特殊工艺管线伴热系统控制方案改进分析

　　特殊工艺管线伴热系统用于含硼溶液流过的管道、阀门和泵等设备提供加热防止管道由于温度降低结晶，以往核电厂一般采用机械式温控器来控制伴热缆的加热，为解决温控器机械结构造成的弊端，采用数字化控制系统作为信息处理单元。

　　1 特殊工艺管线伴热系统简介

　　特殊工艺管线伴热用来为硼溶液流过的管道、阀门和泵提供伴热的所有设备组成。硼溶液流过的所有设备都要进行伴热和保温，以维持流体循环，防止硼酸结晶。其核心为铺设在所有硼溶液流过的管道、阀门和泵上的矿物电缆和控制设备组成，通过伴热缆散发的热量以将含硼溶液维持到一定的温度范围，防止管道溶液结晶。

　　2 目前应用的控制方式及主要组成设备

　　(1)以温控器作为伴热缆的控制设备来控制伴热缆电源的通断，主要组成设备包括：配电盘、报警机柜、就地温度指示箱、温度控制器等控制部分和伴热缆加热元件组成。

　　配电盘用来为伴热电路盘和报警机柜提供48V电源;伴热电路盘为各伴热原件供电，每个盘输出为12路以为伴热缆提供满足设计要求的不同等级的电源。

　　报警机柜重新组合来之配电盘和伴热电路盘的报警信号，在报警机柜显示：配电盘断路器跳闸和接地故障、伴热电路盘的各反馈回路跳闸、48V电源。

　　就地温度指示箱显示伴热管道的流体温度，供操作员监视。温度控制器为了控制每个伴热原件的供电，温度控制器采用温包式，温包和毛细管要求为不锈钢材质，毛细管应当使用316L的不锈钢保护管进行机械保护，微动开关为氮气密封，每个伴热回路上需要一个温度控制器。

　　热电偶用来测量被伴热管道的温度，选用K型单支热电偶，不锈钢外套。所有热电偶的冷端通过热电偶接线箱内的压接端子，将两路热电偶信号送给就地温度指示箱。

　　(2)随着PLC在火电厂的广泛应用，采用了PLC作为控制核心代替了温控器，采用分布式结构，分为监视层、过程控制层和现场设备层。

　　监视层设置一个操作员站，布置在辅控室的工控机配置一台液晶显示器，监视层通过现场总线接收各过程控制的数据信息，在操作员站实现对整个系统状态的监视。

　　过程控制站用于采集现场测温传感器铂电阻、系统设备的配电故障信号以及备用回路投入信号等，通过信号处理，实现对伴热元件的逻辑控制并通过网络将过程信息及报警信息发送到主控室。系统信号的采集由过程控制站完成，过程控制站具有就地显示功能，可对各电伴热回路相关信息进行巡检、就地报警功能，并且过程控制站可通过接口面板或笔记本电脑在现场进行编程或组态。

　　现场设备层包括测温传感器、电伴热元件、加热电路盘和配电盘。每个需伴热管段都装有两个双支铂电阻，分别送正常回路控制站和备用回路控制站。加热电路盘内配有降压变压器，每个回路有一个熔断器和一个接触器，对相应的电伴热元件进行供电。

　　3 两种控制方案的对比分析

　　3.1 测温元件

　　两种控制方案中，前者采用的热电偶作为测温元件，后一种则以铂电阻作为测温元件。由于热电偶的电动势较小常使用热电阻测量温度，热电偶需要冷端温度补偿，测量精度也较热电偶高。铂电阻的特点是精度高，性能稳定可靠。一般特殊工艺管线伴热系统的温度控制范围为35℃至55℃之间，此范围内铂电阻的精度稳定性都明显优于热电偶，加之铂电阻无需冷断温度补偿安装维护更加便捷，且成本明显低于热电偶加温度补偿电缆。

　　由于温控器不耐高温，在现场调试过程中出现高温容易造成温控器波纹管变形而损坏;再者现场安装时的不小心造成温控器毛细管和温包焊接处出现裂缝，造成温包内气体外泄，由于现在实际选型中一般选用国外品牌的温控器，造成维修成本和维修周期较长影响工艺使用。

　　3.2 控制系统

　　3.2.1 温包式温控器，利用气体受热膨胀的原理进行工作，它主要由感温包、传导毛细管和弹性元件组成，通过弹性元件推动微动开关的闭合与开启，从而实现对控制回路的通断。

　　3.2.2 PLC通过读取现场铂电阻温度计的电信号，通过CUP的运算和设定值的比对，通过开关量信号的输出来控制安装在机柜上的中间继电器，实现对伴热回路的接通与断开，主要特点如下：

　　(1)安装便捷，系统组态容易：PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。

　　(2)功能强，性能价格比高，PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

　　(3)硬件功能齐全，适应性强：可编程控制器已实现标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户可以根据自己的实际需求进行系统配置，组成不同功能。

　　3.2.3 工控机作为系统工程师和操作员站站，取代了温控器作为控制核心的温度报警和巡检机柜，所有的系统数据和报警显示都可以通过工控机的显示器基本上显示，在屏幕上显示工艺流程总貌、过程状态、计算结果和历史数据等，可进行数据库的生成、生产流程画面的产生，连续控制回路的组态和顺序控制的组态等所配备的打印机可完成生产过程记录报表、系统运行状态信息、生产统计报表和报警信息等的打印。

　　4 小结

　　数字化控制系统是一种发展和改进的新技术、新设备、新系统，易于使用、易于组态、易于扩展，并经过工程实践验证，具有先进、成熟、可靠性的硬件和软件，可在各种运行工况下满足各种系统的检测、控制和运行管理的要求，确保工艺系统的安全、可靠、经济运行。

　　作者：柏晓栋 来源：科技尚品 2016年3期