Устройство автоматического управления электронагревательной установкой

Устройство автоматического управления электронагревательной установкой

Реферат

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для депарафинизации и дегидратации труб и разогрева вязкой нефти в процессе ее транспортировки. Устройство содержит электронагреватель, узел коммутации с цепью управления для подключения электронагревателя к электрической сети, блок защиты, узел регулировки тока нагрева и блок аварийной сигнализации. Устройство снабжено панелью управления и индикации, блоком фазировки и защиты от обрыва фаз, датчиком текущего значения температуры и датчиком давления, выполненным в виде схемы ограничения рабочего давления по верхнему и нижнему пределам и размещенным на электронагревательной установке. Блок защиты включает двухуровневую термоблокировку с первичными элементами, размещенными на корпусе электронагревателя. Узел коммутации выполнен в виде управляемого выпрямителя, а цепь управления им состоит из последовательно соединенных соответственно синхронизатора, формирователя импульсов и усилителя импульсов. Изобретение позволит повысить надежность, стабильность и эффективность работы электронагревательной установки, в том числе в условиях ограниченной мощности внешней электрической сети. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано на участках добычи нефти и газа, в местах где необходимы депарафинизация и дегидратация труб, предотвращение замерзания выкидных линий, разогрев вязкой нефти для ее транспортировки, тепловая разбивка стойких эмульсий и т.п.

Устройство может быть использовано и в других областях промышленности: химической, нефтехимической, пищевой и т.д., где имеются электронагревательные установки.

Известно устройство для предотвращения отложений парафина в трубах [а.с. СССР 359376, кл. Е 21 В 37/00, 1973], которое содержит электронагреватель, опущенный непосредственно в рабочую трубу, и схему коммутации (подключения в электрическую сеть) этого нагревателя, размещенную рядом.

Недостатком этого устройства является размещение электронагревателя непосредственно в среде продукта, который отличается очень высокой пожаро -и взрывоопасностью. Поэтому в данном случае должны быть приняты меры безопасности самого высокого уровня и исключено искрение в точках подключения кабеля к нагревателю и к внешней электросети.

Помимо упомянутого включение электронагревателя непосредственно в трехфазную сеть переменного тока при достаточно быстрой коммутации потребителя (миллисекунды) влечет за собой возникновение значительных бросков коммутируемых токов и напряжений (переходные процессы). Амплитуда таких бросков может превосходить номинальную величину в 2 - 2,5 раза. Указанное создает значительную перегрузку для элементов схемы, искрение и подгорание контактов в узле коммутации и т.п., переходные процессы воздействуют также и на внешнюю питающую электросеть, особенно при ее ограниченной мощности. В частности, при питании электронагревателя от источника соизмеримой мощности, например дизель-генератора на отдельном удаленном объекте. В подобных случаях переходные процессы могут являться причиной выхода из строя как генератора, так и дизеля, а также резких колебаний величины питающего напряжения, существенного снижения надежности и эффективности работы схемы.

Известно устройство автоматического управления электронагревательной установкой, содержащее электронагреватель, узел коммутации с цепью управления для подключения электронагревателя к электрической сети, блок защиты, узел регулировки тока нагрева и блок аварийной сигнализации (см. RU 2109927 С1, кл. Е 21 В 36/04, опубл. 27.04.1998, 4 с.), являющееся наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату к предлагаемому решению.

Недостатками данного устройства управления является то, что оно не обеспечивает возможности контроля за текущим значением температуры и величиной давления рабочей среды, за состоянием фаз питающего напряжения сети, а следовательно, воздействия на управляющий вход тиристорного преобразователя.

Таким образом, данное устройство управления не позволяет автоматизировать процесс управления электронагревательной установкой.

Задачей предлагаемого устройства автоматического управления электронагревательной установкой является расширение области применения электронагревательной установки, повышение надежности, стабильности и эффективности ее работы, в том числе и в условиях ограниченной мощности внешней электросети, экономия электроэнергии и т.п.

Поставленная задача достигается тем, что устройство управления электронагревательной установкой снабжено панелью управления и индикации, блоком фазировки и защиты от обрыва фаз, датчиком текущего значения температуры и датчиком давления, выполненным в виде схемы ограничения рабочего давления по верхнему и нижнему пределам и размещенным на электронагревательной установке, при этом блок защиты включает двухуровневую термоблокировку с первичными элементами, размещенными на корпусе электронагревателя, узел коммутации выполнен в виде управляемого выпрямителя, а цепь управления им состоит из последовательно соединенных соответственно синхронизатора, формирователя импульсов и усилителя импульсов, причем первый и второй входы формирователя импульсов связаны с первыми выходами панели управления и индикации и блока защиты, а панель управления и индикации и блок защиты электрически связаны с выходами блока фазировки и защиты от обрыва фаз, третий вход формирователя импульсов связан с первым выходом узла регулировки тока нагрева, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения температуры, второй вход - со вторым выходом панели управления и индикации, второй выход - со вторым входом блока защиты, третий вход последнего соединен с третьим выходом панели управления и индикации, четвертый и пятый входы блока защиты соединены соответственно с первичными элементами двухуровневой термоблокировки, шестой вход блока защиты соединен с выходом датчика давления, второй выход блока защиты соединен со вторым входом панели управления и индикации, а третий выход блока защиты - с входом блока аварийной сигнализации, причем входы блока фазировки и защиты от обрыва фаз, синхронизатора и узла коммутации подключены к общему сетевому вводу электрической сети.

Использование электронной коммутации силовой цепи значительно снижает амплитуду переходных процессов, а следовательно, их влияние на питающую сеть и на элементы схемы, обеспечивает возможность реализации задания величины температуры рабочей среды и ее плавного регулирования в зависимости от условий эксплуатации. Регулирование тока нагрева в прямой пропорциональной зависимости от величины разбаланса между текущим и заданным значениями температуры обуславливает плавный подход к их точке совпадения при существенной экономии электроэнергии. Бесконтактные элементы схемы позволяют значительно повысить надежность, стабильность и эффективность работы установки за счет дополнительно введенных блоков фазировки и защиты от обрыва фаз и аварийной блокировки установки при выходе величины давления рабочей среды за пределы заранее заданного диапазона.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже. Оно содержит узел коммутации в виде управляемого выпрямителя 1, цепь управления им состоит из последовательно соединенных синхронизатора 2, формирователя импульсов 3, усилителя импульсов 4, а выход с электронагревателем 5. Входы синхронизатора 2 и блока фазировки и защиты от обрыва фаз 6 одновременно с силовым входом управляемого выпрямителя 1 подключены к общему сетевому вводу электрической сети. Входы формирователя импульсов 3 соединены с первыми выходами узла регулировки тока нагрева 7, панели управления и индикации 8, блока защиты 9. Выходы блока фазировки и защиты от обрыва фаз 6 электрически связаны с панелью управления и индикации 8 и блоком защиты 9. Второй выход узла регулировки тока нагрева 7 соединен со вторым входом блоком защиты 9, а первый и второй входы - соответственно с датчиком текущего значения температуры 10 и панелью управления 8, второй вход и третий выход последней соединены с блоком защиты 9. Четвертый и пятый входы блока защиты 9 соединены с первичными элементами двухуровневой термоблокировки 11, 12, а шестой вход - с первичными элементами датчика давления 13. Третий выход блока защиты 9 электрически соединен с блоком аварийной сигнализации 14.

Работает устройство следующим образом.

Трехфазное напряжение через сетевой ввод поступает одновременно на входы управляемого выпрямителя 1, синхронизатора 2, блока фазировки и защиты от обрыва фаз 6. Напряжение с выхода выпрямителя 1 поступает на электронагреватель 5 только при открытых состояниях тиристоров. При этом величина напряжения (величина тока нагрева) зависит от момента времени открытия каждого из тиристоров, т. е. угла отсечки. Изменение угла отсечки создает возможность менять величину выпрямленного тока от нуля до максимальной величины. Формирование импульсов управления, момент воздействия которых определяет угол отсечки, осуществляют в последовательно соединенных синхронизаторе 2, формирователе импульсов 3 и усилителе импульсов 4. Синхронизатор 2 вырабатывает синхроимпульс в момент времени, отстоящий от начала периода входного напряжения на определенный заранее заданный интервал. Синхроимпульсы, сформированные в каждой из фазных линий, подают на вход формирователя импульсов 3. Здесь за счет задержки по времени из синхроимпульса формируется импульс управления. Интервал задержки синхроимпульса задают в соответствии с величиной разбаланса между заданным и текущим значениями температур. При этом на соответствующие входы узла регулировки тока нагрева 7 подают заданное значение температуры в виде электрического сигнала с выхода панели управления и индикации 8, а ее текущее значение - с датчика температуры 10. Полученный сигнал разбаланса с выхода узла регулировки тока нагрева 7 подают на вход формирователя импульсов 3, где регулируют интервал задержки синхроимпульса в обратно пропорциональной зависимости от величины сигнала разбаланса. Т.е. чем больше величина сигнала разбаланса, тем меньше интервал задержки и наоборот. Суммарное время задержки управляемого импульса от начала периода сетевого напряжения численно равно углу отсечки и обратно пропорционально амплитуде выпрямленного тока, Поэтому, чем больше сигнал разбаланса, тем меньше угол отсечки и больше амплитуда выпрямленного тока.

Если по какой-либо причине температура внутри установки повысится выше заранее заданной величины, на панели управления и индикации 8 с выхода узла регулировки тока нагрева 7 в блок защиты 9 поступает электрический сигнал, из которого здесь формируют команду "ЗАПРЕТ" и подают на вход формирователя импульсов 3, а также команду включения сигнализации, которую подают на вход блока сигнализации 14 и на вход панели управления и индикации 8. Выполнение этих команд влечет за собой отключение электропитания от электронагревателя и включение световой и звуковой сигнализации.

При наличии всех фаз на сетевом вводе блок фазировки и защиты от обрыва фаз 6 вырабатывает сигнал по каждой фазе и подает их на панель управления и индикации 8 для световой индикации. При отсутствии одной из фаз в блок защиты 9 поступает сигнал, из которого формируется команда "ЗАПРЕТ", подаваемая на формирователь импульсов 3, и команда включения аварийной сигнализации, подаваемая в блок аварийной сигнализации 14. Эти команды отключают электронагреватель 5 и включают аварийную звуковую сигнализацию.

Двухуровневая термоблокировка обеспечивается первичными элементами 11 и 12 (термоконтактор), которые размещены на корпусе электронагревателя и выдают электрические сигнала как отклик на определенную, заранее заданную температуру рабочей среды. При этом сигналы с выходов первичных элементов 11 и 12 подают в блок защиты 9, где формируют команду "ЗАПРЕТ" и команду включения сигнализации. Первую команду подают на вход формирователя импульсов 3, а вторую на вход блока аварийной сигнализации 14.

Для блокировки установки при выходе текущей величины давления рабочего продукта за пределы заданного диапазона на корпусе размещают первичные элементы датчика давления 13, которые выдают в виде электрического сигнала текущее значение давления. Если величина этого сигнала выше или ниже заданных электрически границ диапазона, то на вход блока защиты 9 подают сигнал, формирующий команды "ЗАПРЕТ" для формирователя импульсов 3 и включения аварийной сигнализации блоком 14.

Формула изобретения

Устройство автоматического управления электронагревательной установкой, содержащее электронагреватель, узел коммутации с цепью управления для подключения электронагревателя к электрической сети, блок защиты, узел регулировки тока нагрева и блок аварийной сигнализации, отличающееся тем, что оно снабжено панелью управления и индикации, блоком фазировки и защиты от обрыва фаз, датчиком текущего значения температуры и датчиком давления, выполненным в виде схемы ограничения рабочего давления по верхнему и нижнему пределам и размещенным на электронагревательной установке, при этом блок защиты включает двухуровневую термоблокировку с первичными элементами, размещенными на корпусе электронагревателя, узел коммутации выполнен в виде управляемого выпрямителя, а цепь управления им состоит из последовательно соединенных соответственно синхронизатора, формирователя импульсов и усилителя импульсов, причем первый и второй входы формирователя импульсов связаны с первыми выходами панели управления и индикации и блока защиты, а панель управления и индикации и блок защиты электрически связаны с выходами блока фазировки и защиты от обрыва фаз, третий вход формирователя импульсов связан с первым выходом узла регулировки тока нагрева, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения температуры, второй вход - со вторым выходом панели управления и индикации, второй выход - со вторым входом блока защиты, третий вход последнего соединен с третьим выходом панели управления и индикации, четвертый и пятый входы блока защиты соединены соответственно с первичными элементами двухуровневой термоблокировки, шестой вход блока защиты соединен с выходом датчика давления, второй выход блока защиты соединен со вторым входом панели управления и индикации, а третий выход блока защиты - с входом блока аварийной сигнализации, причем входы блока фазировки и защиты от обрыва фаз, синхронизатора и узла коммутации подключены к общему сетевому вводу электрической сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1