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(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司檢測(cè)分院防爆所,北京 102606；2.遼河油田安全環(huán)保處特檢中心防爆電氣檢驗(yàn)科，遼寧 盤錦 124010)

淺談?dòng)糜诒ㄐ詺怏w環(huán)境中電伴熱帶的試驗(yàn)方法

謝潔婷1,王世達(dá)2

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司檢測(cè)分院防爆所,北京 102606；2.遼河油田安全環(huán)保處特檢中心防爆電氣檢驗(yàn)科，遼寧 盤錦 124010)

隨著其在石油、化工、船舶、機(jī)械等行業(yè)的廣泛使用，電伴熱帶在爆炸性氣體環(huán)境中的檢驗(yàn)就顯得尤為重要。本文簡(jiǎn)要闡述自控溫電伴熱帶和恒功率電伴熱帶的原理和結(jié)構(gòu)，根據(jù)電伴熱帶的自身特點(diǎn)設(shè)計(jì)其在爆炸性氣體環(huán)境中采用的試驗(yàn)方法。

電伴熱帶;特點(diǎn);檢測(cè);試驗(yàn)方法

1 電伴熱帶種類及其特點(diǎn)

按照伴熱類型將電伴熱帶分為兩類：恒功率電伴熱帶和自控溫電伴熱帶[1]。

1.1 恒功率電伴熱帶

恒功率電伴熱帶依靠電阻絲發(fā)熱對(duì)管道進(jìn)行加熱，單位長(zhǎng)度內(nèi)發(fā)熱量和功率是恒定的，電伴熱帶的輸出總功率受使用長(zhǎng)度影響，長(zhǎng)度越長(zhǎng)功率越大，溫度也會(huì)隨功率的增大不斷升高，因此恒功率電伴熱帶在使用時(shí)需配接溫控器控制溫度，以便溫度過高及時(shí)切斷電路。根據(jù)電阻絲的連接方式不同，恒功率電伴熱帶又分為并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種。

在并聯(lián)恒功率電伴熱帶中，電源母線是兩根平行的絕緣銅線，內(nèi)絕緣層包裹電源母線，上面纏繞鎳鉻合金發(fā)熱絲，每隔一個(gè)固定的距離(即“發(fā)熱節(jié)長(zhǎng)”)將發(fā)熱絲與母線焊接，形成一個(gè)連續(xù)并聯(lián)電阻。當(dāng)電伴熱帶通電后，各并聯(lián)電阻開始發(fā)熱，形成一條連續(xù)發(fā)熱的發(fā)熱帶。

在串聯(lián)恒功率電伴熱帶中，母線被當(dāng)作發(fā)熱體，即電流通過具有一定內(nèi)阻的母線時(shí)就會(huì)產(chǎn)生焦耳熱。隨著通電時(shí)間的增加，電伴熱帶會(huì)持續(xù)產(chǎn)生熱量，形成連續(xù)發(fā)熱的發(fā)熱帶。母線單位長(zhǎng)度上的電阻和通過的電流是相等的，所以整條電伴熱帶各處的發(fā)熱量也是相等的。因此串聯(lián)恒功率電伴熱帶首尾發(fā)熱均勻，輸出功率恒定，不受環(huán)境影響。

1.2 自控溫電伴熱帶

自控溫電伴熱帶是在傳統(tǒng)恒功率伴熱帶基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代節(jié)能型恒溫加熱器。它的發(fā)熱材料一般為導(dǎo)電塑料，也有PTC合金、PTC高分子材料、陶瓷PTC材料[2]，具有很高的正溫度系數(shù)“PTC”。伴熱帶兩根母線之間的導(dǎo)電材料的電阻率隨溫度的變化而變化，當(dāng)溫度降低時(shí)，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子遇冷收縮使內(nèi)部碳粒連接，電流從一根母線通過導(dǎo)電塑料到達(dá)另一根母線，形成電路，電阻變小，電伴熱帶發(fā)熱；當(dāng)溫度升高時(shí)，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子受熱膨脹，碳粒逐漸分開，電路中的電阻增大阻礙電流的流通，伴熱帶的溫度達(dá)到最高限時(shí)便不再升高，從而達(dá)到自限溫的目的，無需溫控器的調(diào)節(jié)。

2 爆炸性氣體環(huán)境用電伴熱帶的試驗(yàn)方法

電伴熱帶作為一種管道保溫防凍的有效措施，在電力、鋼鐵、石油、化工、消防等多個(gè)領(lǐng)域廣泛使用，以其熱效率高、節(jié)能環(huán)保、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，成為國家重點(diǎn)推廣的節(jié)能項(xiàng)目。隨著電伴熱帶的大量生產(chǎn)及使用，相關(guān)檢測(cè)部門對(duì)電伴熱帶的檢驗(yàn)工作不容忽視。

本文依據(jù)GB 19518.1-2004[3]及GB 3836.1-2010兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中涉及的型式試驗(yàn)方法對(duì)電伴熱帶進(jìn)行檢驗(yàn)，主要試驗(yàn)包括最高表面溫度測(cè)定、介電強(qiáng)度試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)、燃燒試驗(yàn)等13個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。下面將對(duì)主要試驗(yàn)項(xiàng)目在實(shí)際操作中用到的方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹。

2.1 最高表面溫度的測(cè)定

經(jīng)與制造商協(xié)商后，對(duì)于伴熱帶最高表面溫度的測(cè)定方法采用產(chǎn)品分級(jí)方法，即將電伴熱帶松弛盤狀放置在40℃的恒溫箱中，通以1.1倍的額定電壓，使用熱電偶記錄電伴熱帶外護(hù)套層溫度，待溫度穩(wěn)定后記錄數(shù)值，通過修正得到電伴熱帶最高表面溫度。

自控溫電伴熱帶與恒功率電伴熱帶測(cè)量溫度的方法有所不同，后者在測(cè)量溫度時(shí)需要配接溫控器如圖1所示。另外，在對(duì)串聯(lián)恒功率電伴熱帶進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要與制造商確認(rèn)試驗(yàn)用電纜長(zhǎng)度、電壓、電阻、電流，確保電線能夠承受足夠大的電流，避免燒毀或引起危險(xiǎn)。

圖1 配接溫控器監(jiān)控溫度

圖2 電伴熱帶頭尾處理

2.2 介電強(qiáng)度和絕緣電阻試驗(yàn)

介電強(qiáng)度試驗(yàn)電壓施加在導(dǎo)線芯和金屬護(hù)網(wǎng)或外套之間，試驗(yàn)所用設(shè)備為耐壓測(cè)試儀。絕緣電阻試驗(yàn)是在導(dǎo)線芯和金屬外護(hù)層或在一個(gè)特殊導(dǎo)電金屬或金屬保護(hù)網(wǎng)之間施加直流電壓，所用測(cè)試設(shè)備為絕緣電阻表。

在進(jìn)行這兩項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，需要將電伴熱帶頭和尾端的導(dǎo)線芯與金屬編織層分開如圖2所示，否則會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。

2.3 燃燒試驗(yàn)

電伴熱帶的燃燒試驗(yàn)需要在一間無空氣流動(dòng)的房間內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)所用設(shè)備為水平垂直燃燒測(cè)試儀，將水平垂直燃燒測(cè)試儀的火焰高度調(diào)整為130mm，內(nèi)部藍(lán)色錐形火焰高度調(diào)整到40mm，被試樣品垂直懸掛于燃燒測(cè)試儀上方，并使火焰內(nèi)藍(lán)色錐形火苗尖端觸及到被試樣品低端大約150mm的點(diǎn)上，并在伴熱帶下方放置藥棉。將燃燒測(cè)試儀傾斜于垂直方向成20°角，燃燒時(shí)火焰施加15s，并在移開15s后重新施加，重復(fù)5次，檢查第5次試驗(yàn)后持續(xù)燃燒時(shí)間、試樣上試紙的燃燒面積及藥棉是否被引燃。

2.4 沖擊試驗(yàn)

將電伴熱帶試樣置于一個(gè)鋼質(zhì)平面上，并在其上放置一段Ф25mm的淬火鋼圓柱，使用的沖擊能量為7J，如果伴熱帶的使用場(chǎng)所機(jī)械損傷危險(xiǎn)性小，則可以降低沖擊能量至4J。試驗(yàn)后，在保持沖擊錘和鋼柱仍放置試樣上的情況下，按照介電強(qiáng)度和絕緣電阻試驗(yàn)檢驗(yàn)試樣的電氣絕緣是否符合要求。

2.5 擠壓試驗(yàn)

將電伴熱帶試樣置于一個(gè)鋼質(zhì)平面上，并在其上垂直放置一根長(zhǎng)25mm、Φ6mm底部為半球形的鋼棒，通過對(duì)鋼棒施加1500N的無沖擊壓力30s，完成擠壓試驗(yàn)。試驗(yàn)后，在鋼棒沒有離開試樣，負(fù)載仍施加的情況下，按照介電強(qiáng)度和絕緣電阻試驗(yàn)檢驗(yàn)試樣的電氣絕緣是否符合要求。

本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)難點(diǎn)是1500N的無沖擊壓力如何施加，此處采用的方法是在鋼棒上放置一個(gè)木板，并在木板上放置重量為150kg的標(biāo)準(zhǔn)樣塊，保持平衡。

2.6 冷態(tài)彎曲試驗(yàn)

將安裝有電伴熱帶的冷態(tài)彎曲試驗(yàn)裝置放在-30℃的人工氣候箱中保持4h，此后將試樣繞圓形卷筒彎曲90°，然后向相反方向以同樣的彎曲半徑彎曲180°，重復(fù)兩次后檢驗(yàn)試樣的電氣絕緣是否符合要求。

2.7 額定輸出功率的校驗(yàn)

電伴熱帶的額定輸出功率可以采用兩種方法進(jìn)行校驗(yàn)：(1)電阻法：在規(guī)定的額定電壓條件下，測(cè)量單位長(zhǎng)度上的直流電阻值是否在制造商聲明的范圍內(nèi)；(2)輸出功率法：功率法測(cè)試需要將電伴熱帶安裝在管道上，管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)熱傳導(dǎo)液體，管道外包裹保溫材料，輸出功率在三個(gè)管線溫度下進(jìn)行測(cè)量，這三個(gè)溫度代表了伴熱產(chǎn)品的整個(gè)運(yùn)行范圍。該試驗(yàn)裝置一般占空間較大，需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)。

恒功率電伴熱帶單位長(zhǎng)度上的電阻不受環(huán)境影響，可以直接采用電阻法進(jìn)行試驗(yàn)，在此需要注意的是并聯(lián)恒功率電伴熱帶的電阻是指兩個(gè)相鄰焊接口之間的電阻，而非單位長(zhǎng)度內(nèi)母線的電阻。自控溫電伴熱帶的電阻受溫度影響較大，使用電阻法測(cè)量會(huì)產(chǎn)生較大誤差，因此需要與制造商協(xié)商進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2.8 電氣絕緣材料的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)

在進(jìn)行電氣絕緣材料熱穩(wěn)定性試驗(yàn)時(shí)，將電伴熱帶試樣在制造商聲明的工作溫度加20K，但不低于80℃的條件下至少放置4周，試驗(yàn)后通過介電強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證電氣絕緣特性。

2.9 起動(dòng)電流的校驗(yàn)

電伴熱帶的起動(dòng)電流是指給伴熱帶供電時(shí)的瞬間電流，測(cè)量時(shí)需要將至少1m長(zhǎng)的電伴熱帶置于最低環(huán)境溫度條件下4h，然后向試樣施加額定電壓，記錄從0～300s內(nèi)的電流，起動(dòng)電流為三個(gè)試樣中電流的最大值，該值應(yīng)不大于制造商的聲明值。測(cè)試起動(dòng)電流時(shí)可以借助測(cè)量最高表面溫度的試驗(yàn)裝置。

2.10 金屬保護(hù)層電阻的校準(zhǔn)

電伴熱帶金屬保護(hù)層電阻的測(cè)量較為容易，通過微電阻計(jì)可直接測(cè)量，測(cè)得的電阻值應(yīng)等于或低于制造商聲明值，方法較為簡(jiǎn)單，在此不做過多闡述。

3 小結(jié)

爆炸性氣體環(huán)境中用電設(shè)備的檢測(cè)作為安全生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，越來越受到國家的重視。本文在分析電伴熱帶的原理、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)爆炸性氣體環(huán)境中用電伴熱帶的常用試驗(yàn)方法進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，以供相關(guān)人員參考。

[1] 高峰.恒功率電伴熱帶在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù),2012,(8): 55-57.

[2] 王曉東,李真.伴熱帶的選型、安裝與維護(hù)[J].石油工程建設(shè),2004,30(4):32-34.

[3] GB19518.1-2004,爆炸性氣體環(huán)境 用電氣設(shè)備電阻式伴熱器 第1部分：通用和試驗(yàn)要求[S].

TalkingabouttheTestMethodforElectricitywithHeatLoneofExplosiveGasAtmosphere

XIEJie-ting1,WANGShi-da2

(1.Explosion Proof Institute,Test Branch Institute,Coal Science and Technology Research Instute,Beijing 102606,China;2.Special Test Centre of Liaohe Oil Field Safety and Environmental Proteetion Office,Panjin 124010,China)

With the elevelopment of electricity with heat technology which is widely used for petroleum,chemical indusery,shipping and machinery,they become more improtant for test in explosive gas atmosphere.The paper states the principleand structure of automatic control electricity with heat zone and constant-power electricity with heat zone.According to self-characteristic of electricity with heat zone,the test method is adopted in explosine gas atmosphere.

electricity with heat zone;characteristics;test;test method

1004-289X(2017)03-0008-03

TM924

B

2017-04-17