油田塑料復(fù)合管制造過程中存在的問題與節(jié)能措施

劉志國（大慶油田昆侖集團(tuán)有限公司管業(yè)分公司）

塑料復(fù)合管制造是以聚乙烯（PE）、鋼絲、功能母料等為原料，通過智能編網(wǎng)、擠出塑化、分流注料、定型冷卻等環(huán)節(jié)制造而成，塑料復(fù)合管大量應(yīng)用于油氣集輸、注水管線等。在非金屬復(fù)合管材生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能降耗的措施一般有兩種方式，一是通過加強(qiáng)用水、用電管理，不斷提高水、壓縮空氣、電力的循環(huán)利用效率，減少成本支出；二是在生產(chǎn)的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)采取節(jié)能降耗技術(shù)和能源循環(huán)利用技術(shù)。大慶油田昆侖集團(tuán)有限公司管業(yè)分公司現(xiàn)有鋼骨架塑料復(fù)合管生產(chǎn)線9條、大口徑雙壁波紋管生產(chǎn)線2條、注塑機(jī)31臺(tái)，年平均生產(chǎn)各類規(guī)格產(chǎn)品5000 t左右，年耗電415×104kWh，企業(yè)存在較大的節(jié)能空間。

1 塑料復(fù)合管簡介

塑料復(fù)合管有21世紀(jì)“綠色管道”的美譽(yù)，被列入國家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃、國家重點(diǎn)新產(chǎn)品。該產(chǎn)品以其雙面防腐、耐壓、耐溫、流阻小、零泄漏、使用壽命長（達(dá)50年）、施工方便快捷、施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于油田產(chǎn)能建設(shè)和改造工程中。大慶油田昆侖集團(tuán)有限公司管業(yè)分公司自2001年投產(chǎn)以來，已累計(jì)為油田的輸油、輸水、輸聚合物和輸送天然氣等工程提供各種規(guī)格的鋼骨架塑料復(fù)合管超過1000 km。HDPE大口徑雙壁波紋管耐腐蝕性強(qiáng)，介質(zhì)流動(dòng)性好，施工方便、連接可靠，代表了當(dāng)今排水管材的發(fā)展方向，產(chǎn)品主要適用于油田地面工程的排水、排污系統(tǒng)及油田道路的雨水排放系統(tǒng)。

2 能源利用管理

塑料復(fù)合管生產(chǎn)過程中，涉及到自來水、循環(huán)冷卻水和軟化水的使用。塑料復(fù)合管制造企業(yè)節(jié)約用水的方式主要有：節(jié)約生活用水；在生產(chǎn)工藝中節(jié)約水資源。生活用水主要涉及員工食堂、辦公室飲用水，可以采取的節(jié)水措施是安裝感應(yīng)閥、節(jié)水閥；生產(chǎn)用水主要是通過循環(huán)利用水來減少水資源的使用，通過供水管線中的冷卻水經(jīng)過冷卻腔進(jìn)行熱交換后，經(jīng)過回水管路回到地下水池中，再經(jīng)過沉淀和冷卻塔降溫，往復(fù)循環(huán)使用。對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)采取變頻控制，既可節(jié)水又可節(jié)電。為了最大程度地減少水在循環(huán)過程中的消耗，可以采用封閉的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。

塑料復(fù)合管生產(chǎn)過程中，最基本的動(dòng)力來源就是電能，電能應(yīng)用在企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，在能耗成本中占有較大比例，是冷卻水、壓縮空氣、物料塑化擠出等的動(dòng)力來源。塑料復(fù)合管生產(chǎn)過程中，合理用電、節(jié)約用電是節(jié)能降耗的基礎(chǔ)，節(jié)約電能的措施一般有：增加電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，提高機(jī)械設(shè)備電壓等級(jí)，變頻控制循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，及時(shí)淘汰更新能耗高的用電設(shè)備，引進(jìn)新型節(jié)電技術(shù)和節(jié)電設(shè)備，減少用電量。

3 問題及節(jié)能對(duì)策

3.1 定型冷卻工藝

在定型冷卻工藝環(huán)節(jié)中，要靠冷卻循環(huán)水來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定型[1]，公司3個(gè)生產(chǎn)車間的所有需要冷卻的部位均由1個(gè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)來保障，系統(tǒng)中配備3臺(tái)90 kW水泵，只要有1條或1臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，就需啟動(dòng)1臺(tái)水泵，系統(tǒng)壓力要根據(jù)生產(chǎn)線用水量靠回水閘門控制，從回水閘門流回的水就是水泵無用功的結(jié)果。由于企業(yè)是以銷定產(chǎn)，所有生產(chǎn)線同時(shí)開啟的機(jī)會(huì)不多，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)水泵無用功率大，造成能源浪費(fèi)。

針對(duì)這一問題，提出不用回水閥門控制來實(shí)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)恒壓的方案。首先對(duì)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造，把3臺(tái)冷卻水泵出水口裝上壓力傳感器，水泵電源配上變頻器，設(shè)定適當(dāng)壓力值，通過壓力傳感信號(hào)控制變頻器給泵電動(dòng)機(jī)輸送額定電流，從而達(dá)到控制水泵轉(zhuǎn)速的目的。經(jīng)過不同壓力狀態(tài)下的運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，系統(tǒng)供水壓力恒定，完全取消了回水閥門的作用。經(jīng)跟蹤統(tǒng)計(jì)，泵的輸入頻率大多在37 Hz左右，電流明顯減小，1臺(tái)水泵平均每小時(shí)節(jié)電28 kWh，僅此項(xiàng)改造1年可節(jié)電168 000 kWh（年開機(jī)250天計(jì)算），節(jié)電達(dá)全年用電量的4%左右。

3.2 擠出塑化工藝

在擠出塑化工藝環(huán)節(jié)，物料要通過擠出機(jī)料筒加熱、螺桿旋轉(zhuǎn)剪切來完成，擠出機(jī)料筒一般有5組8 kW鑄鋁或不銹鋼材質(zhì)外加熱器，靠溫控器控制電源開關(guān)，當(dāng)料筒達(dá)到設(shè)定溫度后，加熱電源斷開，但因熱慣性原因料筒溫度會(huì)繼續(xù)上升，這時(shí)系統(tǒng)就啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)（5組0.35 kW）來保證料筒的恒溫性，吹冷后又重復(fù)加熱、冷卻一系列動(dòng)作。從整個(gè)過程看，冷卻過程就是做無用功。

去掉冷卻過程就要解決熱慣性問題，想辦法讓加熱體本身沒有熱量。借鑒微波爐加熱方式，先后在2臺(tái)擠出機(jī)上試用高頻磁場(chǎng)渦流加熱方法（類似微波爐加熱），首先在料筒圓周上安裝一層保溫層，然后纏繞5組4 kW線圈，用5個(gè)25 kHz逆變電源給線圈提供高頻電流，達(dá)到給擠出機(jī)料筒加熱的目的[2]。由于擠出機(jī)螺桿旋轉(zhuǎn)剪切物料的同時(shí)物料本身產(chǎn)生熱量，所以料筒外加熱器大約50%時(shí)間不用通電工作也能實(shí)現(xiàn)物料塑化目標(biāo)。如此計(jì)算，1臺(tái)擠出機(jī)使用高頻磁場(chǎng)渦流加熱方法，每小時(shí)節(jié)電可達(dá)10.875 kWh，改造1臺(tái)擠出機(jī)加熱方式，1年可節(jié)電65 250 kWh（年開機(jī)250天計(jì)算），節(jié)電達(dá)全年用電量的1.57%左右。目前，試驗(yàn)的2臺(tái)擠出機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，將在合適時(shí)機(jī)推廣應(yīng)用。

3.3 齒輪油泵

公司在用注塑機(jī)31臺(tái)，用于鋼骨架塑料復(fù)合管的斷面封口、連接管件的制作。注塑機(jī)螺桿旋轉(zhuǎn)、注料及機(jī)座進(jìn)退等所有動(dòng)作的動(dòng)力來源，都出自1臺(tái)55 kW齒輪油泵電動(dòng)機(jī)，只要機(jī)器工作，這臺(tái)電動(dòng)機(jī)必須運(yùn)轉(zhuǎn)。在生產(chǎn)過程中，有切削、纏繞電熔線、裝定位釘?shù)却罅枯o助工作，往往在保壓的工藝時(shí)間內(nèi)不能完成，在前后兩個(gè)產(chǎn)品制造間隔，注塑機(jī)會(huì)較長時(shí)間處在待機(jī)狀態(tài)，齒輪油泵電動(dòng)機(jī)要以25%的額定功率一直空轉(zhuǎn)，造成電能浪費(fèi)及空氣污染。

在這種情況下，對(duì)機(jī)器的可編程控制器（PLC）進(jìn)行了改進(jìn)，以提高車間智能管理水平。將PLC內(nèi)部加入新程序，使注塑機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)沒有任何操作動(dòng)作的情況下，齒輪油泵自動(dòng)斷電，待需要其工作時(shí)啟動(dòng)即可。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1天內(nèi)每臺(tái)注塑機(jī)此類待機(jī)時(shí)間長達(dá)10%以上，通過技術(shù)改進(jìn)，1臺(tái)注塑機(jī)每天至少可節(jié)電33 kWh。

4 結(jié)語

塑料復(fù)合管生產(chǎn)過程中涉及到的能源有電能、水資源、石油等，只要企業(yè)的管理人員和技術(shù)人員堅(jiān)持節(jié)能減排的生產(chǎn)管理理念，在節(jié)能管理方法和節(jié)能技術(shù)上不斷探索創(chuàng)新就一定能做好企業(yè)的節(jié)能工作，實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)約水資源、節(jié)省電能源、提高機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率，以及減少污染物排放的目標(biāo)。

[1]楊玉曉.鋼骨架增強(qiáng)塑料復(fù)合管件模具設(shè)計(jì)方法探討[J].勝利油田職工大學(xué)學(xué)報(bào),2005,19(4):75-76.

[2]周寶茂.節(jié)能先鋒 地溫輻射采暖、致冷塑料復(fù)合管[J].塑料制造,2009(5):97-100.