CN110578848B - 一种化工管道的电伴热分步安装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化工管道的电伴热分步安装施工方法，包括：步骤一、将待伴热的化工管道的外表面打磨平滑，并对外表面进行吹扫；步骤二、确定伴热带的工作温度、保温层的材料及所述保温层的厚度、测量所述待伴热的化工管道的长度、计算需要所述伴热带的长度；步骤三、铺设所述伴热带；步骤四、进行通电调试，对所述电伴热带进行启停控制；步骤五、包裹保温层，完成所述电伴热的安装。

Description

一种化工管道的电伴热分步安装施工方法

技术领域

本发明属于伴热保温施工技术领域，特别涉及一种化工管道的电伴热分步安装施工方法。

背景技术

随着社会的不断进步，近年来化学领域紧跟着时代的步伐，化学品的生产与利用给社会带来巨大的经济利益与社会利益，化学制造品存在于人们生活的每个角落。但是由于化学物质的特殊性，化工管道常需要加温至一定温度，以避免影响管道内化学物质发生理化反应；或者管道的环境气温特别低，尤其在北方冬季，需要给管道加温，以保证所传输物质能正常输送不被冻结。

长期以来，在工业管道、设备保温方面通常采用的是蒸汽伴热，蒸汽伴热的工作原理是通过蒸汽伴热管道的热传导来补充被保温管道、设备的热损失。但由于蒸汽的散热量不易控制，其保温效率始终处于一个较低的水平。而且化工业需要伴热的管道一般以仪表管线、工艺管线及化学管线为主，这些管线比较复杂，铺设蒸汽伴热管道十分不便。另外，已铺设完毕的蒸汽伴热管道在冬季运行时，经常会出现"跑、冒、滴、漏"现象，每年冬季维修部门都不得不在管线、设备保温上花费大量的人力、物力来确保冬季运行安全。针对于上述情况，电伴热应运而生。电伴热不同于电加热，其装置简单、发热均匀、控温准确，能进行远控、遥控，实现自动化管理；电伴热具有防爆、全天候工作性能，可靠性高，使用寿命长；电伴热无泄漏，有利于环境保护电伴热节省钢材，其不需要蒸气伴热所需的一来一去二趟伴热管路；电伴热节约水资源，不同于锅炉每天需要大量的水，因此，电伴热广泛应用在各个领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种化工管道的电伴热分步安装施工方法，在充分考虑到化工管道附属管件多样、管道复杂的特性，对化工管道的电伴热带的长度进行计算，同时对电伴热带的启停进行合理控制，方法简单、实用。

本发明提供的技术方案为：

一种化工管道的电伴热分步安装施工方法，包括：

步骤一、将待伴热的化工管道的外表面打磨平滑，并对外表面进行吹扫；

步骤二、根据伴热带的工作温度进行伴热带的选择，同时再根据保温层的厚度和待伴热的化工管道的长度，计算需要所述伴热带的长度；

步骤三、铺设所述伴热带；

步骤四、进行通电调试，对所述电伴热带进行启停控制；

步骤五、包裹保温层，完成所述电伴热的安装。

优选的是，在所述步骤二中，所述伴热带包括：

低温伴热带，其工作温度为0-65℃；

中温伴热带，其工作温度为0-105℃；或者

高温伴热带，其工作温度为0-600℃。

优选的是，所述伴热带的长度计算公式为：

式中，A为所需伴热带的总长度，单位为m；Q为管道的总散热量，单位为W/m；L为待伴热的管道总长，单位为m；δ₁为第一经验调整系数，单位为m/W；μ_i为管道附属件的长度系数；x_i为附属件的数量；l_i为附属件的长度，单位为m。

优选的是，管道总散热量的计算公式为：

Q＝q×k₁×k₂×k₃；

式中，q为基准单位的管道散热量，单位为W/m；k₁为环境条件修正系数；k₂为保温材料修正系数；k₃为管道材料修正系数。

优选的是，在所述步骤四中，采用模糊控制模型输出报警概率进而判断对所述电伴热带进行启停控制，包括如下步骤：

分别将管道内介质温度与环境温度的温度差△T、管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E以及报警概率γ转换为模糊论域中的量化等级；

将所述管道内介质温度与环境温度的温度差△T以及所述管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E输入模糊控制模型，均分为5个等级；

模糊控制模型输出为所述报警概率γ，分为5个等级；

所述报警概率达到阈值时，启动所述电伴热带；

其中，所述管道内介质温度与环境温度的温度差的论域为[20，180]，所述管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率的论域为[20，180]，报警概率的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定所述阈值为0.56～0.63中的一个值。

优选的是，所述管道内介质温度与环境温度的温度差的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率的模糊集为{N，NM，M，ML，L}，所述报警概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角函数。

优选的是，当所述管道内介质温度与环境温度的温度差140<△T≤180时，对所述报警概率进行校正得到经验报警概率γ′如下：

式中，δ₂为第二经验调整系数，取值范围为0.8～0.95，δ₃为第三经验调整系数，取值范围为1.95～2.13，T₀为经验校正温度，T_b为环境温度，△T为管道内介质温度与环境温度的温度差；

所述经验报警概率γ′达到所述阈值时，启动所述电伴热带。

优选的是，所述模糊控制模型的控制规则为：

如果管道内介质温度与环境温度的温度差输入为极大，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率输入为较大，则报警概率输出为大，启动电伴热带；

如果管道内介质温度与环境温度的温度差输入为小，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率输入为小，则报警概率输出为小，即关闭电伴热带；

如果报警概率输出为小或者较小，则关闭电伴热带；如果报警概率输出为大或者较大，则启动电伴热带；如果报警概率输出为中等，则报警概率为阈值。

优选的是，所述伴热带铺设时，需先预留首端预留段及终端预留段，并通过热敏胶带固定在所述化工管道上；

其中，所述首端预段通过电源接线盒与电源连接；以及

所述终端预留段与终端接线盒连接。

优选的是，所述伴热带在平直铺设处每间隔0.8～1.2m固定；以及

所述伴热带在转弯铺设处每间隔0.4～0.6m固定；

其中，除所述首端预留段及所述终端预留段以外，均采用专用铝箔胶带将所述伴热带紧贴在所述化工管道上。

本发明的有益效果是：

1、本发明设计开发了一种化工管道的电伴热分步安装施工方法，分步清晰、简单易操作，采用电伴热替代蒸汽伴热，提高了伴热效率、减少了运行后对伴热的维修保养的频率、节约了资源能源；

2、本发明设计开发了一种化工管道的电伴热分步安装施工方法，充分考虑到化工管道附属管件多样、管道复杂的特性，对电伴热带的长度进行计算，方法简单易行；

3、本发明根据介质温度和环境温度，通过模糊控制对电伴热带进行合理控制，进而更好的对管道进行保温。

附图说明

图1为本发明所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法中实施例的伴热带铺设示意图。

图2为本发明所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法中接线盒的安装位置示意图。

图3为本发明所述的管道内介质温度与环境温度的温度差的隶属函数。

图4为本发明所述的管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率的隶属函数。

图5为本发明所述的报警概率的隶属函数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种化工管道的电伴热分步安装施工方法，其主要包括：

步骤一、将待伴热的化工管道的外表面打磨平滑，并对外表面进行吹扫；

步骤二、根据伴热带的工作温度进行伴热带的选择，同时再根据保温层的厚度和待伴热的化工管道的长度，计算需要所述伴热带的长度；

步骤三、铺设所述伴热带；

步骤四、进行通电调试，对所述电伴热带进行启停控制；

步骤五、包裹保温层，完成所述电伴热的安装。

在另一种实施例中，伴热带依据伴热温度可分为：低温伴热带、中温伴热带及高温伴热带；依据化工管道内的介质温度选择伴热带的工作温度；其中，低温伴热带的工作温度为0-65℃；中温伴热带的工作温度为0-105℃；高温伴热带的工作温度为0-600℃。

在另一种实施例中，在步骤二中，保温层的厚度与介质温度、管径相关，保温层的厚度通过查表选择，如表1所示；

表1管道保温厚度选用表

在另一种实施例中，伴热带的长度计算公式为：

式中，A为所需伴热带的总长度，单位为m；Q为管道的总散热量，单位为W/m；L为待伴热的管道总长，单位为m；δ₁为第一经验调整系数，单位为m/W；μ为管道附属件的长度系数；x为同种附属件的数量；l为附属件的长度，单位为m，n为不同种附属件的种类数量；δ的取值范围为0.01-0.4m/W。

管道总散热量的计算公式为：

Q＝q×k₁×k₂×k₃；

式中，q为基准单位的管道散热量，单位为W/m；k₁为环境条件修正系数；k₂为保温材料修正系数；k₃为管道材料修正系数。

如图2所示，伴热带铺设时，需先预留首端预留段及终端预留段，并通过热敏胶带固定在化工管道上；首端预段通过电源接线盒1与电源连接；终端预留段与终端接线盒4连接。

伴热带在平直铺设处每间隔0.8～1.2m固定；伴热带在转弯铺设处每间隔0.4～0.6m固定；

除首端预留段及终端预留段以外，均采用专用铝箔胶带将伴热带紧贴在化工管道上，专用铝箔胶带不仅起到固定的作用，而且能够导热，是伴热更加的均匀。

伴热带的两接头连接处通过二通接线盒2连接；三接头连接处通过三通接线盒3连接。

在管道的平直处安装感温传感器，并且将温度传感器与控制器5连接，对电伴热进行通电调试，检测工作温度是否正确。

在另一种实施例中，若化工管道处在室外环境或者根据需求，在保温层外包裹防水层。

在另一种实施例中，在步骤四中，采用模糊控制模型输出报警概率进而判断对所述电伴热带进行启停控制，包括如下步骤：

分别将管道内介质温度与环境温度的温度差△T、管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E以及报警概率γ转换为模糊论域中的量化等级；

将管道内介质温度与环境温度的温度差△T以及管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E输入模糊控制模型，均分为5个等级；模糊控制模型输出为所述报警概率γ，分为5个等级；根据报警概率判断是否启动所述电伴热带；

其中，管道内介质温度与环境温度的温度差的论域为[20，180]，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率的论域为[20，180]，报警概率的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定报警概率的阈值为0.56～0.63中的一个值；

管道内介质温度与环境温度的温度差的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率的模糊集为{N，NM，M，ML，L}，报警概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角函数；

所述模糊控制模型的控制规则为：

如果管道内介质温度与环境温度的温度差输入为PVB，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率输入为ML，则报警概率输出为B，启动电伴热带；

如果管道内介质温度与环境温度的温度差输入为ZO或PS，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率输入为N，则报警概率输出为S，即关闭电伴热带；

如果报警概率输出为S或SM，则关闭电伴热带；如果报警概率输出为B或MB，则启动电伴热带；如果报警概率输出为M，则报警概率为阈值。

当管道内介质温度与环境温度的温度差140<△T≤180时，对报警概率进行校正得到经验报警概率γ′如下：

式中，δ₂为第二经验调整系数，取值范围为0.8～0.95，δ₃为第三经验调整系数，取值范围为1.95～2.13，T₀为经验校正温度，T_b为环境温度，△T为管道内介质温度与环境温度的温度差。

实施例

下面以熔融态的双酚A管道电伴热分步施工安装工程为例，进一步说明化工管道的电伴热分步安装施工方法：

熔融态双酚A管道，介质温度156～158℃，环境温度18℃，公称直径为200mm，直线管道长度为260m，弯头12个，每个0.5m，二通阀门8个，三通阀门12个，每个均0.6米。

步骤一、将被伴热的化工管道100的外表面打磨平滑，并吹扫化工管道100的外表面。

步骤二、由于管道内的介质温度在156～158℃，因此选择工作温度范围为0-600℃的高温伴热带300；

如表1所示，依据介质温度156～158℃，碳钢公称直径为200mm，保温层200的厚度通过查找管道厚度选用表，初步定为60mm，保温材质为玻璃纤维。

所需伴热带300的长度计算公式为：

A＝Q×L×δ₁+μ₁×x₁×l₁+μ₂×x₂×l₂+μ₃×x₃×l₃；

式中，A为所需伴热带的总长度，单位为m；Q为管道的总散热量，单位为W/m；L为待伴热的管道总长，单位为m；δ₁为第一经验调整系数，单位为m/W；μ₁为弯头的长度系数，μ₂为二通阀门的长度系数，μ₃为三通阀门的长度系数；x₁为弯头的数量，x₂为二通阀门的数量，x₃为三通阀门的数量；l₁为弯头的长度，单位为m，l₂为二通阀门的长度，单位为m，l₃为三通阀门的长度，单位为m；

其中，管道总散热量的计算公式为：

Q＝q×k₁×k₂×k₃；

式中，q为基准单位的管道散热量，W/m；k₁为环境条件修正系数；k₂为保温材料修正系数；k₃为管道材料修正系数，。

如表2～6所示，管道附属件的长度系数、基准单位的管道散热量、环境条件修正系数、保温材料修正系数及管道材料修正系数通过查表可得；基准单位的管道散热量在查表选择过程中，涉及到的计算公式为：

△T＝T_a-T_b；

式中，△T为管道内介质的温度与环境温度的温度差；T_a为管道内介质的温度；T_b为管道所处的环境温度。

表2管道附属件的长度系数

表3基准单位的管道散热量

表4环境条件修正系数

环境条件	修正系数k<sub>1</sub>
		室内	1
室外风速5米/秒	1.05
		室外风速15米/秒	1.15
室外风速25米/秒	1.3

表5保温材料修正系数

保温材料	修正系数k<sub>2</sub>
		玻璃纤维	1.0
岩棉	1.22
		矿渣棉	1.11
珍珠岩	1.31
		聚氨酯泡沫塑料	0.67
聚苯乙烯泡沫塑料	0.86
		硅酸钙	1.50
石棉绳	1.83
		复合硅酸盐毡	0.65

表6管道材料修正系数

管道材料	修正系数k<sub>3</sub>
		碳钢	1
铜	1.05
		不锈钢	0.9
塑料	0.65

步骤三、如图1、图2所示，将伴热带300均匀分散地铺设在化工管道100的下半部，首端预留段和终端预留段各留出1m，分别与电源接线盒1及终端接线盒4连接；

伴热带300在平直铺设处每间隔0.8～1.2m固定；伴热带300在转弯铺设处每间隔0.4～0.6m固定。

步骤四、在化工管道100的平直处分散安装多个传感器，在电源接线盒1的一端安装控制器5，并且控制器5与所有的传感器连接，连接后通电进行调试，控制器采用模糊控制模型输出报警概率进而判断对所述电伴热带进行启停控制，具体包括如下：

分别将管道内介质温度与环境温度的温度差△T、管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E以及报警概率γ转换为模糊论域中的量化等级；将管道内介质温度与环境温度的温度差△T以及管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为报警概率，进而进行判断是否启动电伴热带，报警概率γ的阈值为0.56～0.63中的一个值，如果报警概率达到设定阈值，判断为启动电伴热带；在本实施例中，为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，将阈值确定为0.61。

管道内介质温度与环境温度的温度差△T的变化范围为[20，180]，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E的变化范围为[20，180]，设定量化因子都为1，因此管道内介质温度与环境温度的温度差△T以及管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E的论域分别为[20，180]和[20，180]，报警概率γ的论域为[0，1]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将管道内介质温度与环境温度的温度差△T的变化范围分为5个等级，模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，ZO表示零，PS表示小，PM表示中等，PB表示大，PVB表示极大；将管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E的变化范围分为5个等级，模糊集为{N，NM，M，ML，L}，N表示小，NM表示较小，M表示中等，ML表示较大，L表示大；输出的报警概率γ分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}，S表示小，SM表示较小，M表示中等，MB表示较大，B表示大；隶属函数均选用三角形隶属函数，如图3、4、5所示。

模糊控制模型的控制规则选取经验为：

如果管道内介质温度与环境温度的温度差△T为极大，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E为较大，则报警概率γ为大，即启动电伴热带；

如果管道内介质温度与环境温度的温度差△T为小或零，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率△E为小，则报警概率γ为小，即关闭电伴热带；

也就是说，如果报警概率γ为“小或较小”，则关闭电伴热带；如果报警概率γ为“大或较大”，则启动电伴热带；如果报警概率γ为“中等”，则该报警概率γ为阈值，此种情况，如果管道内介质温度与环境温度的温度差或者温度差的变化率稍有变化，则必然会启动电伴热带或者关闭电伴热带这两种情况的切换。

具体的模糊控制规则如表7所示。

表7模糊控制规则

当管道内介质温度与环境温度的温度差140<△T≤180时，对报警概率进行校正得到经验报警概率γ′如下：

式中，δ₂取值为0.84，δ₃取值为2.05，T₀为25℃。

步骤五，在调试后包裹保温层200，材质为玻璃纤维，厚度因基准单位的管道散热量选用表中没有60mm的数据，综合考虑提高伴热温度和增加保温层200厚度的成本及伴热效果，将保温层200厚度调整为80mm；包裹保温层200后，再次进行通电调试，根据需求，在保温层200的外部包裹防水层400。

伴热运行后，出现故障的维修或更换方式：

1、当伴热带300中间有一段出现问题时，可将故障段剪去，用一节新的伴热带300换上，并采用两个二通接线盒2将伴热带300连接即可；

2、当管道附属件有损坏需要更换时，因伴热带300在安装时预留了足够的长度，因此只需将伴热带300上的专用铝箔胶带剥离，在更换完管道附属件后再次粘贴固定即可。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，包括：

步骤一、将待伴热的化工管道的外表面打磨平滑，并对外表面进行吹扫；

步骤二、根据伴热带的工作温度进行伴热带的选择，同时再根据保温层的厚度和待伴热的化工管道的长度，计算需要所述伴热带的长度；

步骤三、铺设所述伴热带；

步骤四、进行通电调试，对所述电伴热带进行启停控制；

步骤五、包裹保温层，完成所述电伴热的安装；

在所述步骤四中，采用模糊控制模型输出报警概率进而判断对所述电伴热带进行启停控制，包括如下步骤：

分别将管道内介质温度与环境温度的温度差ΔT、管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率ΔE以及报警概率γ转换为模糊论域中的量化等级；

将所述管道内介质温度与环境温度的温度差ΔT以及所述管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率ΔE输入模糊控制模型，均分为5个等级；

模糊控制模型输出为所述报警概率γ，分为5个等级；

所述报警概率达到阈值时，启动所述电伴热带；

其中，所述管道内介质温度与环境温度的温度差的论域为[20，180]，所述管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率的论域为[20，180]，报警概率的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定所述阈值为0.56～0.63中的一个值。

2.根据权利要求1所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述伴热带包括：

低温伴热带，其工作温度为0-65℃；

中温伴热带，其工作温度为0-105℃；或者

高温伴热带，其工作温度为0-600℃。

3.根据权利要求2所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，所述伴热带的长度计算公式为：

式中，A为所需伴热带的总长度，单位为m；Q为管道的总散热量，单位为W/m；L为待伴热的管道总长，单位为m；δ₁为第一经验调整系数，单位为m/W；μ_i为管道附属件的长度系数；x_i为附属件的数量；l_i为附属件的长度，单位为m。

4.根据权利要求3所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，管道总散热量的计算公式为：

Q＝q×k₁×k₂×k₃；

式中，q为基准单位的管道散热量，单位为W/m；k₁为环境条件修正系数；k₂为保温材料修正系数；k₃为管道材料修正系数。

5.根据权利要求4所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，所述管道内介质温度与环境温度的温度差的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率的模糊集为{N，NM，M，ML，L}，所述报警概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角函数。

6.根据权利要求5所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，当所述管道内介质温度与环境温度的温度差140＜ΔT≤180时，对所述报警概率进行校正得到经验报警概率γ′如下：

式中，δ₂为第二经验调整系数，取值范围为0.8～0.95，δ₃为第三经验调整系数，取值范围为1.95～2.13，T₀为经验校正温度，T_b为环境温度，ΔT为管道内介质温度与环境温度的温度差；

所述经验报警概率γ′达到所述阈值时，启动所述电伴热带。

7.根据权利要求6所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，所述模糊控制模型的控制规则为：

如果管道内介质温度与环境温度的温度差输入为极大，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率输入为较大，则报警概率输出为大，启动电伴热带；

如果管道内介质温度与环境温度的温度差输入为小，管道内介质温度与环境温度的温度差的变化率输入为小，则报警概率输出为小，即关闭电伴热带；

如果报警概率输出为小或者较小，则关闭电伴热带；如果报警概率输出为大或者较大，则启动电伴热带；如果报警概率输出为中等，则报警概率为阈值。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，所述伴热带铺设时，需先预留首端预留段及终端预留段，并通过热敏胶带固定在所述化工管道上；

其中，所述首端预段通过电源接线盒与电源连接；以及

所述终端预留段与终端接线盒连接。

9.根据权利要求8所述的化工管道的电伴热分步安装施工方法，其特征在于，所述伴热带在平直铺设处每间隔0.8～1.2m固定；以及

所述伴热带在转弯铺设处每间隔0.4～0.6m固定；

其中，除所述首端预留段及所述终端预留段以外，均采用专用铝箔胶带将所述伴热带紧贴在所述化工管道上。

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