电加热器防爆、安全技术浅析

陆明福等

摘 要：随着人们生活需要提高，现代工业发展步伐加快及军工装备技术的提升。电加热器已被千家万户和国民经济装备众多领域广泛采用。如何使电加热器在使用过程中安全、防爆、节能，科技工作者从未停止对其研究。为确保这一目标的实现，本文将对电加热器主要组成部件：温差控制等级、温度传感器安装设置、油升温防干烧装置等技术进行剖析研究，提出可行技术方案，使电加热器功能更趋完美。

关键词：电加热器；防爆；技术；安全

电加热器是通过电使镍络丝发热将热量进行传换的一种装置。人们在家庭中的空调、微波炉、电茶炉、熨斗、热水器、电饭煲、烘衣柜等已普遍采用。在国民经济建设中，使用更为广泛：化工、军工、核电、石油、天然气、海上平台、船舶、矿区等需防爆场所；化工物料升温加热、一定压力下一些粉末干燥、化工过程及喷射干燥；碳氢化合物加热，包括石油原油、重油、燃料油、导热油、滑油、石蜡等；工业用水、过热蒸汽、熔盐、氢（空）气、水煤气等需升温加热的流体加温。客户选用电加热器通常考量的标准是：价格、使用寿命、交货期、热效率。但在特殊场所，防爆、安全为首选考量。经对市场的大量调研和国内外电加热器技术情报资料的檢索，造成电加热器使用过程中引起爆炸、构成安全隐患主要因素有下列几种。

1.温度传感器与电热管加热的实际温度不符

传统的电加热器电热管加热时，温度传感器是插入护管内的，而护管与电热管不紧贴接触。当电热管加热到设定温度值时，传感器的温度将滞后约20分钟（反之，电热管停止加热时，亦滞后约20分钟）才能达到设定温度值，操作人员继续对加热管加热，当温度传感器所显示的温度达到设定温度值时，而电加热管的实际温度已越设定温度值，极易造成介质（可燃气体、油等）爆炸安全隐患。

2.温度传感器损坏失灵

温度传感器插在测温护管内，是用卡子将测温护管与电热管固定的。电热管加热时，随着温度的升高，电热管与测温护管热膨胀率不一致，从而使测温管与电热管产生错位，对测温护管的焊接部位造成影响；反之，停止加热时，两者收缩率亦不一致，测温护管弯曲变形，致使温度传感器损坏失灵。

3.干烧

船舶使用重油或润滑油，当温度较低时，必须加热到设定温度值范围方可使用。运输重油到达目的地时，亦必须加热至设定温度值才能输送。当遇到冷油未输满，油筒体或油腔筒体内没有油时，电加热器就处于干烧状态。温控仪一旦失灵，爆炸安全事故的发生在所难免。

4.温度控制等级达不到要求

天然气是在高压状态下进行输送的。输送前，必须对天然气中的水份进行加热排湿，以确保天然气的纯度。天然气排湿加热，对温度控制极为严格，一旦超越设定值温度，将会构成重大爆炸安全隐患。现有电加热器用于天然气排湿加热技术，温差等级低，一般只能控制在±10℃，达不到温差控制等级要求。

5.防爆、安全技术对策

安全重于泰山。对电加热器在易爆场所使用，应从技术创新的角度来根本解决爆炸、安全隐患。

5.1温度传感器的装置

经研究，拟将温度传感器直接捆扎在电热管表面，使它与电热管加热时的温度同步显示，避免了加热或停止时间差，瞬间加热的实际温度可始终控制在设定值范围内，且温度误差可达到±5℃的理想等级。不会造成爆炸安全隐患。

5.2攻克胀缩率不一致的技术

温度传感器的前端用卡子与电热管固定，并在其前端部分相应位置设计、制作一个Ω形膨胀节，通过膨胀节的张与合，可消除温度传感器与电热管在工作中胀缩率不一致而产生错位，既不影响焊接部位，又确保温度传感器无损完好，正常工作（见图1、图2）。

5.3排气减压

在电加热器的填充粉粒筒体上安置自动放气阀。电加热器工作时，填充粉粒筒体内会逐渐产生一些气体，使筒体压力逐渐加大，当压力增大到设定值时，放气阀自动打开，排除筒体内积累的气体，使筒体内外压力一致，达到防爆安全效果。

5.4减少焊接面焊缝多而分散，增强连接强度，使用中不产生裂纹

为了使电加热器加热腔体与外部环境密封达到预期效果。传统技术是：先将管板、法兰板分别焊接在电热管散热套管、温度传感器散热套管两端，再将电热管与其散热套管焊接、测温管与温度传感器散热套管焊接，焊接面的焊缝多而分散，连接强度不足，使用时易产生裂纹。对此，拟采用法兰板、防爆接线腔体与填充粉粒筒体、浇注树脂筒体、管板进行连接。这样，它们之间只有四个圆周焊接面，焊缝少而集中，强度高，使用中不会产生裂纹，为安全构筑了一道防墙。

5.5提高散热效果，消除安全隐患

现有电加热器电热管及温度传感器散热套管，管径较小，管壁薄（1-2mm），强度有限，它与管板及法兰板是焊连接。为保证散热效果，长期裸露在外，受外力影响损坏的几率较大，极有可能造成安全事故。如果在填充粉粒筒体中，紧密填实具有绝缘、耐温、传热的粉粒，再在浇注树脂筒体中浇满具有绝缘、耐温、凝后坚固的树脂，就能将电热管热端传导到冷端处的电热管接线端的热量，快速传导给填充粉粒筒体壁，散发到空间，电热管接线端的温度不会偏高，可消除安全隐患。

5.6防干烧、节能技术

设计采用感温元件的防干烧装置，可以起到防干烧效果。当油腔筒体内部输满油，虽不是干烧状态，但由于油温较高，达到感温元件设定温度值时，感温元件也会动作，电加热器断电，油停止供热，节省了电能。同时，可有效地避免了电加热器继续通过电加热直至干烧而引起爆炸事故。

对船用卧式油升温电加热器，可将侧装浮球壳体偏心焊接在电加热器油腔筒体右端，油液通过偏心侧装油口进、出侧装浮球壳体。在壳体内安装一只耐温耐压长形浮球，油面上升时，长形浮球头部因浮力作用，绕着浮球杆向上运动，当达到11°角时，卧式油升温加热器即卧式电加热元件开始处于正常加热状态，接线腔内的磁簧开关受到壁端磁铁影响，使“常开”接点变成“常闭”接点，侧装线路通电，卧式电加热元件接通，开始加热；油面下降时，长形浮球头部因浮力作用，绕着浮球杆向下运动，当达到11°角时，卧式油升温电加热器即卧式电加热元件开始处于干烧状态，“常闭”接点变成“常开”接点，卧式电加热元件电路断电，停止加热，不会发生干烧。船用立式油升温电加热器，运用同样原理，使上、下二只圆形浮球，沿着顶装浮球杆下降或上升，维持“断开”或“闭合”的动作，达到防干烧、节能效果（图3、图4）。

6.结语

电加热器的防爆、安全、节能牵涉到诸多技术因素，某种意义可视为一个系统工程。它除电加热器在设计、结构、工艺、装备等技术创新外，还应注重根据不同工况要求的材料选购、加工，零部件的合理选配，工况场所的外部环境，操作人员的技能、责任心.

随着科学技术发展步伐的加快，电加热器的功能定会不断提升，防爆、安全、节能效果更为可靠，客户期盼的较现有技术更防爆、更安全、更节能的新一代电加热器将会展现在世人面前。

参考文献：

[1]杨世铭，陶文铨著.传热学.高等教育出版社，2006年8月

[2]董其伍，张垚等编.换热器.中国石化集团上海工程有限公司组织编写.北京：化学工业出版社，2008年12月

[3]陈文威.热力学分析与节能【M】.北京：科学出版社，1999年5月