管道式電磁加熱器的原理與應用

陳玉玲 李磊

1 沈陽工學院，遼寧撫順，113122 2 沈陽工業大學通益科技有限公司，遼寧沈陽，110027

摘 要：由于存在傳統輸油管道加熱裝置熱能效率低下、熱效果非常差的問題，本文利用了電磁感應技術與變頻技術，實現了基于單片機控制的管道式電磁加熱裝置，本裝置利用管道式渦流效應，通過內置換熱器，讓流動的原油帶走熱量，從而實現加熱原油，達到原油的長距離管線輸送。現場試驗表明，管道式電磁感應加熱器加熱速度快，加熱效率高，原油溫度均勻，設備安全可靠，比傳統的加熱裝置優勢多，可以應用在油田中。

關鍵詞：電磁感應 ；渦流效應；變頻

引言

在我國大部分油田高凝油儲量和產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，不同油田采集出來的原油，需要進行不同程度加熱，從而來降低原油粘度，實現管道線路傳輸。但現有的加熱裝置有的是環境污染嚴重，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，易結焦，壽命短，同時也不利于節能環保。由于這些原因的存在，如果想實現高效率、高可靠性的加熱原油，必須從三個方面去改變，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行了使用，性能較好，大部分油田用戶表示滿意。另外此設備還能用于熱水器中進行水溫加熱。

1管道式電磁加熱器組成

電磁加熱器由可調中頻電源、PIC18F431單片機、整流電路、感應線圈、換熱器、溫度流量傳感器、逆變電路和顯示等部分組成。其結構框圖如圖1所示。

圖（1）中電源是把工頻50Hz的交流電轉化為頻率為850Hz中頻電源；換熱器用DN65的 20號鋼管，在鋼管外層敷設感應線圈并設置保溫層，鋼管內層置擋流板，這樣設置的目的是利于能量之間的交換；管道內部設有很多傳感器，主要包括流量傳感器和采集溫度的溫度傳感器，其目的是用來檢測采集的原油流量大小和溫度的高低；通過PIC18F431單片機實現原油溫度控制和流量控制，最終達到控制并保護電路的目的；交直交IGBT逆變電路通過單片機控制程序，使電路穩定，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原理，將原有的電能轉換為熱能的一種能量轉換過程。主電路將工頻380V三相交流電壓整流為直流電壓，在經過IGBT逆變為兩相交流電壓，通過中央控制板及IGBT驅動板來調節逆變后交流電的頻率及輸出占空比。由電磁感應原理可知，當850Hz的交變電流，通過管道式電磁加熱器線圈時，在管道式電磁加熱器線圈周圍會產生極速變化的交變磁場，這種變化的磁場會在金屬管道表面產生很多個小渦流，使金屬管道自行極速發熱。當混合液體在換熱器管道內部流動時，會帶走金屬管道本身發出的熱能。當換熱器的出液口溫度達到設定值時，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致換熱器管壁溫度超過極限溫度（100℃～110℃）時，控制電路會自動斷電，從而發出報警信號。直到金屬管壁溫度降到安全值時，才會再次加熱。

3管道式電磁加熱器應用

管道式電磁加熱器可應用于油田井口加熱、供暖等循環水加熱。試驗時采用加熱自來水進行模擬運行，設自來水流量為25噸/天，表1是試驗中記錄相關數據。試驗每隔10分鐘記錄一次進口與出口水溫。

試驗中進口水溫度在11℃左右，出口水溫度穩定在37℃左右，加熱良好，無異常現象。開環控制，也就是說流量<25m3/天，溫差可以達到16.5℃。由表1數據也可得到，溫度控制精確，效果好。

電磁加熱器底座應固定在穩定牢固的基礎上。進油口在下，出油口在上，通常應加裝旁通管路，以適應電磁加熱器檢修工作和季節性運行的需要。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使用1000V搖表檢測感應加熱線圈與外殼的絕緣電阻，絕阻應≥1.5MΩ，并檢查器體及各部件有無缺損現象。 電磁加熱器設有專用接地螺栓，用戶應將接地線可靠地接在該螺栓上，接地線應采用4mm2以上多股銅線。

參考文獻：

[1] 董其伍.換熱器[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2] 潘天明.現代感應加熱裝置[M].北京：冶金工業出版社，1996.

作者簡介：

陳玉玲/女/1981年生/遼寧凌源人/講師/碩士/研究方向為單片機、電子技術

李磊/男/1980年生/遼寧鐵嶺人/學士/研究方向為電氣控制