油田塑料复合管制造过程中存在的问题与节能措施

刘志国（大庆油田昆仑集团有限公司管业分公司）

塑料复合管制造是以聚乙烯（PE）、钢丝、功能母料等为原料，通过智能编网、挤出塑化、分流注料、定型冷却等环节制造而成，塑料复合管大量应用于油气集输、注水管线等。在非金属复合管材生产企业节能降耗的措施一般有两种方式，一是通过加强用水、用电管理，不断提高水、压缩空气、电力的循环利用效率，减少成本支出；二是在生产的各个工艺环节采取节能降耗技术和能源循环利用技术。大庆油田昆仑集团有限公司管业分公司现有钢骨架塑料复合管生产线9条、大口径双壁波纹管生产线2条、注塑机31台，年平均生产各类规格产品5000 t左右，年耗电415×104kWh，企业存在较大的节能空间。

1 塑料复合管简介

塑料复合管有21世纪“绿色管道”的美誉，被列入国家科技成果重点推广计划、国家重点新产品。该产品以其双面防腐、耐压、耐温、流阻小、零泄漏、使用寿命长（达50年）、施工方便快捷、施工费用低等优点，广泛应用于油田产能建设和改造工程中。大庆油田昆仑集团有限公司管业分公司自2001年投产以来，已累计为油田的输油、输水、输聚合物和输送天然气等工程提供各种规格的钢骨架塑料复合管超过1000 km。HDPE大口径双壁波纹管耐腐蚀性强，介质流动性好，施工方便、连接可靠，代表了当今排水管材的发展方向，产品主要适用于油田地面工程的排水、排污系统及油田道路的雨水排放系统。

2 能源利用管理

塑料复合管生产过程中，涉及到自来水、循环冷却水和软化水的使用。塑料复合管制造企业节约用水的方式主要有：节约生活用水；在生产工艺中节约水资源。生活用水主要涉及员工食堂、办公室饮用水，可以采取的节水措施是安装感应阀、节水阀；生产用水主要是通过循环利用水来减少水资源的使用，通过供水管线中的冷却水经过冷却腔进行热交换后，经过回水管路回到地下水池中，再经过沉淀和冷却塔降温，往复循环使用。对循环水系统采取变频控制，既可节水又可节电。为了最大程度地减少水在循环过程中的消耗，可以采用封闭的冷却水循环系统。

塑料复合管生产过程中，最基本的动力来源就是电能，电能应用在企业生产运行的各个环节，在能耗成本中占有较大比例，是冷却水、压缩空气、物料塑化挤出等的动力来源。塑料复合管生产过程中，合理用电、节约用电是节能降耗的基础，节约电能的措施一般有：增加电动机功率因数，提高机械设备电压等级，变频控制循环水泵、风机等设备，及时淘汰更新能耗高的用电设备，引进新型节电技术和节电设备，减少用电量。

3 问题及节能对策

3.1 定型冷却工艺

在定型冷却工艺环节中，要靠冷却循环水来实现产品定型[1]，公司3个生产车间的所有需要冷却的部位均由1个冷却水循环系统来保障，系统中配备3台90 kW水泵，只要有1条或1台设备生产运转，就需启动1台水泵，系统压力要根据生产线用水量靠回水闸门控制，从回水闸门流回的水就是水泵无用功的结果。由于企业是以销定产，所有生产线同时开启的机会不多，冷却水循环系统水泵无用功率大，造成能源浪费。

针对这一问题，提出不用回水阀门控制来实现循环系统恒压的方案。首先对冷却水循环系统进行改造，把3台冷却水泵出水口装上压力传感器，水泵电源配上变频器，设定适当压力值，通过压力传感信号控制变频器给泵电动机输送额定电流，从而达到控制水泵转速的目的。经过不同压力状态下的运转调试，水泵运转平稳，系统供水压力恒定，完全取消了回水阀门的作用。经跟踪统计，泵的输入频率大多在37 Hz左右，电流明显减小，1台水泵平均每小时节电28 kWh，仅此项改造1年可节电168 000 kWh（年开机250天计算），节电达全年用电量的4%左右。

3.2 挤出塑化工艺

在挤出塑化工艺环节，物料要通过挤出机料筒加热、螺杆旋转剪切来完成，挤出机料筒一般有5组8 kW铸铝或不锈钢材质外加热器，靠温控器控制电源开关，当料筒达到设定温度后，加热电源断开，但因热惯性原因料筒温度会继续上升，这时系统就启动冷却风机（5组0.35 kW）来保证料筒的恒温性，吹冷后又重复加热、冷却一系列动作。从整个过程看，冷却过程就是做无用功。

去掉冷却过程就要解决热惯性问题，想办法让加热体本身没有热量。借鉴微波炉加热方式，先后在2台挤出机上试用高频磁场涡流加热方法（类似微波炉加热），首先在料筒圆周上安装一层保温层，然后缠绕5组4 kW线圈，用5个25 kHz逆变电源给线圈提供高频电流，达到给挤出机料筒加热的目的[2]。由于挤出机螺杆旋转剪切物料的同时物料本身产生热量，所以料筒外加热器大约50%时间不用通电工作也能实现物料塑化目标。如此计算，1台挤出机使用高频磁场涡流加热方法，每小时节电可达10.875 kWh，改造1台挤出机加热方式，1年可节电65 250 kWh（年开机250天计算），节电达全年用电量的1.57%左右。目前，试验的2台挤出机运转良好，将在合适时机推广应用。

3.3 齿轮油泵

公司在用注塑机31台，用于钢骨架塑料复合管的断面封口、连接管件的制作。注塑机螺杆旋转、注料及机座进退等所有动作的动力来源，都出自1台55 kW齿轮油泵电动机，只要机器工作，这台电动机必须运转。在生产过程中，有切削、缠绕电熔线、装定位钉等大量辅助工作，往往在保压的工艺时间内不能完成，在前后两个产品制造间隔，注塑机会较长时间处在待机状态，齿轮油泵电动机要以25%的额定功率一直空转，造成电能浪费及空气污染。

在这种情况下，对机器的可编程控制器（PLC）进行了改进，以提高车间智能管理水平。将PLC内部加入新程序，使注塑机在一定时间内没有任何操作动作的情况下，齿轮油泵自动断电，待需要其工作时启动即可。据统计，1天内每台注塑机此类待机时间长达10%以上，通过技术改进，1台注塑机每天至少可节电33 kWh。

4 结语

塑料复合管生产过程中涉及到的能源有电能、水资源、石油等，只要企业的管理人员和技术人员坚持节能减排的生产管理理念，在节能管理方法和节能技术上不断探索创新就一定能做好企业的节能工作，实现企业节约水资源、节省电能源、提高机械设备的生产效率，以及减少污染物排放的目标。

[1]杨玉晓.钢骨架增强塑料复合管件模具设计方法探讨[J].胜利油田职工大学学报,2005,19(4):75-76.

[2]周宝茂.节能先锋 地温辐射采暖、致冷塑料复合管[J].塑料制造,2009(5):97-100.