电加热管技术的现状、挑战与进步方向

   在综述电加热管技术现状的基础上，通过分析归纳电加热管的技术挑战与技术发展趋势，给出电加热管在选材、结构、生产工艺、生产装备、产品性能以及工程应用等方面的技术进步方向。并且通过部分实际案例，对电加热管技术进步的方向和实现途径进行深入解读，以期为高质量、高性能、新用途及特殊环境下使用的电加热管的研发与生产，为我国电加热管技术的进步和提升，给出自己的理念和见解。

1.电加热管又称电加热棒

作为一种通用的电加热元件，不仅可以直接用于各种介质、物料的加热，而且可以通过不同的技术手段，形成板状、筒状、集束状等形状的加热装置，甚至可以直接成为其他设备的功能部件；不仅用于各种日用电器、设备，而且也广泛用于石油、化工、冶金、建材、轻工、食品、暖通等行业的相关设备与设施，甚至可以在光伏、核电、实验室、航空、航天、船舶等高科技领域发挥重要作用。电加热管的生产制造，已经成为一个门类齐全、技术比较成熟、技术地位比较重要、经济规模比较大、对社会能源利用效率影响重大的特殊产业门类。

正是由于电加热管应用广泛，工艺地位比较关键，电加热管的可控性、可靠性、安全性和经济性相应受到广泛关注，技术要求也越来越严。此外，其他相关技术的进展又会对电加热管不断提出新的技术要求，尤其是高新技术领域提出的要求又往往具有很强的挑战性。另一方面，相关技术的积累，例如新型的电热材料、绝缘材料、耐热材料、保温材料、防腐材料等，新的传热、成型、密封、保温等理论性研究成果，新的电加热管应用场合、技术条件和技术需求，在近年都有了比较大的进展。

鉴于此，对于电加热管技术的现状进行回顾和总结，对于电加热管面临的技术挑战进行归纳和分析，对于电加热管技术的进步方向进行推测和展望，就显得很有必要。

值得指出的是，近年出现的多孔玻璃态碳电热元件、聚合物石墨电热元件、石英管红外电热元件、陶瓷包埋电热元件等新型电热元件[1]，虽然在外形上与电加热管相似，但是原理、结构、用材和适用条件均有很大不同，因此不在本文的讨论范围之内。

2.电加热管的发展简史

1859年，英国人Simpson提出了将螺旋状金属丝，用陶瓷绝缘材料铠装在金属管内的电加热管发明，但在电热丝材料及性能，电加热管的稳定性、可靠性、传热效果、使用寿命等方面还存在很大问题。1917年，美国人Wiegand针对Simpson电加热管存在的问题，提出了具有金属外壳、矿物粉末填料、合金电热丝和经过减径压实的电加热管发明[2]。

在此基础上，为适应不同的工作条件、改善技术性能、延长使用寿命，各种有关电加热管的新理论、新材料、新工艺不断涌现，品类细化也一直在进行，目前电加热管的产品品种可能数以千计。

3.电加热管的大致分类

按照应用领域，电加热管可以分为日用电加热管、暖通电加热管、交通工具用电加热管、工业电加热管等类型。由于各领域用电加热管的应用条件与技术要求千差万别，又可做更细的划分。例如，日用电加热管就又可细分为电热水壶、电饭锅、电饼铛、电热豆浆机、电热 水器、咖啡机、电蒸箱、电烤箱、电取暖器、空调器等专用电加热管。

按照接触物料或者气氛类型，电加热管可以分为气体电加热器、液体电加热器、固体电加热器等类型。其中，气体又可细分为氧化性气体、还原性气体、腐蚀性气体、易燃易爆气体等，液体又可细分为酸性液体、碱性液体、溶剂、糊状物、油类、熔盐、熔融金属等，固体则可细分为金属、矿物、有机物、食物等。

按照物料加热温度的范围，电加热管可以考虑表1所示的分类方法。按照电热丝的材质，电加热管可以有康铜、镍铁、铁铬铝、镍铬、PTC（Positive Temperature Coefficient正温度系数）合金等电热丝材质类型。按照防护套管的材质，电加热管可以有铜、黄铜、白铜、铝、碳钢、不锈钢、耐热钢、刚玉、碳化硅等 防护套管材质类型。

按照导电棒的材质，电加热管可以有铜、低碳钢、不锈钢、不锈铁等导电棒材质类型。

按照绝缘填料的材质，电加热管可以有石英砂、氧化铝、氧化镁、氮化铝等绝缘填料材质类型。

按照产品形状，电加热管可以分为双头直管、单头直管、L 形弯管、U形弯管、二次U 形弯管、蛇形弯管、二次蛇形弯管、圆形弯管、螺旋形弯管、盘型弯管等外观类型。

按照电气特性，电加热管可以有双端单相（220V）、双端二相（380V，管外组合成Δ连接）、三端三相（380V，管内无零线 Y 连接）、四端三相（380V，管内有零线Y连接）四种电路接线方式，但后三种主要用于大功率、高温加热的场合，比较少见。此外，电加热管还可以通过选用具有PTC效应的电热丝，使之具有一定的辅助温控效果。

按照换热面型式，电加热管可以分为光管、螺旋翅片管、钎焊翅片管等类型，如果再按照翅片材质还可再细分为铝翅片、铜翅片、碳钢翅片、不锈钢翅片等。

按照安装方式，电加热管可以分为螺纹紧固、法兰紧固、卡箍紧固等类型。此外，还可按照电气保护方式、封口方式、接线方式、有无温度检测、表面处理方式等，进行更多的分类。

4.电加热管的总体特点

从机械专业的角度看，电加热管是一种制造精度不高、专用性很强、工作温度范围很宽，制造工艺和选材独特的静态功能部件。从电气专业的角度看，电加热管是一种略呈感性的电阻元件，功率因数很高，工作中特性参数会有很大的变化幅度，启动有冲击性，发生短路、断路、漏电的风险都比较高。从控制专业的角度看，电加热管是一种工艺地位重要、温控惯性很大、个体差异和性能衰减明显、精细控制难度很高的控制对象。

从应用角度看，电加热管的电热转换效率很高，但其经济性在常温范围内通常远低于热泵技术，在高温范围内通常远低于火焰加热技术，主要适用于容量不太大，空间、重量、结构受限，追求便利、可靠、易控、速效的场合。总体来说，电加热管在日用电器、交通工具中属于首选技术，在暖通领域通常不具备经济性优势，在高温加热领域需要针对性论证[6]。

从制造角度看，电加热管是一种结构不算复杂、工艺难度较高、技术进步较慢、难以全自动生产、产品质量控制难度较高的产品。

从经营角度看，电加热管是一种入门简单、市场巨大、竞争激烈、细分复杂、涉及专业知识多，不容易做大做强，但充满挑战魅力的产业。

5.电加热管的技术挑战

电加热管的内部应力机制通过对保护管的减径，电加热管实现对其中绝缘填料的压实。在该过程中，保护管的直径减小、壁厚增大、长度变大，绝缘填料被弹塑性压实，电热丝的螺旋 直径减小、丝径变大，都会形成复杂的内应力，在保护 管与电热丝中还可能形成冷作硬化效应。当减径压力卸载后，电加热管仍会存在各种形式的残余应力。

例如，由于绝缘填料颗粒的弹性作用，迫使保护管的管径和周长会有所回弹，在保护管壁之内会残留很大的周向拉应力。

理论上说，由于材料内部的元素扩散、组织恢复效应天然存在，所以当电加热管从减径辊压机上落下 时，电热丝、保护管、绝缘填料等材料的蠕变松弛过 程就开始进行，使材料的残余应力不断释放，而且这 种应力释放会随温度的升高而明显加快，如图3所示。

对电加热管来说，温度升高时保护管的热应力与残余应力正向叠加，会进一步加速蠕变松弛过程的进行，绝缘填料的内应力部分释放，金属材料的冷作硬化得到缓解，使性能参数趋于稳定；但这也会使保护管的直径变大、对绝缘填料的约束力下降，从而导致绝缘填料的密实度和导热系数降低。如果温度继续升高，使保护管材料的屈服强度低于残余应力与温度应力之和，还会形成屈服塑性变形，保护管的直径变大速度更快，通常应该避免。当电加热管反复投入和退出运行时，其内部的应力、应变的量值和方向不断变化，还会导致材料的热疲劳和脆化，从而危及电加热管的可靠性、安全性和使用寿命。上述讨论，尽管可以概略性地描述电加热管内部的应力机制，但由于应力检测困难、应变发生条件复杂、材料物性参数难以确定，目前仍只能借助实验和产品回溯来大致应对，科学性、反应速度和实施成效都难以保证。

电热丝的破断机制 电热丝的破断，通常是电加热管损毁的主要原因。

电热丝的加工制造过程可能存在组织缺陷、机械缺陷，搬运、开卷、绕制、装粉、压实等操作也可能形成机械缺陷，电加热管工作过程的应力及蠕变作用、交变热应力及热疲劳作用，绝缘填料密封不严可能导致的氧化、烧蚀，也都是导致电热丝的破断的重要原因。

电热丝与绝缘填料膨胀系数的不一致，是电热丝缺陷 形成与积累，长度方向上的形成薄弱点，最终在电流冲击、 热冲击、机械冲击等叠加作用下发生破断，成为电热丝最 常见的损坏方式。图 4 给出了电热丝膨胀系数小于绝缘填 料膨胀系数的条件下，升温时电热丝的应力变化过程，显然不仅存在蠕变松弛而且可能存在屈服变形。此外，电热丝与接线棒之间的焊接点，既可能在操作中存在虚焊、脱焊缺陷，也可能因为高温、大电流下焊点 的晶间腐蚀而形成断路。

电热丝破断的另一个机制可能是，工作电流在缺陷点 形成局部高温，加速缺陷点的氧化、烧蚀作用，使缺陷进一步加深和扩大，如此恶性循环最终导致破断。如果再考虑电热丝通常具有一定的正温度系数，也可以推断电热丝在启动时会形成一定倍数的冲击电流，缺陷点在此时破断的可能性也最大。

虽然电热丝是电加热管的关键部件，但是对于其破断机制的研究，还局限于产品出厂检 测、破断事后分析，尚缺乏足够的技术理论和设计方法。

保护管表面蚀损机制保护管的表面蚀损，是电加热管损毁失效的另一主要原因。

电加热管的保护管表面直接接触工作气氛，甚至会直接接触被加热物料，可能会因为化 学腐蚀、金属熔蚀、物料磨蚀等原因，使电加热管的密封破坏、有害物质侵入、电气断路、电气短路而最终损坏。例如，用于电镀液槽加热保温的电加热管，会在酸性物质的离子化作用下发生溶解腐蚀；用于液态金属加热保温的电加热管表面，会因为液态金属的合金化作用形成熔解腐蚀；用于流动粒子炉的电加热管表面，则会在流动粒子的撞击、摩擦作用下发生磨蚀。

尽管上述蚀损机制可以提供一个理论框架，相关领域也会有新的研究成果也可以提供借 鉴。但是电加热管的使用条件、交互作用和蚀损机制十分复杂，必须进行深入的研究。例如，在含有氢气的气氛条件下，可能会因为氢气渗入电加热管的金属表面，而形成脆裂性的组织弱化；沿海地区用于加热空气的电加热管，可能会因为空气中盐分黏附在外表面上而发生腐蚀；空调辅助加热用电加热管，可能因为夏季吹出的冷风含水，凝结在外表面而发生腐蚀；都有大量尚待解决的理论和技术问题。

此外，如何针对性地采用新材料，如何对保护管表面进行涂层、镀层、强化处理，以解决保护管表面的蚀损问题，也都有大量的研究工作需要去做。

电加热管性能衰减机制根据经验可知，随着使用时间的延长，电加热管的电气性能、热性能、机械强度都会不断衰减，发展到一定程度便会影响到电加热管的可靠性和安全性，尽管仍能通电发热。已有的研究表明，影响电加热管性能衰减过程的因素很多，但大致可以概括为化学因素、材料因素、机械因素和电气因素。对合格电加热管部分性能衰减机制的分如表2所示。

表2. 合格电加热管性能衰减机制分析表

对于电加热管这些衰减机制的认识，虽然可以为电加热管的可靠性和寿命管理提供知识框架，但是因为各种因素交互作用、使用条件千差万别，相对于航空、航天、船舶、核动力 等领域的苛刻要求，仍显得粗糙和不足，必须进行更深入的研究。

6.电加热管制造技术的进步方向

电加热管的材料优化电热丝的技术进步可能在于，添加微量稀土元素、电渣重熔、预氧化处理等新技术可能

得到越来越多的应用，以提升电热丝表面的抗氧化能力，减缓电热丝的性能衰减效应，提高 电加热管的可靠性和使用寿命；新型的、含有特殊合金元素的电热丝材料可能会用于电加热 管，以提升电热丝的表面功率密度及耐高温能力；粉末冶金烧结成坯的高温铁铬铝合金电热 丝，可能用于航空、航天、舰船、核工业等要求高可靠性的电加热管[3]，以提升电热丝在高 温下的抗蠕变、抗脆化能力；具有一定正温度系数的电热丝材料，将会用于要求较高安全性 的电加热管，以改善电加热管的温控特性，提高电加热管的安全性。

绝缘填料的技术进步可能在于，在氧化铝、氧化镁、氧化硅主料基础上，通过化学及电熔提纯改善其基础物性参数，通过颗粒级配提高松装和压实密度，通过添加助剂改善流动性、提高松装密度、降低透气率、改善弯曲加工效果。此外，引入新材料，例如氮化铝、氮化硅、氮化硼等，也有望形成具有特殊性质、适用特殊场合的电加热管绝缘填料。

保护管的技术进步则可能更多受电加热管的市场需求与应用条件影响。例如，太阳能光伏电池生产企业，需要对含有氟化物的液体加热，这就需要开发耐氟保护管；轻金属的氢气保护钎焊、热处理生产企业，需要能够在氢气保护气氛下使用的电加热管，这就需要开发不会发生氢脆的保护管；针对铝、镁、锌、锡等金属的熔化，需要开发能够耐受相应高温和液态金属侵蚀的保护管，可以采用不锈钢[4]、耐热钢等金属材料[5]，也可以采用刚玉、石英、碳化硅、氮化硅、氮化硼等无机非金属材料。

导电棒在电加热管中相对处于从属的地位，但其作用也不能忽视，今后的发展方向可能 在于降低电阻率和提高耐热、耐氧化能力等方面，例如热镀锌超低碳钢、热镀铜超低碳钢、特殊铜合金等。

除此之外，由于电加热管属于一种温度跨度很大的元器件，电热丝、绝缘填料、保护管、导电棒四大部件之间的膨胀协调问题非常重大，也是研发长寿命、高可靠性、高温电加热管的基础。具体来说，既可以通过材料选择实现膨胀系数接近，也可以通过少数材料改性实现膨胀系数接近，甚至可以多种方法并用实现膨胀系数的梯度搭配。

电加热管的结构优化电加热管的结构优化主要涉及外形设计、尺寸体系、精度控制，以及与工作条件、制造工艺、使用功能之间的协调问题。在外形设计方面，电加热管虽经历了近一个多世纪的不断进步，但仍有大量新的改进出现。例如，文献[6]为减少电加热管在弯管操作时的内外变形差异，对该部位进行预先压制， 形成局部扁圆形断面；文献[7]为解决空调辅助电加热器与导流板的配合关系，以及尽量利用 机内空间和扩大散热面积，提出了接近直角的反复弯折器型；文献[8]针对小型热水锅炉使用 的电加热管的装配与防泄漏问题，提出了一种螺头电加热管，将二次弯折U 形电加热管的两端，通过铆接工艺嵌入专用的螺纹接头，使之更便于安装和密封。在尺寸体系方面，则更多属于电加热管生产企业的技术诀窍，实际上每个企业都有自己 的诀窍，但是很少有人注意到这方面问题的重要性，也更少有人对这方面的问题进行深入研 究，这方面应该是一个有待理论化、系统化研究的领域。

在精度控制方面，由于电加热管在机械设计方面的非标特征比较明显，实际上存在不少问题，例如电热丝直径、圆度、缺陷、螺距分布的检测把控，保护管直径、壁厚的检测把控，绝缘填料颗粒度分布、外加剂含量的检测把控等方面，都需要进一步加强，才能为电加热管特性的准确控制、高级电加热管的生产制造打下基础。这方面也有大量的工作可做，当然也应该是一个技术进步的方向。

在工作条件、制造工艺与实用功能之间的协调问题，涉及技术因素则更为庞杂，进行总 结概括的难度较大，只能结合具体电加热管的设计制造案例予以说明。

电加热管的工艺优化制造工艺是所有生产企业的生命线，电加热管领域也不例外。对电加热管来说，制造工艺主要涉及绕丝、装粉、压实、老化、检验等环节。但是，制造工艺也是一个经验性、私密 性很强的技术内容，大多作为制造企业的核心机密予以对待，所以这里只能针对一些面上的、共性的问题进行粗浅讨论。

在绕丝工艺环节，需要达到的工艺目标通常包括丝径、圆度和螺径保证，以及缺陷控制、接线棒焊接质量控制、效率提升等内容。这些内容之间又存在复杂的关联性，既可能由一个新技术带来一系列的效果，也可能需要多个技术才能带来一个效果。例如，绕丝过程的润滑改进，通常会对圆度、螺径、缺陷和生产效率同时带来改进效果；但对螺径的保证，则可能需要原料性质控制、散热、润滑等措施一起施行，才能产生效果。由于这里涉及多因素、多水平的工艺设计问题，将正交实验设计方法引入其中，可能是今后的一个发展方向。

在装粉工艺环节，通常需要借助重力和振动作用达到较高的初装密实度，从而为减径压实工艺环节提供一个较好的工艺条件。此外，对于长度较大、质量要求较高的电加热管，还应该在装粉工艺环节对绝缘填料进行预先含湿量控制，以降低老化排潮工艺环节的难度。装粉工艺环节也涉及多因素、多水平的工艺设计问题，可能也需要将正交实验设计方法引入，从而成为一个新的技术进步方向。

在压实工艺环节，对大多数采用金属作保护管的电加热管，主要采用多级辊压减径工艺来实现，压缩辊对的压下量综合优化，可能是这方面的关键技术问题，对此可以引入正交实验设计或其他数理统计方法进行优化。而对于少数采用无机非金属保护管的电加热管，则只能采用振捣压实工艺，这里所涉及的技术问题更多，例如无机非金属保护管的抗张能力很低，对膨胀系数进行协调的必要性就更大。

在老化排潮工艺环节，既涉及加热方式、加热温度、保温时间问题，也涉及产品长度、外径、绝缘填料类型及密实度问题，应该也都可以借助正交实验设计方法，对工艺进行理论化和优化。此外，在装粉工艺环节进行绝缘填料预处理，控制加粉车间内的空气含湿量，也应该是这方面今后的发展方向。

在检验工艺环节虽然不能直接保证产品质量，但是可以通过产品质量的追溯、反馈，对产品质量控制发挥不可或缺的作用。目前，大多数电加热管生产企业，都有比较完善的电气特性指标、安全特性指标和热学特性指标的检测实验手段。但这些检测大都属于外特性黑箱实验，还需要引入其他技术手段，以便对各种问题的形成原因进行直观检视。近来，工业X射线无损探测设备，激光、水刀、线切割等破坏性抽样探测设备，都已经比较成熟，在电加热管生产企业引入这些先进技术手段，有望推动电加热管技术的加速进步。

电加热管的装备优化 装备是制造业的基本条件，电加热管的生产装备主要包括绕丝机、装粉系统、减径辊压机、弯管机等，也已经形成了完整的供应、服务体系。这方面的技术进步，可能主要集中在 设备的功能精细化、控制自动化、衔接系统化和工装合理化。

在新设备方面，可以通过引入真空加热炉，解决超长、特殊电加热管的排潮老化问题；可以通过引入多机架全自动调整控制、减径压实连续生产线，进一步提高生产效率、产品质量和产品规格适应柔性；可以通过引入绝缘填料预干燥、密闭输送生产线，降低后期老化排潮的难度，提高产品质量的稳定性；可以通过引入连续的X 射线无损探测生产线，激光、水刀、线切割等离线采样剖切设备，严格保证产品质量，为电加热管的生产制造技术进步提供检测监控技术手段。

对于电加热管绝缘填料湿度控制问题，在综合论证的基础上，如果有必要，还可以引入超低湿度人工环境厂房，使电加热管在湿度极低的环境下完成制造过程，从更高的技术装备水平上保证电加热管的质量。

金属保护管的防腐 电加热管的保护管大多采用金属材料制作，但金属材料几乎都有耐腐蚀方面的弱点。根据腐蚀的性质，不同金属在不同介质中的腐蚀方式，采取针对性的防护技术措施。例如采用铝作保护管或者翅片的电加热管，在存在电解质和水分的情况下，很容易发生点状的电化学腐蚀；与海水接触的电加热器如果必须选用铝合金作保护管，那就只能选择耐海水的铝镁锰合金。

铜及铜合金在空气中的抗氧化性较好，但对含硫无机物非常敏感；接触海水的电加热管 如果必须选择铜合金，那就应该考虑海军黄铜、镍白铜等。

不锈钢在空气中的抗氧化能力通常很好，也能耐受各种氧化性的无机酸，但对碱、非氧化性稀酸、高浓度无机酸的耐受能力很低，特别是在含有氯离子的介质中，很容易形成点状的电化学腐蚀。

由此可见，几乎没有一种金属材料可以有广谱的抗腐蚀性，这就促使人们研究各种涂、镀技术，在利用金属优点的同时，实现金属表面的腐蚀防护。例如，在空气中运行的铝合金电加热管采用斥水膜可以收到较好的效果；在腐蚀性液体中运行的电加热管，涂敷氟树脂的 防腐效果也不错；在高温液态金属中运行的不锈钢、耐热钢等高温电加热管，表面沉积二硼 化锆可以收到很好的防止金属熔蚀效果[7]。

这方面的资料很多，但因为实验条件的差异和不确定性，会存在较大的出入，通常必须 进行具体的实验验证，方能用于批量生产。

7.电加热管应用技术的进步方向

尽量贴近需求从数量上说，电加热管的应用可能主要集中在民用领域，从蒸、煮、烤、炒、打豆浆、熬粥、烧开水等电热炊具，到洗衣机、干衣器、烘干箱、保温箱、电暖器、电热风器、电热 水器等家用电器，几乎都离不开或者应该首选电加热管。但是，具体使用的电加热管在外形、尺寸、性能上千差万别，几乎找不到一种电器中的电加热管可以用于另一种电器的情形。在工业、交通等领域，电加热管的专用性就更强，也可以得到类似的结论。这说明电加热管技术与需求的贴近程度很高，或者说电加热管正是在不断贴近需求的过程中得到发展。如此说，尽量贴近需求应该是电加热管应用技术的一个进步方向。

器型拓展创新电加热管的另一个特点在于，非常易于通过改型和再制，形成新的器型。既可以通过弯折形成U 形、蛇形、螺旋形等形状，也可以通过铸造、插装、包埋、装配等方法制成板状、盘状、笼状、集束状的电加热器，甚至可以通过安装、接线、保护等方式的改变形成新的电加热管器型，以适应各种各样的工艺要求。由此可见，电加热管的器型开拓创新，可能是其应用技术的另一个进步方向。

适应特殊场合电加热管应用技术进步的另一个特点在于，特殊应用场合提出的技术需求，是推动电加热管技术实现阶跃性发展的主要方式。例如，为了解决高凝固点原油开采过程中的井筒防冻问题，油井深地电加热管得到开发；为了解决四氯氢硅的回收利用问题，防爆型气体高温电加热器用电加热管得到开发；为了解决压水堆核电站稳压器电加热问题，高可靠性电加热管得到开发。由此可见，适应特殊场合、解决挑战性技术问题，也应该是电加热管应用技术的一个进步方向。

实现高温加热电加热管作为一种包埋型电加热元件，虽然会极大改善其对工作条件的适应能力，但包埋材料和保护管也会增大传热热阻，要达到相同的功率密度必然要求电热丝具有更高的温度。反过来，当电热丝材料选定之后，许用工作温度就是一个定值，则物料的被加热温度必然因为热阻得存在而受到限制。再加上，高温工作会加剧保护管蠕变松弛，从而导致包埋材料疏松和热阻增大，因此难以实现高温加热。

也正是因为这一点，追求更高的加热温度，就成为电加热管应用技术进步的一个重要标志。例如，因为对洗浴热水的需求，加热温度约50℃的电加热管得到应用；因为烧开水的需求，加热温度约100℃的电加热管得以问世；因为炸制食品的需求，用于热油槽的加热温度约250℃的电加热管被研发出来；因为盐浴炉的需求，加热温度可达 400~550℃的电加热管被研发出来；因为高温气体加热器的需求，加热温度可达300~600℃的电加热管已经大量投入使用；因为熔铝炉的需求，加热温度可达600~700℃的电加热管也已经少量投入使用。而且还会随着相关材料的性能改善、相关需求的提出，电加热管的加热温度很可能还会进一步提升，这也应该是电加热管应用技术的一个进步方向。

质量管控精细化毋庸讳言，电加热管属于数量大、应用广的元器件，许多应用场合对其外形、尺寸和性能要求并不高，这也造就了这个行业相对粗放的底蕴。然而，随着技术的进步，对于电加热管质量的要求越来越高，工作条件也越来越严苛，可靠性、安全性等性能参数出错的代价越来越大。这就要求电加热管产品的质量管控精细化，将前期的技术、管理、经验、经济的积累转化为产品质量控制水平的提升，也应该是电加热管应用技术的一个进步方向。

产品深度前置化 通过对国内各大电加热管生产企业网站的观查，不难发现那些规模大、效益好的企业，总是将电加热管作为电加热器的一个关键部件看待，将设计经营的产品深度尽量前置化，电加热器、电加热管的生产综合协调，而不是仅仅注重电加热管的生产。从道理上说，电加热器才是用户的功能载体，电加热管只是这个功能载体里面的元器件。因此，着眼于用户眼里的功能载体，而不是单一地专注电加热管的生产，更容易把控电加热管的性能与外形设计，更容易占据有利的市场地位，也更容易获得较好的经济效益。由此可见，产品深度前置化，也应该是电加热管应用技术的一个进步方向。

技术经验理论化前面已经提到，电加热管技术的经验性比较强，虽然也为行业的起步和发展提供了条件，但也为电加热管生产技术的提升形成了羁绊。这就迫切需要通过深入的研究，总结前面的经验、教训和其他历史资料，逐步解决各种技术挑战，逐步形成具有指导意义的电加热管相关理论体系，为电加热管技术的进步提供理论框架，更应该是电加热管应用技术的一个进步方向，也更具有战略性和难度。

8.新特电加热管研发案例

油井深地电加热器为了防止富含石蜡和沥青质的高凝固点原油在井管内凝结，保证采油顺利进行，需要在井下对油流进行可靠加热。文献[9]提出了一种能够在井下工作的电加热管（原文称其为电加热棒），其中电加热管的上端电极通过防水电极、绝缘电缆与地面电源相连，地面电源的另一端接地；电加热管的下端电极通过铜质的裸露接地电极、井内泥浆与大地相连，从而形成电气回路，在数千米的地下实现高强度、可靠的加热。

铠装加热电缆为了实现管道伴热、工件焊接前预热、工件局部热处理、工件涂层烘烤等特殊加热工艺，文献[10]提出了一种铠装加热电缆技术方案。这种电缆主要由位于中心的直线形电热丝、位于外层的金属铠装保护管、位于电热丝与保护管之间的压实绝缘填料，以及两端的导电引出线组成。这种加热电缆的铠装保护管可以是铝或者不锈钢，绝缘填料可以是氧化铝、氧化镁或氧化硅粉末，电热丝则主要是铁铬铝合金，显然就是一种简单、特殊的电加热管。但与一般电加热管相比，这种电缆的外径要小得多，长度则要大得多，因而非常便于弯折、缠绕、盘绕、编织后使用。

核电站稳压器用电加热管为保证压水堆中一次冷却系统的压力稳定，从而保证核电站的安全运行，就必须有稳压器发挥作用。采用电力对部分一次冷却水进行快速加热，形成高压蒸汽，从而保证一次冷却系统压力稳定的稳压器，是目前该领域的主流工艺。这种稳压器所用的电加热管，通常从压力容器的底部装入，要求能够在500℃、20MPa 下稳定工作，并且具有足够高的可靠性和安全性。

纯净硅冷氢化加热器用电加热管在氯化法生产纯净硅的工艺流程中，副产的四氯氢硅需要转换成二氯氢硅才能重新得到利用，以实现减少污染排放、充分利用资源的工艺目标。其中最经济的工艺是将四氯氢硅加 热至 550℃，在硅和催化剂的存在下转化为二氯氢硅。这就推动了以电加热管为基础原件的防爆型高温气体电加热器的发展，并且在化工、冶金、动力等其他领域也得到不少应用。这里所用到的电加热管，表面温度可高达700~750℃，还要耐受氯气、氢气、压力和高温的共同作用，而且在任何情况下都不允许出现放电、打火和局部过热现象，应该是电加热管技术性能目前达到的一个顶峰。

压机加热板用电加热管在胶合板、细木板、纤维板、木地板、橡胶板、塑料板等板材生产，以及橡胶制品硫化、塑料制品压制等生产领域，需要对物料同时进行加压和加热，这就需要用到压机加热板。这种加热板可以通过在钢板侧壁上钻出深孔，将尺寸相符的电加热管插入其中，来实现带压加热工艺。这里使用的电加热管，要求有较小的尺寸和形位公差，以便与电热板上的钻孔紧密配合，使传热效率和板面温度均匀性能够得到保证，同时又能够耐受压制过程形成的交变应力，并且具有较大的调温范围和较长的使用寿命。

汽轮机轴封蒸汽加热器用电加热管轴封蒸汽温度直接关乎汽轮机的寿命折损，以及火力发电站启动和变负荷运行的响应速度。为了确保汽轮机的长寿运行，同时又能快速响应，就必须配置轴封蒸汽加热器，以确保轴封蒸汽的温度。这种加热器所用的电加热管，要求能够在表面温度300℃下稳定工作，并且能够耐受蒸汽的高温、高压和化学侵蚀作用，具有足够高的可靠性。

轨道客车加热器用电加热管针对铁路、城铁和地铁等轨道客车车厢冬季空调供暖不足，需要辅助加热的问题，文献[11]提出一种对轨道客车车厢内空气进行加热供暖的电加热器。这种电加热器采用碳钢环绕翅片电加热管，以获得较高的坚固度和综合传热系数，同时具有足够好的抗震稳定性，确保在长期的行驶颠簸和工作温度作用下不会出现明显的性能衰减，能够适应车辆的电气环境，并且通过配置温控器、熔断器，确保具有较高的可靠性和安全性。

空调冷媒加热器用电加热管空调室外机冬季除霜时，单靠压缩机的反向供热，因为功率有限而难以快速结束除霜操作，从而降低供暖的舒适性。针对该问题，文献[12]提出一种空调冷媒电加热器，仅在除霜操作时加电发热，对制冷工质进行加热，可有效缩短除霜过程。这种加热器包括一个圆柱状、前端封闭、侧壁上开有冷媒入口、后端设置冷媒出口的壳体；壳体中心装设电加热管，电加热管的电极由壳体前端引出，外壁上设置有螺旋状的散热翅片，与壳体的内径间隙配合，在电加热管与壳体之间形成螺旋状的冷媒通道。这里对电加热管的技术要求包括，结构紧凑、加热效率高、密封性好、运行可靠。

9.结语

电加热管属于一种历史悠久、用途广泛、门类众多、市场很大的功能元器件，在日用电器、工业设备及高科技领域都具有难以替代的地位，而且技术趋于成熟、特点鲜明；

电加热管面临的技术挑战主要包括，内部传热机制、内部应力机制、电热丝破断机制、保护管表面蚀损机制以及性能衰减机制；

电加热管制造技术的进步方向主要包括，材料、结构、工艺、装备的优化，也包括保护管的腐蚀防护等；

电加热管应用技术的进步方向主要包括，尽量贴近需求、器型拓展创新、适应特殊场合、实现高温加热，以及质量管控精细化、产品深度前置化、技术经验理论化等；

新特电加热管研发的突出特点在于，针对性、创新性、突破性和装置化。

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