管道式电磁加热器的原理与应用
日期: 2017/4/23 浏览: 1 来源: 学海网收集整理 作者: 沈阳工学院 1 李磊21 沈阳工业大学通益科技有限公司 李磊2
摘要：由于存在传统输油管道加热装置热能效率低下、热效果非常差的问题，本文利用了电磁感应技术与变频技术，实现了基于单片机控制的管道式电磁加热装置，本装置利用管道式涡流效应，通过内置换热器，让流动的原油带走热量，从而实现加热原油，达到原油的长距离管线输送。现场试验表明，管道式电磁感应加热器加热速度快，加热效率高，原油温度均匀，设备安全可靠，比传统的加热装置优势多，可以应用在油田中。
关键词：电磁感应 涡流效应 变频
1、引言
在我国大部分油田高凝油储量和产量占有非常大的比重，因油田地理位置不同和气候温度不同，不同油田采集出来的原油，需要进行不同程度加热，从而来降低原油粘度，实现管道线路传输。但现有的加热装置要不是环境污染严重、效率低，可靠安全性差；要不就是体积较大，效率较低；在有就是加热效果差，原油冷热不均，易结焦，寿命短，同时也不利于节能环保，由于这些原因的存在，如果想实现高效率、高可靠性的加热原油，必须从三个方面去改变，一是加热方式、二是控制方式，三是换热方式。该中频管道式电磁加热器已在有些油田进行了使用，性能较好，大部分油田用户表示满意。当然该设备还能用于热水器中进行水温加热。
2、管道式电磁加热器组成
电磁加热器由可调中频电源、PIC18F431单片机、整流电路、感应线圈、换热器、温度流量传感器、逆变电路和显示等部分组成。其结构框图如图1所示。
图1管道式电磁加热器的组成
图（1）中电源是把工频50Hz的交流电转化为频率为850Hz中频电源；换热器[1]用DN65的 20号钢管，在钢管外层敷设感应线圈并设置保温层，钢管内层置挡流板，这样设置的目的是利于能量之间的交换；管道内部设有很多传感器，主要包括流量传感器和采集温度的温度传感器，其目的是用来检测采集的原油流量大小和温度的高低；通过PIC18F431单片机实现原油温度控制和流量控制，最终达到控制并保护电路的目的；交直交IGBT逆变电路通过单片机控制程序，使电路稳定，安全，可靠性高。
3、管道式电磁加热器原理
管道式电磁加热是利用电磁感应原理，将原有的电能转换为热能的一种能量转换过程。主电路将工频380V三相交流电压整流为直流电压，在经过IGBT逆变为两相交流电压，通过中央控制板及IGBT驱动板来调节逆变后交流电的频率及输出占空比。由电磁感应原理可知[2]，当850Hz的交变电流，通过管道式电磁加热器线圈时，在管道式电磁加热器线圈周围会产生极速变化的交变磁场，这种变化的磁场会在金属管道表面产生很多个小涡流，使金属管道自行极速发热。当混合液体在换热器管道内部流动时，会带走金属管道本身发出的热能。当换热器的出液口温度达到设定值时，加热电流慢慢变小。如果热能不能快速交换给混合液体而导致换热器管壁温度超过极限温度（100℃～110℃）时，控制电路会自动断电，从而发出报警信号。直到金属管壁温度降到安全值时，才会再次加热。
4、管道式电磁加热器应用
管道式电磁加热器可应用于油田井口加热、供暖等循环水加热。试验时采用加热自来水进行模拟运行，设自来水流量为25吨/天，表1是试验中记录相关数据。试验每隔10分钟记录一次进口与出口水温。
表1试验相关数据
试验中进口水温度在11℃左右，出口水温度稳定在37℃左右，加热良好，无异常现象。开环控制，也就是说流量﹤25m3/天，温差可以达到16.5℃。由表1数据也可得到，温度控制精确，效果好。
电磁加热器底座应固定在稳定牢固的基础上。进油口在下，出油口在上，通常应加装旁通管路，以适应电磁加热器检修工作和季节性运行的需要。输入三相380V电源接至输入端子排L1 、L2 、L3 、N上。电磁加热器安装前应使用1000V摇表检测感应加热线圈与外壳的绝缘电阻，绝阻应≥1.5MΩ，并检查器体及各部件有无缺损现象。 电磁加热器设有专用接地螺栓，用户应将接地线可靠地接在该螺栓上，接地线应采用4mm2以上多股铜线。
参考文献
[1] 董其伍, 换热器[M].北京：化学工业出版社,2009.
[2] 潘天明, 现代感应加热装置[DB].https://www.kj009.net,1996.
