关键词：电磁感应 加热器 高频高压 伴热 反应釜 应用设计
一、电磁感应加热原理
电磁加热器是一种利用电磁感应原理将电能转化成热能的装置，电磁加热控制器将220V，50/60HZ的交流电整流变成直流电，再将直流电转成频率为0-40KHZ的高频高压电，或者是380v 50/60HZ的三相交流电转换成直流电再将直流电转换成10~30KHZ的高频低压大电流电，高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当用含铁质容器放置上面时，容器表面即具切割交变磁力线而在容器底部金属部分产生交变的电流(即涡流)，涡流使容器底部的铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。从而起到加热物品的效果。即是通过把电能转化为磁能，使被加热钢体表面产生感应涡流一种加热方式。这种方式从根本上解决了电热片、电热圈等电阻式的，通过热传导方式加热产生的热效率低下的问题。热转化率特别高，最高可达到95%，是一种直接加热的方式。
二、与传统电加热的比较
传统电阻加热缺点：1、电能的浪费，电阻加热使用的是传导性的加热方式，因此有很大一部分电量会在电热圈那里散发到空气中从而白白浪费掉电能，使得热效率低下，并且造成了资源的浪费。2、电阻式加温的热传导使得工作环境会变的闷热，大量温湿气体排放，对环境和大气造成污染。3、热效率低从而使得能量消耗大并且热的很慢，开机升温时间长，既浪费电能，使用又不方便。4、电热圈的电源连接端外露，安全性低，易产生漏电、短路、触电事故。5、使用寿命短、维修量大: 电热管由于采用电阻丝发热，其加热温度高达300度左右，热滞后较大，不易精确控温，电阻丝容易因高温老化而烧断。常用电热圈使用寿命约半年，因此，维修的工作量相对较大。
高频加热产品的优势：1、寿命长:电磁加热因线圈本身基本不会产生热量，寿命长，无需检修，无维护更换成本;加热部分采用环形电缆结构，电缆本身不会产生热量，并可承受500℃以上高温，使用寿命高达10年。不需维护，后期基本无维护费用。2、安全可靠: 容器本体在高频电磁作用下发热，热量利用充分，基本无散失。热量聚集于加热体内部，电磁线圈表面温度略高于室温，可以安全触摸，无需高温防护，安全可靠。3、高效节能: 采用内热加热方式，加热体内部分子直接感应磁能而生热，热启动非常快，平均预热时间比电阻圈加热方式缩短60%以上，同时热效率高达90%以上，在同等条件下，比电阻圈加热节电30-70%，大大提高了生产效率。4、准确控温: 线圈本身不发热，热阻滞小、热惯性低，温度控制实时准确，明显改善产品质量，生产效率高。5、绝缘性好: 电磁线圈为定制专用耐高温高压特种电缆线绕制，绝缘性能好，无需与罐体外壁直接接触，绝无漏电，短路故障，安全无忧。
三、电磁感应加热技术在石油化工行业的应用：
气体加热：在石油化工领域，存在大量需要对压缩空气、氮气、氢气需要加热的地方，传统的加热方式主要有蒸汽加热和电加热两种。蒸汽加热热效很低，一般为30%左右，且存在跑冒滴漏和余热回收等问题。电热器加热热效一般为50%~70%左右，且由于加热器表面温度较高，由于气体中含有杂质，容易在加热器表面结碳，进一步降低热效，且电热丝由于高温易断，需定期进行更换及维护。因此传统的加热方式，存在使用维护成本高，热效低等问题。使用电磁感应加热技术能够很好地解决上述问题，做到绿色环保，高效节能。
蒸汽锅炉：传统锅炉一般采用燃气、燃煤锅炉。燃气、燃煤会在空气中产生大量的烟尘和有害的气体，对环境造成严重污染，燃煤加热除了排放的烟气中会带走一部分热量外，由于锅炉设备问题等造成煤炭的不充分燃烧，带来的浪费也很大。传统的锅炉采用电磁加热锅炉改造后有以下特点:a、没有燃烧、没有废弃物、不排放有害气体，具有无污染、无噪音的特点，这是燃煤、燃油、燃气锅炉无法比拟的。b、依靠电磁加热原理，既能削峰填谷，又可以充分利用廉价的低谷电价，以达到经济运行的目的，具有很好的经济效益及社会效益。c、自动化程度高，具有安装、使用、操作、维护简便、运行可靠、全自动运行等技术优势。d、体积小，占地面积少。
管道加热器或管道伴热：传统加热方式是由电阻丝绕制，圈的内外双面发热，其内面(紧贴管道部分)的热传导到管道上，而外面的热量大部分散失到空气中，造成电能的直接损失、浪费。使用寿命短、维修量大: 电热管由于采用电阻丝发热，其加热温度高达300度左右，热滞后较大，不易精确控温，电阻丝容易因高温老化而烧断。常用电热圈使用寿命约半年，因此，维修的工作量相对较大。
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采用电磁感应高频加热的优势：1、寿命长:电磁加热因线圈本身基本不会产生热量，寿命长，无需检修，无维护更换成本;加热部分采用环形电缆结构，电缆本身不会产生热量，并可承受500℃以上高温，使用寿命高达10年。不需维护，后期基本无维护费用。2、高效节能: 采用内热加热方式，加热体内部分子直接感应磁能而生热，热启动非常快，平均预热时间比电阻圈加热方式缩短60%以上，同时热效率高达90%以上，在同等条件下，比电阻圈加热节电30-70%，大大提高了生产效率。3、准确控温: 线圈本身不发热，热阻滞小、热惯性低，管道内外壁温度一致，温度控制实时准确，明显改善产品质量，生产效率高。4、绝缘性好: 电磁线圈为定制专用耐高温高压特种电缆线绕制，绝缘性能好，无需与罐体外壁直接接触，绝无漏电，短路故障，安全无忧。
反应釜：采用电磁感应中高频电流加热技术，功率可调，热效率高，加热速断快，可靠性高使用寿命长，抗干扰性强，使用维护简单、方便。同时具有多重保护功能（断电、缺相、过流、过压、超温、反压时间等）。可进行远程设定和信号的再传输。热效率高达98%以上，同等条件下，比电阻式加热方式节电高达75%以上，预热时间缩短6min；多闭环智能控制系统和完善的保护系统，保证设备长期安全可靠的运行；加热部分采用电缆结构，加热电缆本身不会产生热量，使用寿命长久。避免了电阻式加热需要经常维护和定期更换加热圈，后期基本无维护费用；加热部分热量耗散少，表面可用手触摸，改善了生产现场的环境条件；电阻式加热方式的功率密度低，向外围空间的散热快，一般难以加热到400℃以上。而电磁感应加热方式，功率密度高，可以加热到600℃以上温。
四、电磁感应加热器的设计及注意事项：
1、电磁感应线圈：
材质的选用：电磁感应加热器线圈一般采用耐高温导线，绝缘材质主要有硅胶和云母两种。普通的硅胶耐高温度在200~300摄氏度之间。短时间内如两个小时内最高温度可达到350摄氏度左右的，但云母耐高温在500-600摄氏度之间。所以从安全角度考虑一般选用云母耐高温电缆。
线径的选择：根据加热器所需设备功率及电压等级，同时兼顾线圈的绕制方式。
绕制方式：线圈的圈数随功率大小控制器不同而不同，不同大小的控制器要与线圈的电感匹配，同时要与加热容器允许的功率密度要求项配合。而加热器允许功率密度又与所需加热的流体的特性有关。
2、控制器与线圈电感匹配：根据控制器额定输出电压、电流计算额定匹配阻抗，再根据额定阻抗计算线圈额定电感。Pe=UnIn;Ze=Un/Ie Ze=2ΠfL;L=Z/2Πf。L与被加热物体（容器）大小、形状、线圈与容器的间距及线圈本身绕制的匝数有关。
3、加热器功率计算方法：
功率计算公式：
⑴、初始加热所需要的功率：
KW = ( C1M1△T + C2M2△T )÷ 864/h + P/2
式中：C1C2分别为容器和介质的比热（Kcal/Kg℃）
M1M2分别为容器和介质的质量（Kg）
△T为所需温度和初始温度之差（℃）
h为初始温度加热到设定温度所需要的时间（h）
P最终温度下容器的热散量（Kw）
⑵、维持介质温度所需要的功率
KW=C2M3△T/864+P
式中：M3每小时所增加的介质kg/h
参考文献
[1]GB50058-2014 爆炸危险环境电力装置设计规范[S].
[2]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册（第3版）[M].北京：
机械工业出版社，2011.
[3]中国航空工业规划设计院.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力
出版社，2005.
论文作者:高辞中
论文发表刊物:《中国电业》2019年 23期
论文发表时间:2020/4/24
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