浅析燃机电厂汽水仪表管路电伴热装置发生故障的
原因和施工方法的改进
1 前言
无论是大型燃机还是分布式小型燃机，余热锅炉是必备的配套换热装置，一般地，江苏地区余热锅炉采用露天布置，它吸收燃机高温排气的热量，将水转换为高温高压的蒸汽驱动汽轮机或对外供热，汽水系统的压力（流量、液位）变送器等测量装置必不可少（以下简称压力测量系统）。燃机启停多，难以使用传统的蒸汽伴热系统，普遍采用电伴热系统，近几年，江苏地区曾发生多起冬季热控重要表计冻结引起机组跳闸或难以启动的不安全事件。
燃机的电伴热装置应作为主设备同等对待，实现伴热装置的工作状态、投运后发热丝的负载电流和仪表管路的温度在DCS系统实时监视，发生异常时报警，提醒维护人员及时处置。
2 燃机电厂汽水仪表管路（表计）冻结的原因分析及危害
2.1环境温度低于0℃，仪表管路（表计）长期处于低于0℃的环境，管路内存有水或汽水混合物，液态水有结冰的可能。水在冻结的过程中，体积会增大约9%。重者在管路中间先冻结，挤压，相对密闭空间的压力上超过管材或表计能承受的最大压力，将引起管路撕裂或表计损坏（压力测量值异常升高），严重时造成停炉停机;轻者，管路部分介质冻结，阻断主管道介质的压力传递，测量系统失去对被测对象的真实压力的监控，引起整个压力测量和控制系统失能。
2.2自发热与自散热失衡，不能保证管线中介质的温度高于管内流体的凝固点。压力测量系统的取样仪表管内的介质与主管路内介质不同，它是相对静止的、稳定的，其介质的温度远低于主管路内介质温度，当环境温度低于0℃，取样管路内的液态介质更容易冻结。为防止热量过快散发，电厂一般在取样仪表管外包裹约25mm厚的保
温材料，防止热量散失，汽水仪表管路如仅依靠外层保温，难以抵抗冬季的风寒，必须在取样管和保温材料之间增设功率足够的发热元件，使用电伴热装置是一种较好的选择。
2.3主管路内介质冻结，向取样管路扩散后的二次伤害。汽水主管路除非特殊情况，很少安装伴热带，机组停运后，如主管路内如有积水存在，环境温度低于0℃，管路内存水容易冻结，管路内局部产生密闭超高压容器效应，引起后续的取样管路或测量表计损坏。冬季寒冷天气，机组长期停运，应当及时排空主管路和余热锅炉汽包内等处的存水。
图1：燃机长期停运，冬季余热锅炉部分仪表管冻结。左图，低压汽包2异常升高，右图，凝结水流量有（63～100）t/h的不同显示。
3 电伴热装置加热带（丝）分类、工作特性和发热功率选择
3.1自控温电伴热带。加热带由内至外，由热敏加热体、平行电源线（两根）、绝缘包裹层、金属屏蔽网和加固绝缘外套。自控温电伴热带一般分为高温型和低温型，接通电源后，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层是电阻发热体，当伴热带的中心温度升到相应的高阻区时，大电阻几乎阻断电流，温度下降后，电阻减少，发热体再次导通，周而复始，维持相对稳定的高温。我公司现场实际使用65℃温度等级和110℃温度等级两种伴热带，低温型电伴热带用于锅炉汽包水位和重要流量测量变送器仪表管的电伴热后备，高温型用于非重要参数测量单元仪表管的伴热。自控温电伴热带的优点是维护简单，伴热带具有防水、防腐蚀，不需要附加温控器。
3.2铠装电伴热电缆。加热电缆一般由线芯、绝缘材料、金属护套[不锈钢（321、316L）等]三部分组成，根据不同的额定电压等级、线芯数量、发热导体与金属护套，适用于不同的场合，此类电伴热电缆需要温控器配合方可使用，温度测点的设置有较高要求。优点是机械强度高、使用寿命长、工作温度等级高、加热电缆最高承受温度可达650℃，可以与取样管贴合安装，实现快速加热。缺点是，单位米
长度的造价高达150元以上，是自控温电伴热的（4～5）倍，安装过程中弯曲的半径不能过小，其次，取样管保温层的防水非常重要，保温材料外防护皮没做好的情况下，伴热带遇渗水极速冷却，易导致加热电缆材金属护套开裂，潮湿的保温材料与电伴热外套缓慢发生电化学反应，腐蚀不锈钢护套，取样管线内介质的温度宜保持在（20～70）℃之间。
3.3电伴热带发热功率的选择。单位长度取样管线的热损失计算公式如下，
式中，Q标——单位长度管线热损失，W/m;t——保温层内部仪表管几何中心线管线温度，℃;t0——管线附近环境温度;D——管线与保温层组合的近似圆直径，mm，一般地，仪表管保温层厚（25～30）mm，此处取25mm;d——仪表管直径，现场常用不锈钢仪表管为14mm。λ——保温材料导热系数，取岩棉或矿棉，导热系数为0.044W/（m？℃）。查阅江苏省连云港地区近几年冬季最低温度-12.3℃，为简化计算，环境温度取-10℃，不考虑管线内介质的吸放热，保温材料厚度25mm，为保证管线中心线温度保持30℃，电伴热带发热的米功率为7.3W/m。计算的发热功率是维持需要温度最低的发热量，实际使用，一般取计算发热功率值的（1.5～2）倍。例如江苏地区，在管线外保温良好的情况下，电伴热的发热米功率在（10～20）W/m，基本满足防寒需要。
3.4仪表箱内电伴热发热板功率的选取。参照HGT *****-2014 《儀表及管线伴热和绝热保温设计规范》，仪表箱向外部散热损失与箱内外的温差、仪表箱的保温相关，燃机电厂户外仪表箱一般使用内附2cm左右岩棉或矿渣棉保温层，加热装置位于箱内底部，要求保温箱内温度尽量维持在（5～20）℃。
仪表箱释放外部环境的热功率Q=仪表箱的导热系数K*仪表箱内外温度差△T。
按仪表箱有窗有保温，高=2000mm、宽=1000mm、深=600mm 的规格计算，一只仪表箱相当于HG/T *****-2014规范中4个170型
保温箱的体积。查规范中的表二，K=3.1、△T=30。Q=4*3.1*30=372W。选用的箱内加热器不小于372W，一般选用加热器500W，配用温控器，温度设定值为低于8℃启动加热器，高于30℃停止。与铠装电伴热电缆类似，仪表箱内温度低于5℃或高于55℃，箱内温度值和报警信号送至DCS系统监控画面。
4 电伴热装置发生故障的原因分析
我公司两台三菱M701F4型475MW燃机自2021年4月至2021年3月，按损坏设备的类型分，铠装电伴热电缆10根、自控温电伴热带5组、电伴热温控器2只、保温柜内发热盘9块、更换部分保温材料和外包不锈钢铁皮。按造成的后果分，电伴热投用后，#1炉低压汽包水位偏差大、TCA流量参数偏差大、一只FGH流量变送器无指示等严重影响机组的安全运行，主要故障的主要原因有以下几方面。
4.1铠装电伴热电缆安装不规范，与仪表管捆扎过紧，施工中未注意保护，铠装防护层受伤，弯曲半径过小，上电后跳闸或不发热。自控温电伴热带尾端密封不良，绝缘下降，PTC发热元件质量差，工作一段时间后，出现了暴露在空气中的发热正常，埋藏在保温内的热效能衰减，单位发热功率急剧下降。
4.2汽包水位、TCA流量参数偏差大，主要是安装不规范，没有做到同一只差压变送器仪表管电伴热同时同功率加热，间隔捆扎不规范，正、负压仪表管的发热均匀性不能保证。
4.3保温柜内发热盘损坏的主要原因是原保温柜配套的发热盘只有200W，功率太小，长时间连续工作导致。发热盘安装在保温柜的中部，不能保证柜内底部仪表管温度在0℃以上，需在柜底部增加一组发热盘。
4.4保温外层不锈钢皮接缝不严，部分保护层有朝上的开口。雨雪天气，积水沿外层保护层的缝隙和孔洞进入保温材料，长期与铠装伴热电缆接触、腐蚀伴热电缆金属层，破坏电气绝缘。
统计近两年电伴热装置的故障，安装不规范引起的故障约占42.9%，维护不当的故障约占23.7%，设备品质因素约占33.3%
