高,产品的应用范围也越来越广。聚氨酯材料是目前世界上最常用的保温材料之一。硬质的聚氨酯用途最为广泛,其具有非常多的优异性能,在美国和欧洲等国家被广泛用于保温隔热领域。聚氨酯材料约占欧美等发达国家的保温材料中的49%左右,但中国这一比例还不超过20%。因此,用聚氨酯材料制作的保温管在中国有很大的发展前景,市场潜力巨大。
高温电阻丝均匀的分布于耐高温的不锈钢无缝管内,由于结晶氧化镁粉具有良好的导热性能和绝缘性能,在不锈钢无缝管空隙部分致密地填入,这种结构不但热效率高,而且非常先,另一优势是发热均匀,当电流通过高温电阻丝中时,结晶氧化镁粉将产生的热扩散至金属管表面,再传递到被加热件或空气中去,进行加热。但对于加热工艺的研究鲜有报道,本文主要介绍电加热工艺的研究。
2、管状加热元件
金属电热管被广泛应用于电加热的产品当中,最好的金属是镍铬发热丝,引用也最广,最差的是铁铬发热丝,应用较少。应用较多的是是镍铬丝电热管,又分为不锈钢电热管、铁质电热管、铜质电热管等;在金属管与发热丝中间有一层氧化镁(绝缘效果和导热性能俱佳的材料),按国标要求,一般要承受1250V高压测试其电器强度方能合格。在储水式的电热水器中,大部分也采用此类加热方法,比如海尔、史密斯、阿里斯顿等公司,因为该方法是一种发展比较成熟也比较价廉物美的电加热方法,因此被广泛采用。铁质电热管用在电热水器上,但由于其非常容易生锈,所以很少被使用,不锈钢电热管的应用则较多,但其容易产生水垢,不如铜质金属电热管应用广泛,但铜电热管的相对成本又较高,其中最好的又是紫铜电热管,不过目前应用的比例只占金属电热管的10%。
电热金属管状加热管是一种加热元件,其制作方法为:在金属管中放入电阻丝,并紧密填充有良好导热性、耐热性、绝缘性的结晶氧化镁粉在周围空隙部分,最后再用其他工艺处理。它的特点为结构简单,热效率高,机械强度高,安装方便,安全可靠,使用寿命长等。广各种硝水槽,石槽,热模具,酸碱槽及空气加热炉干燥箱等装置采用这种加热管较多。加热介质和使用环境是用户在选择加热管的时候应首先考虑的。它的原理是在电热丝与金属管之间填充电熔结晶氧化镁粉作为导热和绝缘层[2]。常用的发热电阻有如下两种:
(1)铁铬铝等高电阻电热合金材料:该材料特点为:电阻温度系数小、电阻率高、使用温度高。在高温下的耐腐蚀性能较好,非常适合应用在含有硫和硫化物气氛中,并且相对成本较低廉,是家用电器、工业电炉、远红外装置中较为理想的发热材料。
(2)镍铬材料:该材料具有可塑性强和高温强度高等特点。广泛用于家用电器、工业电炉、远红外装置等方面。
3、PTC热敏电阻加热
PTC热敏电阻恒温加热最大有点是恒温加热,该电阻的工作原理为:PTC热敏电阻通入电流后自动加热升温,使电阻值进入跃变区,恒温加热PTC热敏电阻表面温度将保持不变,PTC热敏电阻的居里温度和外加电压是影响该温度的重要因素,环境温度对表面温度的影响不大。
PTC加热器是利用恒温加热PTC热敏电阻恒温发热特性设计的加热元器件。在要求功率不是很大的情况下,该加热器具有无明火、恒温发热、热转换率高、自然寿命长、受电源电压影响极小等传统发热元件无法具备的优势,在电热器具中的应用越来越广泛,被研发工程师广泛采用。恒温加热PTC热敏电阻制作方便,可制作成不同规格和多种外形结构,可塑性较强,常见的有长方形、圆片形、圆环、长条形以及蜂窝多孔状等,可任意加工成不同性状。当要求的功率较大时,可将金属构件和上述PTC发热元件进行组合,可以形成各种形式的大功率PTC加热器。按传导方式分,PTC加热器可以分为一下下几类:
(1)PTC陶瓷加热器。以热传导为主。其特点是通过电极板(导电兼传热功能,安装于PTC发热元件表面)、导热蓄热板、绝缘层(隔电兼传热)等多层传热结构(有些还附有导热胶)将PTC元件所发出的热量传到被加热的物体上。
(2)PTC陶瓷热风器。对流式传热所形成的热风。其输出功率较大,并能自动调节输出的热量和吹出的风温。
(3)红外线辐射加热器。红外线加热原理,这种加热器实际利用导热板表面或PTC元件快速发出的热量直接或间接地激发接触涂覆于其表面的远红外涂料或远红外材料使之辐射出红外线,起到加热的目的,便形成了PTC陶瓷红外辐射加热器。
按结构特点分,PTC加热器可以分为以下几类:
(1)自动恒温型。这类器具的主要应用于:小型晶体器件恒温槽、电子保温瓶、恒温培养箱、保温箱、保温盘、保温杯、保温桌、保温柜等各种保温设备。其功能特点是结构简单、自动保温、热效率高、恒温特性好、使用环境温度范围宽等[3]。
(2)普通实用型。这类器具主要应用于: 电热蚊药驱蚊器、干燥器、暖手器、电热板、电烙铁、电烫斗、卷发烫发器、电热粘合器等。这种加热器的功能特点是功率较小,但热效率很高,非常实用[4]。
(3)热风PTC加热器。这类热风PTC加热器主要应用于:小型温风取暖器、暖房机、电吹风、烘干机、干衣机、干衣柜、工业烘干设备等. 其功能特点是输出热风功率很大、加热速度快、安全、能自动调节风温和功耗等[5]。
4、结果与讨论
关键词:电蓄热;自动控制
Abstract:Living hot water system makes use of the controller and temperature sensor to automatic control the electric boiler operation in the 22:00/PM to 5:00/AM ,which applying the trough electricity price,recircling to store heat by the recircling pump and water tank.It can exchange heat by heat exchanger.The heat in the storing heat water tank can be released in the daytime,that used in the living hot water system.The proposal uses the trough electricity price in the night,which not only decreasing the operation cost, but also balanceing the municipal electricity net.
Keywords: electric storing heat;automatic control
中图分类号:TU822文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
1 引言
项目为大连某高档公寓式酒店,酒店部分共12层,内有280户,其中四楼为健身房和桑拿,共计30个淋浴喷头。由于春季、夏季、秋季市政热力管网均不供应蒸汽热源,所以生活热水系统只能选用电锅炉蓄热方案。如果选用燃煤锅炉,环保不符合要求;选用燃油锅炉运行费用太高。电蓄热方案利用夜间低谷电价不但降低了运行费用,而且还对电网起到了“削峰填谷”的作用。在晚上10:00时,启动电锅炉进行蓄热,热量储存在蓄热槽中,当温度传感器检测到温度达到95℃时,停止电锅炉工作。储存在蓄热槽中的热量供第二天使用。
酒店内的生活热水供应采用了蓄热电锅炉的形式。蓄热系统方案设计该蓄热系统晚上用电低谷期制热,全量蓄热,白天不开主机,以节约运行成本。
本工程蓄热电锅炉设计内容如下:
2 蓄热电锅炉的选型
以下为热量计算公式及数据:
Q=C*M*(TR- TL)
TL:自来水基础水温,按冬季管网供水50C 。
TR:加热后生活热水供水温度。
C:水的比热,1 kcal /kg.度
M:生活热水的质量,kg。1 kg水等同1L水。
Q:供热量kcal。1kcal=1/860kwh。
2.1 楼内共280户,根据规范每户最大日用600C水量240L,全日总用水量240 X280=68m3
计算全日总供热负荷Q=1*68000*(60-5) =3740000kcal=4348 kwh
使用时间3h。
尖峰负荷为4348 kwh /3h=1450 kw
2.2 楼内30个淋浴喷头,每个喷头用600C水量180L/h,使用时间12h,按照70%的使用率进行设计。
计算全日总供热负荷Q=1*180*30*12*0.7*(60-5)=2494800 kcal=2900 kwh
尖峰负荷为2900 kwh/12h=242 kw
2.3 根据以上计算,整个项目全日总负荷为4348+2900=7248 kwh
尖峰负荷为 1450+242=1692 kw
大连地区低谷电时间段为22:00~5:00合计7h,采用全量蓄热系统,将第二天生活热水换热用的负荷全部储存起来,设计2台电锅炉的选型为:
7248 kwh/7h/2台=518 kw,因此设计选用2台540 kw的电锅炉,总功率1080 kw。
3 蓄热水箱几何体积的选型
V―蓄热水箱几何容积,m3
N―电锅炉选用功率,kw
Ng―谷电时段值班电锅炉功率,kw(本项目无值班电锅炉)
tx―蓄热的各时间段时间,h
η―锅炉效率,一般取98%
Δt―蓄热水箱的可利用温差(蓄热水箱可利用温差为500C)
η1―蓄热水箱的保温效率,一般取95%
k―蓄热水箱的容积利用系数,一般取0.95
ρ―热水的密度, 1000kg/ m3
蓄热水箱通过热交换器将热量传递给生活热水的,考虑蓄热水箱内热水最高温度不超过1000C,可利用温差按500C计算。
V=(1080*7*0.98*3600)/(50*0.95*0.95*1000*4.18)=141 m³
因此本项目蓄热水箱体积为141 m³,根据设备间空间,设计水箱尺寸为8.5 m(长)m *5.5(宽)*3 m(高)。
4 容积式换热器、蓄热循环泵的选型计算
根据供热尖峰负荷,选用1台容积式换热器,换热量为1700 kw,二次侧生活热水设计温度600C/50C。设计2台供应二次侧生活热水变频泵,按最低供水温度350C计算,每台流量为(1700/2)X0.86/30=24 m3/h,设计选用2台流量30m3/h,扬程40 m生活热水供应泵,按照2台变频配置。
蓄热循环泵流量要满足带走电锅炉的加热所产生的热量,1台540 kw电锅炉对应1台循环泵,锅炉为即热式电锅炉,进出水温差按200C考虑流量为540*0.86/20=23 m3/h,设计选用3台流量25m3/h,扬程19 m一次侧蓄热循环泵,按照2台变频1台备用配置
整个生活热水电蓄热系统包含电锅炉、蓄热水箱、蓄热水泵、仪表阀门及控制系统。
控制系统中包括:温度传感器6套、压力传感器1套、液位传感器1套、DN125电动阀门含执行器4套。
整个系统应该实现五种工况的自动切换:电锅炉蓄热、电锅炉单供热、蓄热槽供热、电锅炉和蓄热槽联合供热、电锅炉蓄热供热。自控系统用于控制热水系统在不同工况下的运行和参数检测,具有下述基本功能:
(1) 根据工况要求,控制电动阀门的开关。
(2) 电锅炉的开关及传感器各种信号收发控制。
(3) 水泵开关及各种信号的收发控制。
(4) 通过安装在系统中的传感器自动检测温度。
(5) 通过接触器、执行器控制蓄热各种工况的切换。
(6) PLC彩色触摸屏显示、记录各种设备运行参数。
5 生活热水系统电锅炉蓄热工作流程、系统
电热水锅炉控制系统
Electric hot water boiler control system
结构图
Framework chart
6 控制系统运行环境要求
-10℃
环境湿度≤95%。
海拔高度≤2000m
无水滴灰尘及油性灰尘之场所。
无腐蚀易燃性之气体、液体。
坚固无震动之场所。
保证良好通风。
室内安装使用。
7 自动控制
(1) 在自动情况下,系统启动各组加热管相互联锁,加热管根据热水锅炉温度变化率,实现模糊温度控制,系统设备根据运行模式与相应的控制温度进行控制,控制图:
图 电热水锅炉运行控制系统
Fig.Electric hot water boiler operation control system
(2) 系统停止后,各设备按程序依次停止,其流程见下图:
图电热水锅炉停止控制系统
Electric Hot Water Boiler Stop Control System
8 控制系统性能特点
控制精确:高精度压力、温度监控系统可保证调节参数精确。
运行稳定:PI、PID调节功能可保证装置运行平稳、出口参数稳定。
调节灵敏:工业级控制器、电动执行器反应迅速,保证生产工艺要求及采暖舒适性要求。
性能可靠:核心配件均采用国外著名厂商产品、集成热工行业世界顶尖技术、性能卓越、质量可靠。
全智能化:全自动无人值守、节省运行维护费用。
功能多样:功能强大的控制器可提供定时、报警等多种模拟、数字信号输出及计算机接口等延伸功能。
安装简便:结构紧凑、占地空间小;减温水接口方向可根据现场调整,装置可整体法兰对接于热力管网中,安装快速简便。
操作简单:友善的控制界面可轻易实现人机对话,保证参数设定和指令输入的正确操作,并附带手动操作装置,保证意外情况下仍可正常使用。
9 生活热水控制系统调试
9.1调试步骤
调试前准备设备外观和安装工程质量检查环境温湿度、卫生及电源的检查接地系统的检查传感器、执行器接线的检查单体设备的检查与测试PLC功能测试受控设备单体动作和功能测试系统调试(包括软件功能测试)系统验收
9.2调试方法
开机前要求所有的设备根据设计图纸进行对照。系统管道流向要求作箭头标志,明示管道系统的流向。对有油漆脱落或有局部破损的地方应进行修补。
9.2.1 检查蓄热电锅炉上所有阀门位置是否正常;
9.2.2 检查各控制及安全保护设定是否正常;
9.2.3 检查控制箱指示灯是否正常;
9.2.4 检查水泵、软化水装置等设备的电源电压是否正常;
9.2.5 检查水泵、换热器、蓄热电锅炉等设备的进出口压差是否正常;
9.2.6 检查要求启动的回路上的阀门是否正常开启;
上述各部位发现有不正常必须立即修正,方可正常投入运行。
9.3系统开机步骤及工况调试
9.3.1系统待机工况
关闭蓄热系统中的所有电动阀门将所有电动装置(水泵、电锅炉等)处于停机状态记录蓄热电锅炉进出口的温度,记录蓄热循环泵进出口压力。
9.3.2 蓄热电锅炉蓄热工况
打开对应回路的电动阀门启动蓄热循环泵检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常启动蓄热电锅炉蓄热工况。
蓄热结束时,电加热管停止工作关闭蓄热循环泵恢复到待机工况。
9.3.3 蓄热水箱供热工况
打开对应回路的电动阀门启动一、二次循环泵检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常蓄热水箱供热工况工况启动。
蓄热水箱释热结束时,系统恢复到待机工况。
9.3.4电锅炉直接供热工况
打开对应回路的电动阀门启动一、二次循环泵检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常电锅炉直接供热工况启动。
电锅炉释热结束时,系统恢复到待机工况。
9.3.5电锅炉边蓄热、边供热工况
打开对应回路的电动阀门启动一、二次循环泵检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常电锅炉边蓄热、边供热工况启动。
电锅炉边蓄热、边供热工况结束时,系统恢复到待机工况。
9.3.6水箱供热与电锅炉供热联合运行工况
打开对应回路的电动阀门启动一、二次循环泵检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常水箱供热与电锅炉供热联合运行工况启动。
水箱供热与电锅炉供热联合运行工况结束时,系统恢复到待机工况。
运行结果正常。
10 结论
给生活热水电锅炉控制柜、PLC控制柜、蓄热水泵变频柜送电,此时PLC主页面显示出蓄热水箱的实际温度。晚上21:55,PLC控制柜发出指令,此时连接电锅炉和蓄热水箱之间的电动阀门执行器打开,蓄热循环水泵开始运转,22:00整,电锅炉自动启动投入运行。此时,安装在蓄热水箱内的温度传感器把温度信号传送到PLC,PLC屏幕显示水箱内的温度逐渐升高,当第二天3:20时,PLC显示温度达到95℃。此时PLC控制柜发出指令,电锅炉停止运行,5分钟后循环水泵停止运行,执行器动作将连接电锅炉与蓄热水箱的阀门关闭。系统运行成功。
整个酒店的生活热水系统采用传感器、执行器、PLC对电锅炉、水泵等设备进行控制,同时监测蓄热水箱的实际温度,运行效果良好。
参考文献
[1] 刘君华.现代检测技术与测试系统设计.西安:西安交通大学出版社,1999.
[2] 曲波等.工业常用传感器选型指南.北京:清华大学出版社,2002.
[3] 孙宝元等.现代执行器技术.吉林:吉林大学出版社,2003.
1、热点板块一般持续多久和大盘有一定关系,如果大盘处于上升通道中度,热点最长的甚至可以持续2个月。
2、而处于大盘下跌通道中长的热点2周,短的热点甚至2天就结束了,不同的情况要具体分析,不能够全部都以一个标准看待。
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关键词:电气设备;热故障;分析;原因;解决对策
1 前言
电气发热会使载流导体和周围介质温度升高,工作环境恶化,使绝缘老化损坏,导致电气设备的故障或事故。这种故障或事故往往是引发火灾的直接或间接原因。因此研究电气设备的发热对电气设备的正常运行具有重要的意义。
2 电气设备热故障原因
尽管电气设备发生故障的机理涉及力、热、电、磁等方面,但绝大多数故障的表象均为温度的异常,因此IRT技术监测设备的热分布图像,可以直观地反映出设备的运行状态。电力设备热故障一般可分为外部故障和内部故障两种。外部故障大都数是因电气接头长期暴露在大气中,金属导体表面受电化学腐蚀及因热胀冷缩接触面压力减小使导体连接部位接触不良,形成较大的接触电阻,其发热功率取决于接触电阻与通过的电流;少数是因表面污秽或机械力作用造成外绝缘性能下降,其发热功率取决于外绝缘的绝缘电阻与泄漏电流。内部热故障主要发生在导电回路和绝缘介质上,其内部发热机理因设备内部结构和运行状态的不同而异,一般可概括为:导体连接或接触不良、介质损耗增大、电压分布不均匀或泄漏电流过大、因绝缘老化、受潮、缺油等产生局部放电、磁回路不正常等。
本文主要分析了电气设备热故障产生的原因,针对电气设备的热故障和危害进行了分析。首先分析了在正常和故障情况下电气设备发热形成的原因;并且提出了如何预防电气设备热故障的具体对策,以及常见电气设备温度的测试标准,红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测,使传统电气设备的预防性试验维修提高到预知状态检修。
3 电气设备热故障的判断
3.1外部热故障的判断
外部热故障的致热部位是的,可用热像仪直接测温,且测量值与实际的温度值差别不大,一般可根据测得的温度值或温升值,按照GB/T11022- 1999《高压开关设备和控制设备共同技术要求》规定的温度和温升极限,以及DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》中的相对温差判断法来判断缺陷的严重程度。当温度值或温升值接近或稍微超过GB/T11022- 1999标准的规定值时,如此时设备的负荷还较轻,但在还有可能出现更高的负荷的情形下,应定为“重大”或“紧急”缺陷,同时采取相应的措施。
我们在现场用红外成像仪测量到,在设备电气连接处最高温度达到194.8 0C,根据热故障检测标准紧急停电处理。现场发现固定螺丝和部分导体已熔化,对发热部分的金属材料近距离观察失去光泽,表面严重氧化。
3.2 内部热故障的判断
内部热故障也可用热像仪测温,但山于其致热部位被封闭,小部分热量可能通过导体传递到外部,大部分要通过空气、油、SF6或绝缘纸等介质,再通过金属箱体或瓷套传到其表面,所以其测量值与实际的温度值差别一般较大。山于设备本身结构和致热因素比外部热故障要复杂些,对此类故障的判断分析也显得困难些。应根据DL/T 664- 1999导则中的同类比较法和热谱图比较法来判断,不宜按GB/T11022-1999标准规定的温度和温升限值或DL/T 664- 1999导则中的相对温差判断法来判断。
4 红外线检测技术的运用
红外线检测技术是一种高科技在线监测技术,它包含了计算机技术、图像处理技术和光电成像技术,能够接收设备发出的红外辐射,并且在经图像技术后形成的热像图显示在荧光屏上,通过分析热像图就可以准确的判断设备表面的温度分布情况,在进行电气设备检修时具有准确、实时和快速等优点。红外温度记录法是红外线检测技术在电气设备中应用最多的方法。利用红外温度记录法可以实现对电气设备的无损探测、检测设备性能和运行状态,热像仪可以在一定的距离内实时检测出发热点的温度,并且制作出设备的温度梯度热像图,具有较高的灵敏度,可以在设备现场使用。它可以在-20℃~2000℃的宽量程内以0.05℃的高分辨率检测电气设备的热故障,揭示出如导线接头或线夹发热,以及电气设备中的局部过热点等等。
通过应用红外检测技术对电气设备热故障进行检测,再根据热故障的类型(包括有危险性热故障、严重性热故障、一般性热故障三种)采取相应的措对其进行处理具体如图1所示。
图.1 电气设备热故障的类型及相应处理措施
在对熊家嘴220kV变电站一次设备进行红外线测温时,《电力设备预防性试验规程 》(DL /596-1996)规定油纸绝缘的耦合电容器 ,电容量的变化率应在-5%~10%之间,虽然U相数据没有超标,但介质损耗有上升的趋势且接近临界值,电容量的变化率也有上升趋势,综合判断后得出结论:U相耦合电容器绝缘已发生变化,有进一步劣化的趋势。为了防止发生一次设备事故,调度将其退出了运行。
保修期是指厂商向消费者卖出商品时承诺的对该商品因质量问题而出现的故障时提供免费维修及保养的时间段。
保修分为有一定期限的保修和终身保修两种。有保修期的产品主要是指电子电器产品、交通工具、机械设备等等。
它的表现形式是保修凭证。它的上面一般会明确消费者信息、购买日期、产品型号、出厂日期、保修期限和范围、维修记录等。
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