鉆桿管體管端加熱中頻爐節(jié)能改造

陳長(zhǎng)青，張繪杰，姜榮凱，劉聰，劉永紅，邵艷慶

（中石油渤海石油裝備公司渤海能克鉆桿公司，河北 青縣 062658）

渤海石油裝備公司第一機(jī)械廠是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)鉆桿的工廠，其中有對(duì)鉆桿管體管端加熱的工序，采用了兩臺(tái)可控硅中頻爐設(shè)備，對(duì)管端進(jìn)行加熱，使鉆桿管體管端溫度達(dá)到約1200℃，中頻爐的原理如圖1，技術(shù)參數(shù)如表1。

圖1 中頻爐加熱系統(tǒng)原理圖

表1 中頻爐的技術(shù)參數(shù)

1 節(jié)能改造內(nèi)容

現(xiàn)在以中頻爐加熱φ127×9.19mm管體為例。

中頻爐的工作過(guò)程為節(jié)拍式生產(chǎn)，在加熱管端約25s后，中頻爐退出，然后上料，中頻前進(jìn)加熱25s，依次循環(huán)；改造前，中頻電壓的調(diào)整，是依靠一可變電阻，調(diào)整電阻阻值方法，進(jìn)行電壓調(diào)整。工作時(shí)只需調(diào)整R1，使輸出電壓達(dá)到工藝電壓值350V，上料時(shí)和加熱管體時(shí)，工藝電壓350V保持不變（圖2）。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中頻系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，空載時(shí)分別調(diào)整一、二工位中頻的輸出電壓值，依次遞增電壓100V，直到額定輸出電壓500V，然后記錄每增加100V產(chǎn)生的電流數(shù)值。同時(shí)，進(jìn)行依次降低輸出電壓值的實(shí)驗(yàn)，依次降低電壓100V，直到電壓降到0V，然后記錄每降低100V時(shí)的電流數(shù)值，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

圖2 改造前中頻爐電壓值

表2 中頻空載時(shí)調(diào)整輸出電壓、電流數(shù)據(jù)

圖3 中頻空載時(shí)調(diào)整輸出電壓、電流折線圖

由表2和圖3可知，中頻系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，空載時(shí)，輸出電壓越高，輸出電流也越高，中頻系統(tǒng)能耗越大，輸出電壓越低，輸出電流也越低，中頻系統(tǒng)能耗越小。中頻爐加熱管端時(shí)，一、二工位的平均輸出電壓約350V，空載上料時(shí)一、二工位輸出電壓仍然為350V，此時(shí)空載產(chǎn)生了電能損耗，若可以降低空載時(shí)的電壓，就可以減少中頻系統(tǒng)的能耗。

為此，要對(duì)中頻爐加熱系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。通過(guò)對(duì)中頻加熱系統(tǒng)的研究，確定了中頻輸出電壓調(diào)整節(jié)能改造方案，具體改造方法為：將中頻爐的輸出電壓調(diào)整裝置進(jìn)行改造，在原輸出電壓調(diào)整裝置的基礎(chǔ)上加裝可變電阻R2、開(kāi)關(guān)K1、電容F1。相應(yīng)改造PLC控制程序，即可實(shí)現(xiàn)中頻爐上料時(shí)降低輸出電壓的目的（圖4）。

圖4 中頻輸出電壓調(diào)整裝置改造前后對(duì)比

改造后調(diào)整輸出電壓過(guò)程為：先將R2阻值調(diào)整為0，然后調(diào)整R1的阻值，使輸出電壓達(dá)到工藝電壓值350V，然后調(diào)整R2使工藝電壓值降低到空載時(shí)要達(dá)到的電壓值150V。然后根據(jù)編寫(xiě)的PLC控制程序，中頻爐加熱管體時(shí)K1打開(kāi)，使用工藝電壓35V加熱管體，中頻爐退出不加熱上料時(shí)K1閉合，使輸出電壓值降低到150V，以此達(dá)到節(jié)約電能的目的（圖5）。

圖5 改造后的控制程序

2 改造效果

改造后中頻爐加熱管體過(guò)程中的電壓值變化情況如表3所示。

表3 改造后加熱過(guò)程中的電壓值

0秒為系統(tǒng)輸出電壓已經(jīng)調(diào)整完畢，按下中頻加熱系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行按鈕開(kāi)始，0～11秒為上料時(shí)間，改造后輸出電壓降低為150V，12～36秒管端加熱時(shí)間，輸出電壓350V，37～48秒為上料時(shí)間，改造后輸出電壓降低為150V，49～73秒為管端加熱時(shí)間，輸出電壓350V，以此為周期進(jìn)行上料、加熱循環(huán)（圖6）。

圖6 加熱時(shí)改造后電壓折線圖

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，中頻爐改造以前2012年4月至2014年3月，加熱鉆管管體3萬(wàn)噸，中頻爐總計(jì)消耗電能為586.8kW·h。中頻爐改造使用以來(lái)自2014年4月，截至2016年8月，累計(jì)加熱鉆桿管體3萬(wàn)噸，中頻爐總計(jì)消耗電能472.2萬(wàn)kW·h。

所以節(jié)約電能為改造前的耗電量-改造后的耗電量=114.6萬(wàn)kW·h，取得了較好的節(jié)能效果。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，生產(chǎn)節(jié)拍間隙中頻爐的輸出電壓由原來(lái)的350V降低到了150V，節(jié)約了電能，可達(dá)到降低中頻爐的能耗約10%。該技術(shù)可應(yīng)用在相同的產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，以及節(jié)拍式的中頻爐加熱應(yīng)用企業(yè)。

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