钻杆管体管端加热中频炉节能改造

陈长青，张绘杰，姜荣凯，刘聪，刘永红，邵艳庆

（中石油渤海石油装备公司渤海能克钻杆公司，河北 青县 062658）

渤海石油装备公司第一机械厂是专业生产钻杆的工厂，其中有对钻杆管体管端加热的工序，采用了两台可控硅中频炉设备，对管端进行加热，使钻杆管体管端温度达到约1200℃，中频炉的原理如图1，技术参数如表1。

图1 中频炉加热系统原理图

表1 中频炉的技术参数

1 节能改造内容

现在以中频炉加热φ127×9.19mm管体为例。

中频炉的工作过程为节拍式生产，在加热管端约25s后，中频炉退出，然后上料，中频前进加热25s，依次循环；改造前，中频电压的调整，是依靠一可变电阻，调整电阻阻值方法，进行电压调整。工作时只需调整R1，使输出电压达到工艺电压值350V，上料时和加热管体时，工艺电压350V保持不变（图2）。

通过现场实验发现，中频系统开机后，空载时分别调整一、二工位中频的输出电压值，依次递增电压100V，直到额定输出电压500V，然后记录每增加100V产生的电流数值。同时，进行依次降低输出电压值的实验，依次降低电压100V，直到电压降到0V，然后记录每降低100V时的电流数值，并进行了数据统计。

图2 改造前中频炉电压值

表2 中频空载时调整输出电压、电流数据

图3 中频空载时调整输出电压、电流折线图

由表2和图3可知，中频系统开机后，空载时，输出电压越高，输出电流也越高，中频系统能耗越大，输出电压越低，输出电流也越低，中频系统能耗越小。中频炉加热管端时，一、二工位的平均输出电压约350V，空载上料时一、二工位输出电压仍然为350V，此时空载产生了电能损耗，若可以降低空载时的电压，就可以减少中频系统的能耗。

为此，要对中频炉加热系统进行节能改造。通过对中频加热系统的研究，确定了中频输出电压调整节能改造方案，具体改造方法为：将中频炉的输出电压调整装置进行改造，在原输出电压调整装置的基础上加装可变电阻R2、开关K1、电容F1。相应改造PLC控制程序，即可实现中频炉上料时降低输出电压的目的（图4）。

图4 中频输出电压调整装置改造前后对比

改造后调整输出电压过程为：先将R2阻值调整为0，然后调整R1的阻值，使输出电压达到工艺电压值350V，然后调整R2使工艺电压值降低到空载时要达到的电压值150V。然后根据编写的PLC控制程序，中频炉加热管体时K1打开，使用工艺电压35V加热管体，中频炉退出不加热上料时K1闭合，使输出电压值降低到150V，以此达到节约电能的目的（图5）。

图5 改造后的控制程序

2 改造效果

改造后中频炉加热管体过程中的电压值变化情况如表3所示。

表3 改造后加热过程中的电压值

0秒为系统输出电压已经调整完毕，按下中频加热系统自动运行按钮开始，0～11秒为上料时间，改造后输出电压降低为150V，12～36秒管端加热时间，输出电压350V，37～48秒为上料时间，改造后输出电压降低为150V，49～73秒为管端加热时间，输出电压350V，以此为周期进行上料、加热循环（图6）。

图6 加热时改造后电压折线图

经过统计，中频炉改造以前2012年4月至2014年3月，加热钻管管体3万吨，中频炉总计消耗电能为586.8kW·h。中频炉改造使用以来自2014年4月，截至2016年8月，累计加热钻杆管体3万吨，中频炉总计消耗电能472.2万kW·h。

所以节约电能为改造前的耗电量-改造后的耗电量=114.6万kW·h，取得了较好的节能效果。

3 结语

通过此节能技术的应用，生产节拍间隙中频炉的输出电压由原来的350V降低到了150V，节约了电能，可达到降低中频炉的能耗约10%。该技术可应用在相同的产品生产厂家，以及节拍式的中频炉加热应用企业。

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