數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器的研制與應(yīng)用

岳大偉（昆侖能源（大連）有限公司）

沈陽采油廠是全國最大的高凝油生產(chǎn)基地，其生產(chǎn)的原油以凝固點(diǎn)高著稱，在集輸過程中由于原油本身黏度大，聯(lián)合站、計(jì)量站、單井點(diǎn)、井口管線大量應(yīng)用電熱帶伴熱，纏繞電熱帶總量達(dá)4.8×104m，每年冬季需要耗電280×104kWh，需要支付電費(fèi)175多萬元，電熱帶也因頻繁損壞造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。為解決能耗浪費(fèi)和過熱問題，曾經(jīng)采用時(shí)間控制器代替人控制時(shí)間，但是時(shí)間溫度控制器采取機(jī)械式的時(shí)間設(shè)置按鈕，誤差范圍較大，時(shí)間設(shè)置控制范圍寬，多次出現(xiàn)電熱帶批量損壞現(xiàn)象，另外恒功率電熱帶采取導(dǎo)線外包聚乙烯塑料，塑料外纏近于燈絲粗細(xì)的發(fā)熱電阻絲，電阻絲與聚乙烯熱膨脹系數(shù)不一致造成電阻絲損壞電熱帶失效，頻繁起停造成電熱帶的發(fā)熱絲位移變形、氧化脆弱、應(yīng)力疲勞破壞[1]。因此，原有的粗放型溫度控制，頻繁升溫、降溫加熱方式，已經(jīng)不滿足電熱帶伴熱的工藝要求，迫切需要開發(fā)一套數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器。

1 數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器的研發(fā)

沈陽采油廠研發(fā)的數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器，由繼電器、串口線纜、串行通訊接口、LED狀態(tài)指示燈、變壓器、單片機(jī)、微控器、時(shí)鐘芯片、存儲(chǔ)器、測(cè)溫電阻、便攜微機(jī)組成。

1.1 工作原理

數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器外殼內(nèi)的變壓器將220V的線電壓，降成12V的電壓，經(jīng)過整流給單片機(jī)供電，單片機(jī)接收到測(cè)溫電阻的溫度信號(hào)，上限值設(shè)定為管內(nèi)介質(zhì)運(yùn)行溫度，下限值設(shè)定為介質(zhì)凝點(diǎn)溫度。如果溫度達(dá)到控制下限值，驅(qū)動(dòng)繼電器接通三個(gè)輸出接線柱，給電熱帶加熱；當(dāng)溫度高于溫度控制的上限后，驅(qū)動(dòng)繼電器斷開三個(gè)輸出接線柱，停止給電熱帶加熱。單片機(jī)根據(jù)設(shè)置的采集頻率，將通電及斷電的平均時(shí)間間隔數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中，工作人員可以逐點(diǎn)進(jìn)行數(shù)控節(jié)能控制器狀態(tài)跟蹤，打開每個(gè)串行通訊接口密封蓋，通過串口數(shù)據(jù)線連接便攜微機(jī)，用程序讀取單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的溫度及時(shí)間控制參數(shù)，分析加熱帶及數(shù)控節(jié)能控制器的工作狀況，以確定最優(yōu)的加熱方案。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)置方便，參數(shù)調(diào)整精準(zhǔn)可靠，利用它可以對(duì)電熱帶加熱進(jìn)行精確的溫度控制，由于沒有外露的機(jī)械按鈕，提高了裝置防爆的可靠性，提高了油氣集輸管線電熱保溫和節(jié)能效果。另外，數(shù)據(jù)分析軟件可以采取數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)分析、曲線繪圖的方式，進(jìn)行溫度變化的對(duì)比分析，可以確定最優(yōu)的節(jié)能方案。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2.1 溫度采集試驗(yàn)

沈二聯(lián)脫水崗污水收油管線長度約35m，直徑DN100，其作用為污水崗斜板除油罐不定時(shí)收油至脫水崗，停運(yùn)前利用污水反復(fù)沖洗管線。2011年11月1日安裝了數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，管內(nèi)介質(zhì)溫度在29～83℃之間變化，其中90h3min管線運(yùn)行溫度在29～51℃之間波動(dòng)，4h 28min溫度持續(xù)在44～83℃間持續(xù)上升，數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器記錄溫度與管線實(shí)測(cè)溫度相符，見圖1。

圖1 沈二聯(lián)脫水筒污水收油管線溫度曲線

2.2 荷載運(yùn)行試驗(yàn)

2011年11月10日，沈二聯(lián)脫水崗安裝一臺(tái)數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器，溫度設(shè)定為45℃帶動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷，管線長度為40m，管徑為DN150。用溫水模擬管壁溫度，并聯(lián)聲光報(bào)警器進(jìn)行狀態(tài)指示，數(shù)控節(jié)能控制器開關(guān)工作正常，將微動(dòng)開關(guān)設(shè)定為20℃，與其并聯(lián)做為保險(xiǎn)措施備用數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器試運(yùn)行，48h內(nèi)運(yùn)行正常。11月13日又為其它5條管線安裝了數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器，試驗(yàn)載荷運(yùn)行均正常。

2.3 安裝電表計(jì)量

2011年11月17日為6條線路安裝了電表進(jìn)行計(jì)量。由于每條管線對(duì)電伴熱依賴程度不同，節(jié)能潛力也不一樣。通過電表計(jì)量發(fā)現(xiàn)，同以往比較節(jié)電均在90%左右。

3 應(yīng)用效果

經(jīng)過半年的應(yīng)用試驗(yàn)，技術(shù)人員認(rèn)為該數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，采集數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，運(yùn)行故障率很低，完全能夠滿足生產(chǎn)需要，同時(shí)在以下四個(gè)方面效果突出。

3.1 節(jié)電效果顯著

電熱帶原送電制度為送2h停2h，電熱帶平均日工作時(shí)間12h，日耗電量490kWh，采用數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器后，設(shè)定加熱范圍2～8℃，電熱帶平均日工作時(shí)間1.2h，日耗電64kWh，節(jié)電率達(dá)到86.9%，年可以節(jié)電42600kWh，節(jié)約電費(fèi)26740元。如果全廠的電熱帶都改用數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器，年可節(jié)電243×104kWh，節(jié)約電費(fèi)153萬元。

3.2 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化可控管理

以前檢查電熱帶是否損壞的手段非常原始，只能靠通電后進(jìn)行人工手摸判斷，改進(jìn)后在值班室即可掌控管線的運(yùn)行溫度、電熱帶的運(yùn)行狀態(tài)、耗電情況，出現(xiàn)損壞自動(dòng)報(bào)警，還可通過互聯(lián)網(wǎng)在任何地方進(jìn)行監(jiān)控管理，解決了電熱帶運(yùn)行故障發(fā)現(xiàn)難的問題。

3.3 電熱帶使用壽命延長

該數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器有效改善了電熱帶過熱工作和頻繁啟動(dòng)狀態(tài)，特別是單片機(jī)吸收PWM脈寬控制技術(shù)可使電熱帶啟動(dòng)緩慢升溫，緩解發(fā)熱絲與聚乙烯膨脹不一致造成的破壞。根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)電熱帶的功率匹配管道的伴熱要求，工作更加平穩(wěn)，使恒功率電熱帶當(dāng)做可自由設(shè)定工作溫度的自限溫電熱帶使用，節(jié)能方式更合理，在役壽命可達(dá)到原來的10倍[2]。

3.4 管理認(rèn)識(shí)得到創(chuàng)新

在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，收油泵停運(yùn)后管道散熱時(shí)間很長可以不加熱，這在采用時(shí)間控制時(shí)是不敢嘗試的。收油降溫階段從69℃降到59℃僅需要3min，59℃降至49℃需要1h37min，49℃降至39℃需要2h52min?？梢娪捎诃h(huán)境溫度影響，電熱帶加熱溫度從低到高，熱散失從小到大，速度從快到慢；加熱停止管道散熱溫度從高到低，熱散失從大到小，速度從快到慢。因此熱散失速度的快慢也應(yīng)是電伴熱溫度上下限值設(shè)定的一個(gè)重要參考因素。

4 結(jié)論及建議

采用數(shù)控電加熱帶節(jié)能控制器實(shí)現(xiàn)了地面管線加熱保溫自動(dòng)精確控制，精準(zhǔn)記錄地面管線各種狀態(tài)下的溫度變化，有效節(jié)約了大量電能，并降低了電熱帶的損壞率；解決了傳統(tǒng)溫控器0～10℃盲區(qū)和溫控固定差動(dòng)值的影響，適用于運(yùn)行溫度范圍差值很小條件下的應(yīng)用。

由于高凝油油品的特殊性，采油工藝大部分采用電加熱生產(chǎn)，耗電量大、生產(chǎn)成本高，目前溫度控制采用粗放式手動(dòng)控制模式，如果將該技術(shù)應(yīng)用于電加熱油井，既能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化數(shù)字管理，又能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

[1]閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006:35-41.

[2]馬浩.電力電子技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2006:71-72.

[3]賈斐,廖林,韓鵬,等.電加熱工藝的選擇及配套應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2004,33（增刊1）:89-91.