CN203980655U - 电磁感应加热智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及油田井口管线加热装置技术领域，是一种电磁感应加热智能控制装置，其包括中频电流发生器、井口导磁油管、电磁感应线圈、控制器和油温传感器，电磁感应线圈缠绕在井口导磁油管的外侧，保温层包裹在电磁感应线圈的外侧，油温传感器位于井口导磁油管的内部，油温传感器的信号输出端与控制器的第一信号输入端电连接，控制器的第一指令输出端与中频电流发生器的指令接收端电连接，中频电流发生器的输出端与电磁感应线圈的输入端电连接。本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其利用电磁感应原理加热原油，解决气候条件恶劣、油质较为粘稠油区在原油采输过程中井口端的加热降粘问题。

Description

电磁感应加热智能控制装置

技术领域

本实用新型涉及油田井口管线加热装置技术领域，是一种电磁感应加热智能控制装置。

背景技术

目前，陆地油田对井口管线的加热方式主要分为电加热和加热炉加热，常见的电加热有电伴热带和电热棒两种，这两种均属于电阻式热传导加热方式，热损失大且寿命较短。加热炉加热的燃料多为燃气、燃油和燃煤，对地域资源依赖较大，且热效率低，维修频繁，弊端较多。

发明内容

本实用新型提供了一种电磁感应加热智能控制装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决电阻式热传导加热方式热损失大、寿命短的问题，以及加热炉加热对地域资源依赖大、热效率低、维修频繁的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种电磁感应加热智能控制装置，包括中频电流发生器、井口导磁油管、电磁感应线圈、控制器和油温传感器，电磁感应线圈缠绕在井口导磁油管的外侧，保温层包裹在电磁感应线圈的外侧，油温传感器位于井口导磁油管的内部，油温传感器的信号输出端与控制器的第一信号输入端电连接，控制器的第一指令输出端与中频电流发生器的指令接收端电连接，中频电流发生器的输出端与电磁感应线圈的输入端电连接。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述中频电流发生器包括整流器、滤波器和逆变电路，整流器的输出端与滤波器的输入端电连接，滤波器的输出端与逆变电路的输入端电连接，控制器的第一指令输出端与逆变电路的指令输入端电连接，逆变电路的输出端与电磁感应线圈的输入端电连接。

上述电磁感应加热智能控制装置还包括管壁温度传感器，管壁温度传感器固定安装在井口导磁油管的内壁上，管壁温度传感器的信号输出端与控制器的第二信号输入端电连接。

上述电磁感应加热智能控制装置还包括加热箱，加热箱包括第一箱体、第一底座、支撑架、第一箱门、加强板和第一防雨顶盖，第一箱门安装在第一箱体的正面，第一箱体固定安装在第一底座上，井口导磁油管位于第一箱体内部并通过支撑架固定安装在第一底座上，第一箱体的上部安装有第一防雨顶盖，井口导磁油管的进油口位于第一箱体的左下侧，井口导磁油管的出油口位于第一箱体的右上侧，第一底座上固定安装有纵横交错的加强板，第一箱体的底部设有穿线孔；或/和，井口导磁油管为钢管。

上述电磁感应加热智能控制装置还包括中频电源控制箱，中频电源控制箱包括第二箱体、第二底座、第二箱门和第二防雨顶盖，第二箱门安装在第二箱体的正面，第二箱体的上部固定安装有第二防雨顶盖，第二箱体固定安装在第二底座上，第二箱体内部通过隔板分为上箱体和下箱体，中频电流发生器位于下箱体内部并固定安装在下箱体的内壁上，下箱体的内壁上还固定安装有交流接触器、电流互感器、空气开关，上箱体的内壁上固定安装有检测仪表、指示灯和按钮，第二箱体的底部设有穿线孔，第二箱体的侧壁上安装有横梁支架。

本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其在井口导磁油管的外壁上缠绕电磁感应线圈，并在线圈的外侧包裹保温层，利用电磁感应原理，电磁感应线圈通电后形成电涡流，电涡流的焦耳效应能将井口导磁油管加热，原油经过井口导磁油管时会将热量带走，进而实现了热交换，解决气候条件恶劣、油质较为粘稠油区在原油采输过程中井口端的加热降粘问题，保温层能够减少热量的散失，节约能源；在井口导磁油管的内部安装油温传感器，在井口导磁油管的内壁上安装管壁温度传感器，能够快速准确地控制加热温度。利用电磁转换使发热材料，具有如下优点：1.加热快速，热流密度大，流动介质加热快速；2.控温准确，断电即断磁，可快速停止加热；3.加热均匀，电磁感应使发热材料产生涡流而产生热量，热传导的方向垂直于流动介质的流动方向，使层流变成紊流，流动介质的受热更加均匀稳定；4.安全性好，电涡流使发热材料产生热量，避免火灾风险；5.电磁加热方式大大降低了原油分子的结合力，使稠油在较低温度下输送而不会凝结。

附图说明

附图1为本实用新型最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图2为本实用新型最佳实施例的控制流程框图。

附图3为中频电流发生器的结构示意图。

附图4为本实用新型最佳实施例的加热箱的主视剖视结构示意图。

附图5为附图4在A-A处的剖视结构示意图。

附图6为附图4的俯视结构示意图。

附图7为附图4在B-B处的剖视结构示意图。

附图8为本实用新型最佳实施例的中频电源控制箱的主视剖视结构示意图。

附图9为附图8在C-C处的剖视结构示意图。

附图10为附图8的俯视结构示意图。

附图11为附图8在D-D处的剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为中频电流发生器，2为井口导磁油管，3为电磁感应线圈，4为保温层，5为油温传感器，6为整流器，7为滤波器，8为逆变电路，9为管壁温度传感器，10为第一箱体，11为第一底座，12为支撑架，13为第一箱门，14为加强板，15为第一防雨顶盖，16为进油口，17为出油口，18为穿线孔，19为第二箱体，20为第二底座，21为第二箱门，22为第二防雨顶盖，23为隔板，24为上箱体，25为下箱体，26为交流接触器，27为电流互感器，28为空气开关，29为检测仪表，30为指示灯，31为按钮，32为横梁支架，33为原油，34为控制器。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

如附图1、2、4、5、8、9所示，该电磁感应加热智能控制装置包括中频电流发生器1、井口导磁油管2、电磁感应线圈3、保温层4、控制器34和油温传感器5，电磁感应线圈3缠绕在井口导磁油管2的外侧，保温层4包裹在电磁感应线圈3的外侧，油温传感器5位于井口导磁油管2的内部，油温传感器5的信号输出端与控制器34的第一信号输入端电连接，控制器34的第一指令输出端与中频电流发生器1的指令接收端电连接，中频电流发生器1的输出端与电磁感应线圈3的输入端电连接。这样，电磁感应线圈3通电后，会形成电涡流，电涡流的焦耳效应使井口导磁油管2发热，原油33从井口导磁油管2中流过时，会将井口导磁油管2上的热量带走，实现了热交换，解决气候条件恶劣、油质较为粘稠油区在原油33采输过程中井口端的加热降粘问题；油温传感器5可以实时检测井口导磁油管2出油口17的原油33的温度，并将检测到的油温值发送给控制器34，控制器34将检测到的油温值与设定的目标值进行对比，当检测到的油温值低于设定的目标值时，控制器34向中频电流发生器1发送控制指令，调高输送给电磁感应线圈3的电源频率，当检测到的油温值高于设定的目标值时，控制器34向中频电流发生器1发送控制指令，调低输送给电磁感应线圈3的电源频率，能够实现对原油33加热的精确控制；利用电磁感应原理加热原油具有加热快速、控温准确、加热均匀、安全性好、降低原油分子的结合力的优点；克服了电阻式热传导加热方式热损失大、寿命短的问题，以及加热炉加热对地域资源依赖大、热效率低、维修频繁的问题。

可根据实际需要，对上述电磁感应加热智能控制装置作进一步优化或/和改进：

如附图1、2、3所示，上述中频电流发生器1包括整流器6、滤波器7和逆变电路8，整流器6的输出端与滤波器7的输入端电连接，滤波器7的输出端与逆变电路8的输入端电连接，控制器34的第一指令输出端与逆变电路8的指令输入端电连接，逆变电路8的输出端与电磁感应线圈3的输入端电连接。这样，三相交流电源与整流器6的输入端电连接，整流器6的输出端经滤波器7与逆变电路8的输入端电连接，逆变电路8的输出端与电磁感应线圈3的两端电连接，油温传感器5检测到油温信号后，发送给控制器34，控制器34与逆变电路8电连接，实现自动控制与安全保护。如附图3所示，整流器6下方所示的为交流工频电流的示意图，滤波器7下方所示的为经过整流器6整流后的脉动直流电流的示意图，逆变电路8下方所示的为经过滤波器7滤波后形成的光滑平稳的直流的示意图，电磁感应线圈3下方所示的为经过逆变电路8后形成的单相频率可调的中频交流电流的示意图。

如附图1、2、4所示，上述电磁感应加热智能控制装置还包括管壁温度传感器9，管壁温度传感器9固定安装在井口导磁油管2的内壁上，管壁温度传感器9的信号输出端与控制器34的第二信号输入端电连接。这样，管壁温度传感器9可以实时检测井口导磁油管2的温度值，并将检测到的井口导磁油管2的温度值发送至控制器34，控制器34将检测到的井口导磁油管2的温度值与设定的安全温度值进行比较，如果井口导磁钢管的热量不能迅速交换给原油33，而导致井口导磁油管2的温度值高于设定的安全温度值时，控制器34就会发送控制指令给中频电流发生器1，进行断电保护，并发出报警信号，直到井口导磁油管2的温度值降低到安全温度值时，才能再次启动加热，避免火灾的发生，确保安全生产。

作为一个优选实施例，上述井口导磁油管2为钢管。钢管具有良好的导磁性，电磁感应线圈3通电后，通过电磁感应效应，可以产生很强的电涡流，电涡流可以使钢管快速升温，有利于加热从钢管中流过的原油33，同时钢管价格低廉，可以降低生产成本。

如附图4、5、6、7所示，上述电磁感应加热智能控制装置还包括加热箱，加热箱包括第一箱体10、第一底座11、支撑架12、第一箱门13、加强板14和第一防雨顶盖15，第一箱门13安装在第一箱体10的正面，第一箱体10固定安装在第一底座11上，井口导磁油管2位于第一箱体10内部并通过支撑架12固定安装在第一底座11上，第一箱体10的上部安装有第一防雨顶盖15，井口导磁油管2的进油口16位于第一箱体10的左下侧，井口导磁油管2的出油口17位于第一箱体10的右上侧，第一底座11上固定安装有纵横交错的加强板14，第一箱体10的底部设有穿线孔18。这样，加热箱可以用来放置井口导磁油管2，使井口导磁油管2和保温层4免于风吹、日晒、雨淋，保证控制装置的工作稳定性，延长使用寿命，降低维护成本。

如附图8、9、10、11所示，上述电磁感应加热智能控制装置还包括中频电源控制箱，中频电源控制箱包括第二箱体19、第二底座20、第二箱门21和第二防雨顶盖22，第二箱门21安装在第二箱体19的正面，第二箱体19的上部固定安装有第二防雨顶盖22，第二箱体19固定安装在第二底座20上，第二箱体19内部通过隔板23分为上箱体24和下箱体25，中频电流发生器1位于下箱体25内部并固定安装在下箱体25的内壁上，下箱体25的内壁上还固定安装有交流接触器26、电流互感器27、空气开关28，上箱体24的内壁上固定安装有检测仪表29、指示灯30和按钮31，第二箱体19的底部设有穿线孔18，第二箱体19的侧壁上安装有横梁支架32。这样，中频电源控制箱可以放置中频电流发生器1，使中频电流发生器1免于风吹、日晒、雨淋，保证控制装置的工作稳定性，延长使用寿命，降低维护成本。

以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本实用新型最佳实施例的使用过程：

该电磁感应加热智能控制装置由中频电源控制箱和加热箱两部分组成，采用分体式设计，以便于操作，降低安全风险。电磁感应加热智能控制装置的技术参数选择，可根据井口的实测数据来确定，本实施例以40kW，25吨/天流量的井口为例，详细说明实施方法：

如附图8、9所示，中频电源控制箱为上箱体24和下箱体25，上箱体24内安装有仪表盘，下箱体25内部安装有中频电流发生器1以及控制开关等，中频电流发生器1放置于第二箱体19的右侧。

如附图1、4、5所示，加热箱中，井口导磁油管2采用20号无缝钢管，管径可选择DN89、DN65或DN50，在井口导磁油管2的外表面均匀缠绕上耐高温（180℃）、耐电压（5000V）的电磁感应线圈3，再在电磁感应线圈3的外面包上保温层4。管壁温度传感器9安装在靠近出油口17且有电磁感应线圈3的部位，油温传感器5安装在出油口17附近。

如附图2所示，为该电磁感应加热智能控制装置的控制原理框图。

如附图4所示，加热器具有加热和换热功能，还有油汽分离功能，加热器的进油口16在下箱体25的左下部，出油口17在下箱体25的右上部，有利于油和气的分离。

如附图2、3所示，启动中频电流发生器1后，由整流器6将50/60Hz的交流电压转变成电压可调的脉动直流电压，再经过滤波电容（滤波器7）将脉动直流电压滤波，变成光滑平稳的直流电压送到单相逆变桥（逆变电路8），最后通过单相逆变桥（逆变电路8）将直流电压变成单相频率为0～1000Hz可调的中频交流电压。

如附图1、4所示，当高速变化的交流电流通过电磁感应线圈3时，电磁感应线圈3会产生高速变化的磁场，交变磁场在井口导磁油管2表面产生涡流，使井口导磁油管2发热。当原油33在井口导磁油管2内流动时，带走井口导磁油管2发出的热量。

如附图2、3所示，当油温传感器5检测到出油口17的温度达到期望值时，中频电流发生器1输出给电磁感应线圈3的加热电流慢慢变小。如果井口导磁油管2的热量不能迅速交换给原油33，而导致井口导磁油管2的管壁温度超过设定温度100℃～110℃（该值可人工调整）时，系统会自动断电，发出报警信号，直到井口导磁油管2的管壁温度降到安全值时，才再次加热。

本实施例还采用前馈补偿控制，以确保出油口17油温恒定：当井口导磁油管2的管壁温度上升到设定的出油口17油温时，由于热惯性，原油33的温度并没有达到设定值，管壁温度继续上升，通过热传导，把热能传给原油33，随着原油33的温度慢慢接近于设定值，中频电流发生器1输出给电磁感应线圈3的加热电流慢慢减小，当原油33的温度达到设定值时，加热电流减为零，此时，管壁温度要高于原油33的温度，随着原油33的流动，带走了管壁热量，管壁温度降低，但原油33的温度还高于设定值，加热电流还保持为零，如果在原油33的温度低于设定值后再施加加热电流，由于热惯性大，就会造成温度超调过大，发生危险；当检测到井口导磁油管2的管壁温度有下降趋势后，中频电流发生器1输出给电磁感应线圈3一个正的补偿给定电流，温度下降的幅度越大，输出的正补偿给定电流越大；当检测到井口导磁油管2的管壁温度有上升趋势后，中频电流发生器1输出给电磁感应线圈3的补偿给定电流为零。

Claims (9)

1.一种电磁感应加热智能控制装置，其特征在于包括中频电流发生器、井口导磁油管、电磁感应线圈、控制器和油温传感器，电磁感应线圈缠绕在井口导磁油管的外侧，保温层包裹在电磁感应线圈的外侧，油温传感器位于井口导磁油管的内部，油温传感器的信号输出端与控制器的第一信号输入端电连接，控制器的第一指令输出端与中频电流发生器的指令接收端电连接，中频电流发生器的输出端与电磁感应线圈的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的电磁感应加热智能控制装置，其特征在于中频电流发生器包括整流器、滤波器和逆变电路，整流器的输出端与滤波器的输入端电连接，滤波器的输出端与逆变电路的输入端电连接，控制器的第一指令输出端与逆变电路的指令输入端电连接，逆变电路的输出端与电磁感应线圈的输入端电连接。

3.根据权利要求1或2所述的电磁感应加热智能控制装置，其特征在于电磁感应加热智能控制装置还包括管壁温度传感器，管壁温度传感器固定安装在井口导磁油管的内壁上，管壁温度传感器的信号输出端与控制器的第二信号输入端电连接。

4.根据权利要求1或2所述的电磁感应加热智能控制装置，其特征在于电磁感应加热智能控制装置还包括加热箱，加热箱包括第一箱体、第一底座、支撑架、第一箱门、加强板和第一防雨顶盖，第一箱门安装在第一箱体的正面，第一箱体固定安装在第一底座上，井口导磁油管位于第一箱体内部并通过支撑架固定安装在第一底座上，第一箱体的上部安装有第一防雨顶盖，井口导磁油管的进油口位于第一箱体的左下侧，井口导磁油管的出油口位于第一箱体的右上侧，第一底座上固定安装有纵横交错的加强板，第一箱体的底部设有穿线孔；或/和，井口导磁油管为钢管。

5.根据权利要求3所述的电磁感应加热智能控制装置，其特征在于电磁感应加热智能控制装置还包括加热箱，加热箱包括第一箱体、第一底座、支撑架、第一箱门、加强板和第一防雨顶盖，第一箱门安装在第一箱体的正面，第一箱体固定安装在第一底座上，井口导磁油管位于第一箱体内部并通过支撑架固定安装在第一底座上，第一箱体的上部安装有第一防雨顶盖，井口导磁油管的进油口位于第一箱体的左下侧，井口导磁油管的出油口位于第一箱体的右上侧，第一底座上固定安装有纵横交错的加强板，第一箱体的底部设有穿线孔；或/和，井口导磁油管为钢管。

6.根据权利要求1或2所述的电磁感应加热智能控制装置，其特征在于电磁感应加热智能控制装置还包括中频电源控制箱，中频电源控制箱包括第二箱体、第二底座、第二箱门和第二防雨顶盖，第二箱门安装在第二箱体的正面，第二箱体的上部固定安装有第二防雨顶盖，第二箱体固定安装在第二底座上，第二箱体内部通过隔板分为上箱体和下箱体，中频电流发生器位于下箱体内部并固定安装在下箱体的内壁上，下箱体的内壁上还固定安装有交流接触器、电流互感器、空气开关，上箱体的内壁上固定安装有检测仪表、指示灯和按钮，第二箱体的底部设有穿线孔，第二箱体的侧壁上安装有横梁支架。

7.根据权利要求3所述的电磁感应加热智能控制装置，其特征在于电磁感应加热智能控制装置还包括中频电源控制箱，中频电源控制箱包括第二箱体、第二底座、第二箱门和第二防雨顶盖，第二箱门安装在第二箱体的正面，第二箱体的上部固定安装有第二防雨顶盖，第二箱体固定安装在第二底座上，第二箱体内部通过隔板分为上箱体和下箱体，中频电流发生器位于下箱体内部并固定安装在下箱体的内壁上，下箱体的内壁上还固定安装有交流接触器、电流互感器、空气开关，上箱体的内壁上固定安装有检测仪表、指示灯和按钮，第二箱体的底部设有穿线孔，第二箱体的侧壁上安装有横梁支架。

8.根据权利要求4所述的电磁感应加热智能控制装置，其特征在于电磁感应加热智能控制装置还包括中频电源控制箱，中频电源控制箱包括第二箱体、第二底座、第二箱门和第二防雨顶盖，第二箱门安装在第二箱体的正面，第二箱体的上部固定安装有第二防雨顶盖，第二箱体固定安装在第二底座上，第二箱体内部通过隔板分为上箱体和下箱体，中频电流发生器位于下箱体内部并固定安装在下箱体的内壁上，下箱体的内壁上还固定安装有交流接触器、电流互感器、空气开关，上箱体的内壁上固定安装有检测仪表、指示灯和按钮，第二箱体的底部设有穿线孔，第二箱体的侧壁上安装有横梁支架。

9.根据权利要求5所述的电磁感应加热智能控制装置，其特征在于电磁感应加热智能控制装置还包括中频电源控制箱，中频电源控制箱包括第二箱体、第二底座、第二箱门和第二防雨顶盖，第二箱门安装在第二箱体的正面，第二箱体的上部固定安装有第二防雨顶盖，第二箱体固定安装在第二底座上，第二箱体内部通过隔板分为上箱体和下箱体，中频电流发生器位于下箱体内部并固定安装在下箱体的内壁上，下箱体的内壁上还固定安装有交流接触器、电流互感器、空气开关，上箱体的内壁上固定安装有检测仪表、指示灯和按钮，第二箱体的底部设有穿线孔，第二箱体的侧壁上安装有横梁支架。