油田塑料復合管制造過程中存在的問題與節能措施

劉志國（大慶油田昆侖集團有限公司管業分公司）

塑料復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、擠出塑化、分流注料、定型冷卻等環節制造而成，塑料復合管大量應用于油氣集輸、注水管線等。在非金屬復合管材生產企業節能降耗的措施一般有兩種方式，一是通過加強用水、用電管理，不斷提高水、壓縮空氣、電力的循環利用效率，減少成本支出；二是在生產的各個工藝環節采取節能降耗技術和能源循環利用技術。大慶油田昆侖集團有限公司管業分公司現有鋼骨架塑料復合管生產線9條、大口徑雙壁波紋管生產線2條、注塑機31臺，年平均生產各類規格產品5000 t左右，年耗電415×104kWh，企業存在較大的節能空間。

1 塑料復合管簡介

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

2 能源利用管理

塑料復合管生產過程中，涉及到自來水、循環冷卻水和軟化水的使用。塑料復合管制造企業節約用水的方式主要有：節約生活用水；在生產工藝中節約水資源。生活用水主要涉及員工食堂、辦公室飲用水，可以采取的節水措施是安裝感應閥、節水閥；生產用水主要是通過循環利用水來減少水資源的使用，通過供水管線中的冷卻水經過冷卻腔進行熱交換后，經過回水管路回到地下水池中，再經過沉淀和冷卻塔降溫，往復循環使用。對循環水系統采取變頻控制，既可節水又可節電。為了最大程度地減少水在循環過程中的消耗，可以采用封閉的冷卻水循環系統。

塑料復合管生產過程中，最基本的動力來源就是電能，電能應用在企業生產運行的各個環節，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力來源。塑料復合管生產過程中，合理用電、節約用電是節能降耗的基礎，節約電能的措施一般有：增加電動機功率因數，提高機械設備電壓等級，變頻控制循環水泵、風機等設備，及時淘汰更新能耗高的用電設備，引進新型節電技術和節電設備，減少用電量。

3 問題及節能對策

3.1 定型冷卻工藝

在定型冷卻工藝環節中，要靠冷卻循環水來實現產品定型[1]，公司3個生產車間的所有需要冷卻的部位均由1個冷卻水循環系統來保障，系統中配備3臺90 kW水泵，只要有1條或1臺設備生產運轉，就需啟動1臺水泵，系統壓力要根據生產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果。由于企業是以銷定產，所有生產線同時開啟的機會不多，冷卻水循環系統水泵無用功率大，造成能源浪費。

針對這一問題，提出不用回水閥門控制來實現循環系統恒壓的方案。首先對冷卻水循環系統進行改造，把3臺冷卻水泵出水口裝上壓力傳感器，水泵電源配上變頻器，設定適當壓力值，通過壓力傳感信號控制變頻器給泵電動機輸送額定電流，從而達到控制水泵轉速的目的。經過不同壓力狀態下的運轉調試，水泵運轉平穩，系統供水壓力恒定，完全取消了回水閥門的作用。經跟蹤統計，泵的輸入頻率大多在37 Hz左右，電流明顯減小，1臺水泵平均每小時節電28 kWh，僅此項改造1年可節電168 000 kWh（年開機250天計算），節電達全年用電量的4%左右。

3.2 擠出塑化工藝

在擠出塑化工藝環節，物料要通過擠出機料筒加熱、螺桿旋轉剪切來完成，擠出機料筒一般有5組8 kW鑄鋁或不銹鋼材質外加熱器，靠溫控器控制電源開關，當料筒達到設定溫度后，加熱電源斷開，但因熱慣性原因料筒溫度會繼續上升，這時系統就啟動冷卻風機（5組0.35 kW）來保證料筒的恒溫性，吹冷后又重復加熱、冷卻一系列動作。從整個過程看，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臺擠出機上試用高頻磁場渦流加熱方法（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25 kHz逆變電源給線圈提供高頻電流，達到給擠出機料筒加熱的目的[2]。由于擠出機螺桿旋轉剪切物料的同時物料本身產生熱量，所以料筒外加熱器大約50%時間不用通電工作也能實現物料塑化目標。如此計算，1臺擠出機使用高頻磁場渦流加熱方法，每小時節電可達10.875 kWh，改造1臺擠出機加熱方式，1年可節電65 250 kWh（年開機250天計算），節電達全年用電量的1.57%左右。目前，試驗的2臺擠出機運轉良好，將在合適時機推廣應用。

3.3 齒輪油泵

公司在用注塑機31臺，用于鋼骨架塑料復合管的斷面封口、連接管件的制作。注塑機螺桿旋轉、注料及機座進退等所有動作的動力來源，都出自1臺55 kW齒輪油泵電動機，只要機器工作，這臺電動機必須運轉。在生產過程中，有切削、纏繞電熔線、裝定位釘等大量輔助工作，往往在保壓的工藝時間內不能完成，在前后兩個產品制造間隔，注塑機會較長時間處在待機狀態，齒輪油泵電動機要以25%的額定功率一直空轉，造成電能浪費及空氣污染。

在這種情況下，對機器的可編程控制器（PLC）進行了改進，以提高車間智能管理水平。將PLC內部加入新程序，使注塑機在一定時間內沒有任何操作動作的情況下，齒輪油泵自動斷電，待需要其工作時啟動即可。據統計，1天內每臺注塑機此類待機時間長達10%以上，通過技術改進，1臺注塑機每天至少可節電33 kWh。

4 結語

塑料復合管生產過程中涉及到的能源有電能、水資源、石油等，只要企業的管理人員和技術人員堅持節能減排的生產管理理念，在節能管理方法和節能技術上不斷探索創新就一定能做好企業的節能工作，實現企業節約水資源、節省電能源、提高機械設備的生產效率，以及減少污染物排放的目標。

[1]楊玉曉.鋼骨架增強塑料復合管件模具設計方法探討[J].勝利油田職工大學學報,2005,19(4):75-76.

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