蒸汽伴热与电伴热经济效益对比
一、概述
在工业管道保温方面蒸汽伴热始终是一种主要的保温方式。
其工作原理是通过蒸汽伴热管道散热以补充被保温管道的热损失。
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，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，在冬季运行时，蒸汽伴热管道经常会出现"跑、冒、滴、漏"现象，每年冬季维修部门都不得不在管线保温上花费大量的人力、物力来确保冬季运行安全。
20世纪70年代，美国能源行业就提出用电伴热方案来替代蒸汽伴热的设想。
70年代末80年代初，包括能源业在内的很多工业部门已广泛推广了电伴热技术，以电伴热全面代替蒸汽伴热。
电伴热技术发展至今，已由传统的恒功率伴热发展到以导电塑料为核心的自控温电伴热。
1、自控温电伴热原理及应用
自控温电伴热方案主要通过自控温电伴热电缆自动控温来完成。
自控温电伴热线由导电线芯（PTC层）和2根平行母线挤制外加绝缘层、金属屏蔽层、防腐护套层构成。
其中由树脂加导电碳粒混合各种添加济，经特殊加工而成的导电芯带是发热核心。
当某一环境温度下导电碳粒经化合键连接形成导电网络供电流流过，接通电源后伴热线便开始发热；而温度较高时，导电碳层产生微分子膨胀，碳链逐渐分开，导致网络变小，电阻急剧上升，导通电流变小，伴热线功率逐减小，发热量便降低，整个体系处于一个稳定状态也就是相对平衡状态。
当周围温度下降时，塑料又恢复到微分子收缩状态，碳粒相应连接起来形成电路，伴热线发热功率又自动上升。
由于整个温度控制过程是由材料本身自动调节完成的，其控制温度不会过高也不会过低。
因此电伴热所具有的良好特性是其他伴热系统所无法比拟的。
自控温电伴热系统应用于工业管道保温和防冻过程，针对伴热的特殊技术要求，自控温电伴热系统能够准确、方便地起到保温、防冻的作用，为冬季的良好运行提供有力保障。
随工业科技的发展电热带已经应用于各个领域，一些大型油田、炼油厂的管道、贮罐等都已使用电热带，但是大部分管道的保温伴热还是使用蒸气，蒸气伴热与电热带伴热相比：
1、蒸气伴热：管道伴热耗汽费用大，工艺管道伴热耗汽量大
2、伴热管线维护费用包括巡线检查、检修更新及各项维护费用，由于厂区仪表易受腐蚀
3、自控电伴热线因本身就能感应管壁（介质）的温度而自调发热量，是一种节能措施。
蒸汽伴热只能利用一部分热能，大量热能由高品位变为低品位，无法利用，白白损耗了。
在化工生产过程中，蒸汽伴热是一种流体物料输送、贮存的传统保温方式。
但由于蒸汽温度要远高于物料所需保持的温度范围，一旦调温不当，便会造成局部物料过热。
而且，蒸汽伴管冷凝水管保温维护不好，时有冻结而影响生产。
特别是在输送、贮存一些腐蚀性强的物料时，易造成管材局部蚀穿，严重影响正常生产。
我公司的自控电伴热系统应用于工业管道保温和防冻技术上，能准确维持工艺温度和彻底消除管道因局部过热而造成的蚀穿。
温控伴热电缆相应被伴热体系具有自动调节输出功率，因此不会因自身发热而烧毁，却因实际需要热量进行补偿，故为新一代节能型恒温加热器。
低温状态、快速起动，温度均匀，因每一局部皆可因其被伴热处的温度变化自动调节。
安装简便、维护简单、全天服务，自动化水平高，运行及维护费用低。
安全可靠、用途广、不污染环境、寿命长。
1 基础数据
1．1 投资估算
例如：针对低温伴热，有一根长700米的管道，管道为DN100，伴热温度为30度。
保温厚度为50mm。
最低环境温度为-5度，对比方案如下：
1．11 蒸汽伴热方案
（1）伴热管线按工艺条件，选用一根DN20伴热管，管道全长700m，总重1.59t(DN20,2.27kg/m)，单价为5000元/t。
则材料费用为5000×1.59=7950元；安装费用（包括安装材料和人工工资）为5570元。
（2）供汽管道选用DN100供汽管道，全长700m。
则材料费用为71 525元，安装费用（包括安装材料和人工工资）为28296元。
（3）供汽管道保温选用50mm厚岩棉，外保护层为镀锌铁皮，全长700m。
经估算，材料费用为14175元，安装费用为30295元。
（4）供汽和疏水系统包括蒸汽供汽阀门、伴热管给汽阀、疏水器切断阀、疏水器及疏水器检查阀等，费用（主要是材料费）共计10785元。
1．1．2 电伴热方案
（1）电伴热线，电压220V，价格为250元/m，全长700m，则伴热线材料费用为700×250=195000元；安装费用（主要是人工工资，因在厂区内，条件便利）按每米3元计算，为700×3 =2100元。
（2）供电配电系统包括配电箱、输电线等，材料费用为15000元，安装费用为4500元。
综合以上分析，可得投资估算表如表1。
表1 投资估算表元
费用项目主材料费安装费合计
1 蒸汽伴热方案z
（1）伴热管线7950 5570 13520
（2）供汽管道71525 28296 99821
（3）供汽管道保温14175 30295 44470
（4）供汽和疏水系统10785 10785
合计168596
2 电伴热方案
（1）电伴热线175000 2100 177100
（2）供电、配电系统15000 4500 19500
合计196600
两方案总投资比例电伴热：蒸汽伴热=1.2：1
两方案总投资比例电伴热:蒸汽伴热= 1.2 : 1
说明：两方案投资中均不包括工艺管道保温层的投资。
1．2 操作费用
1．2．1 蒸汽伴热方案
（1）管道伴热耗汽费用工艺管道伴热耗汽量及供汽管道自耗汽量合计为0.3t/h，每吨蒸汽按150元计算，操作日为300天，全年耗汽费用为：0.3×300×24×150=324000元。
（2）伴热管线维护费用包括巡线检查、检修更新及各项维护费用，由于厂区仪表易受腐蚀，维护费用每年大约合计为30 000元。
1．2．2 电伴热方案
（1）耗电量自控电伴热线，每米提供热量为20W，管道全长700m，小时最大供电量为700×20=14000W。
当管道温度达到维持温度上限时，电伴热线的发热量将逐渐减少，输出功率亦随之下降，从而电伴热实际正常耗电量一般为额定功率的60%。
电价按0.8元/度计，每年正常耗电费用为：（14000×7200/1000）×0.8×60%=48385元。
（2）维修费用自控电伴热，几乎不需要修理，按规定每年只需摇表测绝缘即可，这里按15000元/年估算。
经以上分项估算，两方案的操作费用估算见表2。
表二操作费用估算元
费用项目蒸汽伴热方案电伴热方案
伴热能耗324000 48385
检修维护费用30000 15000
合计354000 63385
两方案比例：蒸汽伴热: 电伴热= 5.6 : 1
2 经济收益分析
由表1和表2可知，蒸汽伴热方案投资是电伴热方案投资的5/6，但操作费用则是电伴热方案的5.6倍。
两方案的产出效果相同，都可达到工艺管线保温要求，因此可以通过对两方案费用年值的比较进行分析。
（取蒸汽伴热的经济寿命为10年，电伴热的经济寿命为15年(进口产品设计寿命为20年)贴现率i=10%）
蒸汽伴热方案：
AC=P（A/P，i，10）+ 年操作费用= 168596×0.15275+354 000=379753元
电伴热方案：
AC= P（A/P，i，12）+ 年操作费用= 196600×0.13676+63385=90272元
由费用年值最小判断准则可知，蒸汽伴热方案是电伴热方案的费用的4.2倍，电伴热方案明显优于蒸汽伴热方案。
下面从动态追加投资回收期角度进行方案比较。
电伴热方案一次性投资费用大，但其每年操作费用远远小于蒸汽伴热方案，用电伴热方案的成本节约来回收多花投资，所需期限即为追加投资回收期。
说明：K代表追加投资差额，C代表成本节约，i代表贴现率，T代表动态投资回收期。
-K+C{[(1+i)^T-1]/[I*(1+i)^T]}=0
T=[lg(C)-lg(C-K*i)]/[lg(1+i)]
=0.8年
即考虑时间价值时，1年即可回收两方案投资的差额部分。
进一步计算出追加投资额的投资效果系数：E=1/T=91%。
通过各方面比较，神风公司电伴热方案的经济效益，明显优于传统蒸汽伴热方案的经济效益。
3 社会效益分析
自控电伴热线因本身就能感应管壁（介质）的温度而自调发热量，是一种节能措施。
蒸汽伴热只能利用一部分热能，大量热能由高品位变为低品位，无法利用，白白损耗了。
经测算，电伴热与蒸汽伴热的耗能之比为1：8.5。
另外，由于自控电伴热可以有效地杜绝"跑、冒、滴、漏"现象，因此改善了企业生产环境。
4 小结
由以上技术经济分析可知，电伴热虽然一次性投资较高，但操作费用却有较大降低，经
济效益还是显著的。
而且，从国内多家石油和化工企业自控电伴热运行情况来看，电伴热已达到了预期效果，即在运行过程中，只补偿了物料在输送过程中的热损失，比蒸汽伴热节能效果显著。
自控电伴热技术无论从技术性能、经济效益，还是节能、环保方面，都明显优于蒸汽伴热。
电伴热今后肯定会取代蒸汽伴热方式。