管道式電磁加熱器的原理與應(yīng)用

陳玉玲 李磊

1 沈陽(yáng)工學(xué)院，遼寧撫順，113122 2 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)通益科技有限公司，遼寧沈陽(yáng)，110027

摘 要：由于存在傳統(tǒng)輸油管道加熱裝置熱能效率低下、熱效果非常差的問(wèn)題，本文利用了電磁感應(yīng)技術(shù)與變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)控制的管道式電磁加熱裝置，本裝置利用管道式渦流效應(yīng)，通過(guò)內(nèi)置換熱器，讓流動(dòng)的原油帶走熱量，從而實(shí)現(xiàn)加熱原油，達(dá)到原油的長(zhǎng)距離管線輸送?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，管道式電磁感應(yīng)加熱器加熱速度快，加熱效率高，原油溫度均勻，設(shè)備安全可靠，比傳統(tǒng)的加熱裝置優(yōu)勢(shì)多，可以應(yīng)用在油田中。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng) ；渦流效應(yīng)；變頻

引言

在我國(guó)大部分油田高凝油儲(chǔ)量和產(chǎn)量占有非常大的比重，因油田地理位置不同和氣候溫度不同，不同油田采集出來(lái)的原油，需要進(jìn)行不同程度加熱，從而來(lái)降低原油粘度，實(shí)現(xiàn)管道線路傳輸。但現(xiàn)有的加熱裝置有的是環(huán)境污染嚴(yán)重，效率低，可靠安全性差；還有的是體積較大，效率較低；再有就是加熱效果差，原油冷熱不均，易結(jié)焦，壽命短，同時(shí)也不利于節(jié)能環(huán)保。由于這些原因的存在，如果想實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性的加熱原油，必須從三個(gè)方面去改變，一是加熱方式，二是控制方式，三是換熱方式。該頻管道式電磁加熱器已在有些油田進(jìn)行了使用，性能較好，大部分油田用戶表示滿意。另外此設(shè)備還能用于熱水器中進(jìn)行水溫加熱。

1管道式電磁加熱器組成

電磁加熱器由可調(diào)中頻電源、PIC18F431單片機(jī)、整流電路、感應(yīng)線圈、換熱器、溫度流量傳感器、逆變電路和顯示等部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖（1）中電源是把工頻50Hz的交流電轉(zhuǎn)化為頻率為850Hz中頻電源；換熱器用DN65的 20號(hào)鋼管，在鋼管外層敷設(shè)感應(yīng)線圈并設(shè)置保溫層，鋼管內(nèi)層置擋流板，這樣設(shè)置的目的是利于能量之間的交換；管道內(nèi)部設(shè)有很多傳感器，主要包括流量傳感器和采集溫度的溫度傳感器，其目的是用來(lái)檢測(cè)采集的原油流量大小和溫度的高低；通過(guò)PIC18F431單片機(jī)實(shí)現(xiàn)原油溫度控制和流量控制，最終達(dá)到控制并保護(hù)電路的目的；交直交IGBT逆變電路通過(guò)單片機(jī)控制程序，使電路穩(wěn)定，安全，可靠性高。

2管道式電磁加熱器原理

管道式電磁加熱是利用電磁感應(yīng)原理，將原有的電能轉(zhuǎn)換為熱能的一種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。主電路將工頻380V三相交流電壓整流為直流電壓，在經(jīng)過(guò)IGBT逆變?yōu)閮上嘟涣麟妷海ㄟ^(guò)中央控制板及IGBT驅(qū)動(dòng)板來(lái)調(diào)節(jié)逆變后交流電的頻率及輸出占空比。由電磁感應(yīng)原理可知，當(dāng)850Hz的交變電流，通過(guò)管道式電磁加熱器線圈時(shí)，在管道式電磁加熱器線圈周圍會(huì)產(chǎn)生極速變化的交變磁場(chǎng)，這種變化的磁場(chǎng)會(huì)在金屬管道表面產(chǎn)生很多個(gè)小渦流，使金屬管道自行極速發(fā)熱。當(dāng)混合液體在換熱器管道內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，會(huì)帶走金屬管道本身發(fā)出的熱能。當(dāng)換熱器的出液口溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，加熱電流慢慢變小。如果熱能不能快速交換給混合液體而導(dǎo)致?lián)Q熱器管壁溫度超過(guò)極限溫度（100℃～110℃）時(shí)，控制電路會(huì)自動(dòng)斷電，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。直到金屬管壁溫度降到安全值時(shí)，才會(huì)再次加熱。

3管道式電磁加熱器應(yīng)用

管道式電磁加熱器可應(yīng)用于油田井口加熱、供暖等循環(huán)水加熱。試驗(yàn)時(shí)采用加熱自來(lái)水進(jìn)行模擬運(yùn)行，設(shè)自來(lái)水流量為25噸/天，表1是試驗(yàn)中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)每隔10分鐘記錄一次進(jìn)口與出口水溫。

試驗(yàn)中進(jìn)口水溫度在11℃左右，出口水溫度穩(wěn)定在37℃左右，加熱良好，無(wú)異常現(xiàn)象。開環(huán)控制，也就是說(shuō)流量<25m3/天，溫差可以達(dá)到16.5℃。由表1數(shù)據(jù)也可得到，溫度控制精確，效果好。

電磁加熱器底座應(yīng)固定在穩(wěn)定牢固的基礎(chǔ)上。進(jìn)油口在下，出油口在上，通常應(yīng)加裝旁通管路，以適應(yīng)電磁加熱器檢修工作和季節(jié)性運(yùn)行的需要。輸入三相380V電源接至輸入端子排L1 、L2 、L3 、N上。電磁加熱器安裝前應(yīng)使用1000V搖表檢測(cè)感應(yīng)加熱線圈與外殼的絕緣電阻，絕阻應(yīng)≥1.5MΩ，并檢查器體及各部件有無(wú)缺損現(xiàn)象。 電磁加熱器設(shè)有專用接地螺栓，用戶應(yīng)將接地線可靠地接在該螺栓上，接地線應(yīng)采用4mm2以上多股銅線。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董其伍.換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2] 潘天明.現(xiàn)代感應(yīng)加熱裝置[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

作者簡(jiǎn)介：

陳玉玲/女/1981年生/遼寧凌源人/講師/碩士/研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)、電子技術(shù)

李磊/男/1980年生/遼寧鐵嶺人/學(xué)士/研究方向?yàn)殡姎饪刂?/p>