PID调节器在天然气集输管道电伴热上的应用

2018/11/17 16:37:00 人评论 次浏览 分类:二次仪表  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/2253.html

由于很多气田处在北方寒冷地区,为了避免集气输送过程中出现冻堵、冷凝现象,经常会在其集输过程中进行电伴热处理。常规的电伴热系统,主要依靠金属电阻丝或者碳纤维束结导线对管道进行加热处理的,它的发热控制属于定功率加热,只能在有效温度区间之内,可以发挥良好的作用,一旦介质温度超过这个区间,它的工作效能将大大下降。为此工程技术人员发明了一种带PID调节器的天然气集输管道电伴热系统,它能根据不同的外在环境条件,对发热功率进行自动化的控制,这大大提高了其对环境变化的适应能力,很好完成了对天然气的伴热处理,避免天然气在运输过程中出现冻堵现象。

1、PID调节器的基本工作原理
PID调节器又称为比例、微分、积分控制器,它分为数字PID调节器和模拟PID调节器,它在运行过程中会对被控制量和给定量的差值进行比例、微分、积分、运输,并将运算的结果进行相加处理,并合成有效控制信号,用于直接对执行器件进行控制。
PID调节具有相应速度快、调节动作迅速、余差小、能根据偏差信号的变化趋势而变化的有点,是目前在工业领域应用最对也最成熟的自动控制技术。它具有非常高的鲁棒性,非常适合那些没有详细数学模型的控制系统,随着微型单片机技术的不断发展,它的应用范围越来越广。

2、PID调节器在天然气管道电伴热上的应用
由于在本方寒冷地区平均气温变化较快,采用常规的伴热技术往往很难达到很好的效果,不是造成电能的过多浪费,就是造成集输质量的下降。将PID调节系统有效应用在了天然气管道电伴热系统中,可以有效稳定天然气的传输温度,这大大减少了过多的电能消耗和带来电伴质量的提高,在实际工作中发挥出了非常好的应用效果。

带PID调节器的天然气管道伴热系统主要由PID调节器、功率调节器、电伴热带、温度传感器组成。温度传感器布置在天然气的出井出,主要用于对出井天然气温度的测量,并将测量温度转换成数字信号,并通过数据传输总线,将温度数据传送到调节器中。还有一个温度传感器布置在管道中,它也会对管道中天然气的温度进行实时采集,并将转换结果也传输到PID调节器中。PID调节器会对两个温度信号的差值进行比例、微分、积分运算,并将实际运算结果进行累加,最终形成控制信号。此控制信号用于直接对功率调节器进行控制,以此来控制功率调节器的输出电压,该电压将直接作用于电伴热带,并根据电压高低的不同,而释放出不同的发热功率。

3、PID调节电伴热与常规电伴热效果的比较

常规的电伴热系统属于定功率发热系统,在管道温度较高时,将造成大量电能的浪费,当管道温度较低时,又不能起到很好的防冻堵效果。而在采用PID调节电伴热系统后,系统会将管道温度和设定温度进行比较,并计算出差值,并利用差值自动对电伴热系统的发热功率进行调整,它能将管道温度的波动控制在一个较小的范围,这样就大大节约了无谓电能的浪费,也能起到应有的防冻堵作用。

目前该技术在实际应用过程中,由于环境和集气运输要求的不同,这对PID调节器有着不一样的技术要求,因此对其比例、微分、积分参数的确定就显得十分重要,这也是该技术应用中的难点,大家可阅读白志刚编著的《自动调节系统解析与PID整定》轻松学习PID整定技术。目前通常采用的参数调整方法有经验法和现场调试法,经验法主要利用技术工程人员在长期的工作当中所摸索的经验,调试法主要通过现场调整参数,并实际运行,如果效果不好,再对参数进行调整,直到到达满意的应用效果为止,因此其调整周期往往较长,但其对调试人员的要求会大大降低。


在我国的北方有大量的天然气田,天然气在实际集输过程中,很容易受到寒冷天气的影响,而产生冻堵现象。为此一般都要对管道进行电伴热处理,传统的电伴热系统,不能良好适应天然气出井口温度变化的影响,不仅对电能浪费巨大,有时也不能起到很好的防冻堵作用。而带PID调节器的电伴热系统很好的解决了这个问题,它能将管道温度稳定在一个比较小的区间, 因此既节能又可以起到有效的防冻堵效果,实际生产中应大力推广使用该技术。

作者简介: 张冉,中国石化中原油田普光分公司采气厂大湾采气区

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