燃?xì)庹{(diào)壓裝置內(nèi)伴熱系統(tǒng)的研究與改進(jìn)

宋春福

（大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰荆邶埥?大慶 163453）

燃?xì)庹{(diào)壓裝置內(nèi)伴熱系統(tǒng)的研究與改進(jìn)

宋春福

（大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰荆邶埥?大慶 163453）

燃?xì)庹{(diào)壓箱內(nèi)伴熱系統(tǒng)可以有效地避免冬季運(yùn)行時(shí)設(shè)備發(fā)生凍堵，保證設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行，現(xiàn)有的內(nèi)伴熱系統(tǒng)存在能耗高、不阻燃等缺點(diǎn)。本文針對(duì)這些問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有的燃?xì)庹{(diào)壓箱內(nèi)伴熱系統(tǒng)進(jìn)行研究和改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)低能耗、阻燃性好、伴熱數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳的功能。

電伴熱；節(jié)能；調(diào)壓

0.引言

在我國(guó)北方地區(qū)，冬季氣溫能夠達(dá)到-40℃，燃?xì)庹{(diào)壓裝置在冬季低溫運(yùn)行時(shí)，設(shè)備內(nèi)通過(guò)氣體中所含的水分極易聚集凍結(jié)，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致調(diào)壓設(shè)備損壞。因此，保證調(diào)壓裝置在低溫時(shí)能夠維持正常的工作溫度是極其重要的環(huán)節(jié)。現(xiàn)有的電伴熱系統(tǒng)能夠部分解決凍堵現(xiàn)象的發(fā)生，但其本身還存在一些問(wèn)題和隱患，系統(tǒng)還有著很大的改進(jìn)空間，可以通過(guò)不斷地研究和改進(jìn)，最終達(dá)到燃?xì)庑袠I(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求。

1.伴熱系統(tǒng)的現(xiàn)狀

現(xiàn)階段我國(guó)工藝管線和罐體容器的伴熱大多采用傳統(tǒng)的蒸氣或熱水伴熱，而在大慶地區(qū)，通過(guò)多年的實(shí)踐驗(yàn)證，燃?xì)庑袠I(yè)已實(shí)現(xiàn)在調(diào)壓柜內(nèi)安裝電伴熱系統(tǒng)的方式解決冬季低溫問(wèn)題。電伴熱系統(tǒng)興起并迅速發(fā)展于20世紀(jì)50年代。在建筑等其他領(lǐng)域，這一新型的保溫方式已經(jīng)得到推廣和使用，與之相比，國(guó)外已有大量成熟技術(shù)應(yīng)用于各系統(tǒng)之中。但在燃?xì)庑袠I(yè)的具體應(yīng)用過(guò)程中，我們能夠發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段使用的電伴熱系統(tǒng)雖可解決部分低溫問(wèn)題，但其本身還存在的很多不足：

第一，部分系統(tǒng)存在絕緣不好，易導(dǎo)電等問(wèn)題，存在一定的安全隱患；

第二，伴熱帶本身不阻燃，易著火；

第三，現(xiàn)階段安裝電伴熱系統(tǒng)時(shí)，通常將整條伴熱帶直接纏繞到設(shè)備上，中間不能斷開(kāi)，這樣一些原本沒(méi)有必要加熱的地方也會(huì)有伴熱帶通過(guò)，在氣溫低時(shí)熱量損耗變大，且溫度傳感器位于系統(tǒng)尾部，裸露于空氣之中，測(cè)溫不精準(zhǔn)，最終導(dǎo)致電量增大，不節(jié)能；

第四，安裝人員在安裝時(shí)往往根據(jù)自己主觀判斷進(jìn)行安裝，容易導(dǎo)致安裝不規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)凌亂，且在安裝保溫部分時(shí)，容易造成保溫層包裹不實(shí)，保溫性能不好，浪費(fèi)電能；

第五，現(xiàn)階段伴熱系統(tǒng)無(wú)任何顯示部分，如有保溫層的存在，工作人員無(wú)法掌握電伴熱具體運(yùn)行情況；溫控器為手動(dòng)機(jī)械按鈕調(diào)節(jié)，如刻度存在誤差，會(huì)使伴熱系統(tǒng)過(guò)熱或過(guò)冷。

2.新型伴熱系統(tǒng)改進(jìn)方案

為解決現(xiàn)有設(shè)備存在的諸多問(wèn)題，大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰驹谠邪闊嵯到y(tǒng)基礎(chǔ)上，力求研制出一套新型智能伴熱系統(tǒng)，使之能夠有效地解決現(xiàn)有電伴熱存在的問(wèn)題。

2.1 新型伴熱系統(tǒng)的改進(jìn)目標(biāo)

2.1.1 系統(tǒng)整體防爆、阻燃、防漏電

因天然氣為易燃易爆高危氣體，按照國(guó)家規(guī)定，應(yīng)用于燃?xì)庹{(diào)壓柜的設(shè)備必須達(dá)到防爆要求；為了安全起見(jiàn)，新型伴熱系統(tǒng)所用材料必須阻燃，以求解決現(xiàn)階段伴熱系統(tǒng)不阻燃這一問(wèn)題。而且新系統(tǒng)要防漏電，保護(hù)操作人員人身安全。

2.1.2 大幅度降低能耗

因現(xiàn)有電伴熱系統(tǒng)控溫不精準(zhǔn)，存在熱能浪費(fèi)情況，新型伴熱系統(tǒng)必須能夠大幅度降低能耗，達(dá)到節(jié)能目的。

2.1.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊化，可重復(fù)利用

現(xiàn)有電伴熱系統(tǒng)在拆除后無(wú)法二次利用，造成浪費(fèi)，且在安裝過(guò)程中工作人員的安裝手法很大程度上影響著伴熱系統(tǒng)的保溫程度和外觀規(guī)整程度，為了解決上述問(wèn)題，新型伴熱系統(tǒng)必須達(dá)到模塊化，安裝拆卸方便，且可以調(diào)整加熱部位。

表1　2013年11月～2014年3月耗電量明細(xì)表

2.1.4 智能化

新型伴熱系統(tǒng)要具備較高的智能化，系統(tǒng)要具備液晶顯示屏，可以就地顯示測(cè)溫點(diǎn)溫度，可以調(diào)節(jié)設(shè)置溫度。另一方面，新系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線方式將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，且可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作調(diào)整，啟閉電伴熱，能夠?qū)崿F(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，特殊情況報(bào)警。

2.2 具體研究?jī)?nèi)容

為達(dá)到研究初期制定的改進(jìn)目標(biāo)，研究人員與電伴熱廠家人員進(jìn)行商討，研究各種方案的可行性，最終確定將新型伴熱系統(tǒng)分為2個(gè)部分進(jìn)行研究，將現(xiàn)場(chǎng)加熱部分作為首要研究對(duì)象，在現(xiàn)場(chǎng)加熱部分符合要求后再將遠(yuǎn)程數(shù)控部分整合進(jìn)去。

2.2.1 加熱部分

加熱部分具體設(shè)計(jì)如下：

（1）調(diào)節(jié)器和氣體流量計(jì)采用直流電，24V以下電壓，根據(jù)調(diào)壓器及流量計(jì)大小不同，功率在30W～100W。

（2）加熱保溫系統(tǒng)采用特氟隆發(fā)熱線加云母雙重絕緣加熱裝置，安全可靠；采用硅酸鋁棉保溫材料，阻燃、保溫效果好；采用鋁鎂合金外殼，不生銹，表面噴塑處理，不掉漆，根據(jù)不同調(diào)壓器規(guī)格不同設(shè)計(jì)不同的外形結(jié)構(gòu)。

（3）線路采用電子焊接方式，沒(méi)有接點(diǎn)，防爆。

（4）測(cè)溫傳感器采用進(jìn)口數(shù)字式，測(cè)溫范圍大，精度高，并采用一備一用方式，確保正常運(yùn)行，測(cè)溫傳感器內(nèi)置于加熱模塊之中，測(cè)量準(zhǔn)確，精準(zhǔn)控制伴熱系統(tǒng)的啟閉次數(shù)。

（5）溫控器采用數(shù)顯方式，在一用一備的調(diào)壓器配置中可實(shí)現(xiàn)加熱保溫系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)切換，并具有數(shù)據(jù)無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸功能。

（6）電路配備漏電保護(hù)裝置，更安全。

（7）加熱保溫系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計(jì)，直接安裝于需要加熱部位，安裝方便簡(jiǎn)潔，采用不銹鋼扎帶快速固定與卡具、螺栓等多種方式快速固定。

2.2.2 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制傳輸部分

在完成加熱部分后，研究人員便開(kāi)始著手系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制傳輸部分，由于大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰疽呀?jīng)有一套完整的、成熟的生產(chǎn)指揮系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)），所以在進(jìn)入傳輸部分的研究階段，我們便把SCADA系統(tǒng)作為研究方向，力求將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)整合到SCADA系統(tǒng)之中。

遠(yuǎn)程控制傳輸部分具體設(shè)計(jì)如下：

（1）PT100溫度傳感器通過(guò)轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化成-50℃～50℃對(duì)應(yīng)4mA～20mA直流電流信號(hào)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置，控制繼電器開(kāi)啟關(guān)閉加熱系統(tǒng)熱體溫度，達(dá)到保溫節(jié)能目的，再通過(guò)原有SCADA系統(tǒng)的無(wú)線傳輸部分，實(shí)現(xiàn)伴熱系統(tǒng)溫度、運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

（2）將所有控制系統(tǒng)部件進(jìn)行高度整合，設(shè)立專門(mén)的防爆外殼。

（3）在系統(tǒng)中加入報(bào)警功能，在斷電和溫度過(guò)低時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

（4）通過(guò)對(duì)原有程序的重新編寫(xiě)，加入遠(yuǎn)程控制功能，能夠在遠(yuǎn)端SCADA系統(tǒng)中對(duì)伴熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)溫、啟閉操作。

（5）智能控制系統(tǒng)部分采用350V～24V自適應(yīng)電源，電源具有完整的過(guò)流，短路、過(guò)溫保護(hù)電路。

（6）控制箱內(nèi)設(shè)置實(shí)驗(yàn)按鈕，作為調(diào)試實(shí)驗(yàn)用，還可作為本地強(qiáng)制加熱使用。

2.2.3 新型伴熱系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

（1）調(diào)節(jié)器和氣體流量計(jì)采用直流電，24V以下電壓。

（2）調(diào)節(jié)器和氣體流量計(jì)功率在30W～100W。

（3）測(cè)溫傳感器采用進(jìn)口數(shù)字式，測(cè)溫范圍在-40℃～125℃之間，精度±0.2℃。

（4）溫控器采用數(shù)顯方式，并能數(shù)據(jù)無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸功能。

（5）特氟隆發(fā)熱線，可耐溫300℃。

（6）云母雙重絕緣材料：可耐溫800℃。

（7）硅酸鋁棉保溫材料：可耐溫1200℃。

3.實(shí)際應(yīng)用情況

在完成新型伴熱系統(tǒng)的整體研究和廠內(nèi)測(cè)試階段，研究人員將樣機(jī)安裝于大慶市東城領(lǐng)秀B區(qū)大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰鞠聦偃細(xì)庹{(diào)壓柜內(nèi)進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。

3.1 安裝測(cè)試

在安裝過(guò)程中，由研究人員指導(dǎo)轄區(qū)工作人員完成整個(gè)安裝過(guò)程。全部安裝耗時(shí)15分鐘（不包括安裝防爆箱體和智能控制模塊所用時(shí)間），系統(tǒng)各部件尺寸完全符合實(shí)際調(diào)壓設(shè)備安裝要求，沒(méi)有出現(xiàn)松動(dòng)、貼合不嚴(yán)密等問(wèn)題，整個(gè)安裝過(guò)程未出現(xiàn)任何延誤，操作簡(jiǎn)便，步驟明了，其便捷程度得到了轄區(qū)工作人員的認(rèn)可。

3.2 遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸測(cè)試

完成新型智能伴熱系統(tǒng)的安裝后，研究人員首先對(duì)伴熱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸功能進(jìn)行測(cè)試。研究人員在大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰镜纳a(chǎn)指揮調(diào)度中心內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)上傳情況進(jìn)行驗(yàn)證。在系統(tǒng)完成初始化設(shè)置后，生產(chǎn)指揮中心的SCADA系統(tǒng)中便可看到新型智能伴熱系統(tǒng)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，且通過(guò)SCADA系統(tǒng)內(nèi)操作選項(xiàng)，可以調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)及啟閉伴熱系統(tǒng)，新型系統(tǒng)具備極強(qiáng)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操控能力。

3.3 能耗測(cè)試

為驗(yàn)證新型伴熱系統(tǒng)的節(jié)能性，研究人員選取了處于同一區(qū)域內(nèi)的東城領(lǐng)秀A區(qū)、麗青公寓小區(qū)、華溪龍城一期3座調(diào)壓柜，在預(yù)設(shè)溫度相同的情況下（20℃），進(jìn)行能耗對(duì)比，見(jiàn)表1。

通過(guò)5個(gè)月的用電量對(duì)比，可以看出，新型智能伴熱系統(tǒng)在保證相同運(yùn)行溫度的情況下，能耗與其他測(cè)試調(diào)壓箱比較最高降低了近80%，在節(jié)能降耗方面取得了良好的效果。

結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后的燃?xì)庹{(diào)壓裝置內(nèi)伴熱系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。能夠根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的功能，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)伴熱數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳。在降低能耗，實(shí)現(xiàn)信息化等方面具有良好的應(yīng)用前景。

［1］于宏軍.智能與技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1997：4.

［2］朱榮明.燃?xì)獗刂悄芸刂葡到y(tǒng)［J］.西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002：2-21.

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