CN109253339A - 一种电伴热带控制方法及控制装置 - Google Patents

一种电伴热带控制方法及控制装置 Download PDF

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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

一种电伴热带控制方法及控制装置，属于电加热***领域，其特征在于：包括伴热带、温度传感器和电伴热带控制箱；电伴热带控制箱内设置有温度平衡分析子模块和电伴热带启停控制子模块；所述电伴热带与电伴热带启停控制子模块相电连接；管外温度传感器用于获取管道外表面温度；所述温度平衡分析子模块用于设置管道内介质温度随管道外表面温度变化的温度平衡曲线；并根据温度平衡曲线计算预测的介质温度。所述电伴热带启停控制子模块用于根据所述预测的介质温度控制电伴热带启停。

Description

一种电伴热带控制方法及控制装置
技术领域
本发明属于电加热***领域，尤其涉及一种电伴热带控制方法及控制装置。
背景技术
在电厂、化工厂、自来水厂等工厂中，部分管道、储罐和大部分仪表采样管线（统称为管道）未采用保温材料包裹，而选择电伴热带进行加热。电伴热带的启动和停止，一般是根据已测量的管道外表面温度来控制的，具体为：管道外表面温度受外界环境影响而变化，将测温元件安装在管道外表面，当管道外表面温度下降到0°C及以下时，电伴热带开始进行加热，当管道外表面温度上升到0°C以上时，电伴热带停止加热。
但这样加热只考虑到管道外表面温度，未考虑到管道内介质和外界传热造成的流体介质温度变化。用于电伴热的管道中的介质包括有水、蒸汽、烷烃、苯类、烷烃聚合物等，每种介质、不同材料的管道和管道***保温层的传热系数都不同，因此每种介质具有各自不同的温度平衡状态曲线。因为电伴热带最终考虑的是介质防冻或者保温，只有介质达到预设报警温度（略高于凝点0°C、沸点100°C，如液体介质的预设报警温度为5°C，蒸汽介质的预设报警温度为105°C）时，电伴热带才有必要加热。例如，假设管道内的介质温度为25°C，管道外表面温度由5°C，此时处于一个温度平衡状态，电伴热带未启动。当管道外表面温度下降到-5°C而低于0°C，电伴热带开始加热。但根据管道材料和传热系数计算，由于管道内热水向外界传热，介质温度最多下降到17°C，此时介质温度在0°C以上，介质不会冻住，这时电伴热带进行加热是没有必要的，会造成电能的浪费。且现有技术中在管道上每隔一段距离安装一个温度传感器，安装的温度传感器数量较多，装置成本较高。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种可根据当前管外温度控制电伴热带启停的电伴热带控制方法及控制装置。
本发明所述电伴热带控制方法，
获取管道外表面温度；
获取管道内介质温度；
获取管道内介质温度随管道外表面温度变化的温度平衡曲线；
根据管道外表面当前温度，结合温度平衡曲线预测管道内介质对应预测的介质温度，并依据预测的介质温度控制电伴热带启停。
本发明所述电伴热带控制方法，所述控制电伴热带启停的方法为：
获取管道外表面当前温度，依据温度平衡曲线计算对应预测的介质温度；
判断预测的介质温度低于预设报警温度，启动电伴热带持续加热；
判断预测的介质温度等于预设报警温度，启动电伴热带持续加热；
判断预测的介质温度高于预设报警温度，延时预设时间后，重复判断预测的介质温度是否高于预设报警温度，继续高于预设报警温度时，电伴热带停止加热；否则，电伴热带持续进行加热。
本发明所述电伴热带控制方法，所述预设时间为25-35秒。
本发明所述电伴热带控制方法，所述对应预测的介质温度的步骤为：设定介质当前温度值为Yi、变化后的管道外表面当前温度值为Xi+1；
1）计算介质当前温度值Yi与变化后的管道外表面当前温度值Xi+1之差：Yi- Xi+1；
2）根据公式Yi- Xi+1结合温度平衡曲线计算介质温度变化值系数δi；
3）根据公式（Yi- Xi+1）*δi计算介质温度变化值；
4）根据公式Yi -（Yi- Xi+1）*δi计算预测的介质温度Yi+1。
本发明所述电伴热带控制装置，包括伴热带、温度传感器和电伴热带控制箱；所述温度传感器包括管内温度传感器和管外温度传感器；所述管内温度传感器设置于管道内，所述管外温度传感器设置于管道外壁上；所述电伴热带控制箱内设置有温度平衡分析子模块和电伴热带启停控制子模块；所述管内温度传感器和管外温度传感器均与温度平衡分析子模块相连接；所述电伴热带与电伴热带启停控制子模块相电连接；所述电伴热带呈螺旋状设置于管道外壁上；
所述管内温度传感器用于获取管道内介质温度；
所述管外温度传感器用于获取管道外表面温度；
所述温度平衡分析子模块用于设置管道内介质温度随管道外表面温度变化的温度平衡曲线；并根据温度平衡曲线预测预测的介质温度；
所述电伴热带启停控制子模块用于根据所述预测的介质温度控制电伴热带启停。
本发明所述电伴热带控制装置，所述管内温度传感器设置于管道内壁上。
本发明所述电伴热带控制装置，所述管内温度传感器设置于管道内中轴线上。
本发明所述电伴热带控制方法及控制装置，通过获取管外温度和管内介质温度获得管道内介质温度随管道外表面温度变化的温度平衡曲线，控制过程中根据所测得当前管外温度，结合温度平衡曲线计算预测的介质温度，并根据预测的介质温度合理控制伴热带的启停，以此实现电伴热控制装置的自动启停节约电能，减少人工参与程度，有效的节省运营成本。
附图说明
图1为本发明所述电伴热带控制装置结构一示意图；
图2为本发明所述电伴热带控制装置结构二示意图
图3为本发明所述电伴热带控制装置结构框图；
图4为本发明实施二介质为水时的温度平衡曲线图；
其中1-管内温度传感器、2-管外温度传感器、3-伴热带、4-电伴热带控制箱、5-采样管、6-保温箱。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明所述电伴热带控制方法及控制装置进行详细说明。
实施例一
本发明所述电伴热带控制装置，在于保温箱6相连接的采样管5的的末端确定介质温度最低的位置，在该位置的管道内表面底部和管道外表面底部各安装一个温度传感器。管道内、外表面的温度均受到环境温度和介质温度的影响，其中，管道外表面温度主要受环境温度影响，管道内表面温度主要受介质温度影响。如图1所示，包括伴热带3、温度传感器和电伴热带控制箱4；所述温度传感器包括管内温度传感器1和管外温度传感器2；所述管内温度传感器1设置于管道内，所述管外温度传感器2设置于管道外壁上；如图3所示，所述电伴热带控制箱4内设置有温度平衡分析子模块和电伴热带启停控制子模块；所述管内温度传感器1和管外温度传感器2均与温度平衡分析子模块相连接；所述电伴热带3与电伴热带启停控制子模块相电连接；所述电伴热带3呈螺旋状设置于采样管5的管道外壁上；所述管内温度传感器1用于获取管道内介质温度；所述管外温度传感器2用于获取管道外表面温度；所述温度平衡分析子模块用于设置所述管道内介质温度随所述管道外表面温度变化的温度平衡曲线，如果所述管道外表面温度发生变化，根据温度平衡经验曲线预测新的平衡状态的介质温度。温度平衡状态指所述介质温度和所述管道外表面温度不再发生变化，保持一个动态平衡。根据多次采集处于动态温度平衡状态前、后的介质温度值和管道外表面温度值，得到多组“介质当前温度值与变化后的管道外表面当前温度值之差”、“介质温度变化值系数”数据；如图4所示，最终将这些非线性的数据转换为折线函数δi=f(Zi)（其中Zi为介质当前温度值Yi与变化后的管道外表面当前温度值Xi+1之差Yi- Xi+1，δi为介质温度变化值系数），并绘制出其对应的温度平衡曲线。所述电伴热带启停控制子模块用于根据所述预测的介质温度控制电伴热带3启停。所述管内温度传感器1设置于管道内壁上。
本发明所述电伴热带控制方法包括如下具体步骤：
获取管道外表面温度；
获取管道内介质温度；
获取管道内介质温度随管道外表面温度变化的温度平衡曲线；
获取管道外表面当前温度，依据温度平衡曲线预测对应预测的介质温度；
设定介质当前温度值为Yi、变化后的管道外表面当前温度值为Xi+1；
1）计算介质当前温度值Yi与变化后的管道外表面当前温度值Xi+1之差：Yi- Xi+1；
2）根据公式Yi- Xi+1结合温度平衡曲线计算介质温度变化值系数δi；
3）根据公式（Yi- Xi+1）*δi计算介质温度变化值；
4）根据公式Yi -（Yi- Xi+1）*δi计算预测的介质温度Yi+1，i≥1且为整数。
判断预测的介质温度低于预设报警温度，启动电伴热带3持续加热；
判断预测的介质温度等于预设报警温度，启动电伴热带3持续加热；
判断预测的介质温度高于预设报警温度，延时30s后，重复判断预测的介质温度是否高于预设报警温度，继续高于预设报警温度时，电伴热带3停止加热；否则，电伴热带3持续进行加热。
实施例二
在实施例一的基础上，在本实施例中，管道中所设置的介质为水，经过多次实验采集获得的温度平衡曲线如图4所示，将所述管内温度传感器1设置于管道内中轴线上；如图2所示，将管内温度传感器1设置于管道内中央位置处，便于温度传感器完全置于介质中，可以更加充分的和介质相接触，提高温度测量的及时性与准确性。
进行温度控制时，先计算管道外表面温度变化值，即管道外表面温度当前值与管道外表面温度初值的差，再通过温度平衡曲线函数得到预测介质温度变化值，最后计算预测的介质温度值。
当管道外表面温度初值X1=20°C, 介质温度初值Y1=20°C时，二者处于一个平衡状态，当管道外表面温度变化为X2=15°C时，介质温度Y会下降。
先通过温度差值Y1- X2和如图4所示温度平衡曲线函数，计算介质温度变化值系数δ1（此时δ1=0.4），再通过估算公式计算：Y1–Y2=（Y1- X2）*δ1，即为20- Y2=（20-15）*0.4，最终计算出预测介质温度值Y2=18。
如图4所示，在水介质的温度平衡曲线中，Yi- Xi+1的死区为（-2,2），即当-2℃<Yi-Xi+1<2℃时，δi没有输出值。设置这个死区，是因为当介质温度Yi和管道外表面温度Xi+1较为接近时，Yi- Xi+1较小，比如1.5°C，此时介质温度基本不会变化，所以没有必要预测介质温度值。
电伴热带自动启动过程：预测的介质温度小于等于预设报警值且电伴热带处于停止状态，电伴热带自动启动；
电伴热带自动停止过程：预测的介质温度大于预设报警值且电伴热带处于启动状态，延时预设时间后：如果预测的介质温度大于预设报警值且电伴热带处于启动状态，电伴热带自动停止；如果预测的介质温度小于等于预设报警值且电伴热带处于启动状态，电伴热带保持启动运行状态。
实施例三
在本实施例中，管道内介质只要求防冻，需要保持介质温度在0°C以上，此时设置预设报警温度为5°C。当管道内的介质温度为25°C，管道外表面温度为7°C，处于一个温度平衡状态；当管道外表面温度受到环境变化影响下降到-15°C时，根据温度平衡曲线，预测管道内的介质温度最多下降到5°C，达到预设报警温度，此时电伴热带3开始加热。如果预测的介质温度低于5°C，电伴热带3持续进行加热；如果预测的介质温度高于5°C，则延时30秒后再判断：如果此时预测的介质温度还是高于5°C，电伴热带3停止加热；如果此时预测的介质温度不高于5°C，电伴热带3持续进行加热。
实施例四
在本实施例中，管道内介质只要求保温，需要保持介质温度在45°C以上，预设报警温度设置为50°C。当管道内的介质温度为65°C，管道外表面温度为43°C，处于一个温度平衡状态；当管道外表面温度受到环境变化影响下降到 26°C时，根据温度平衡曲线，预测管道内的介质温度最多下降到50°C，达到预设报警温度，此时电伴热带3开始加热。如果预测的介质温度低于50°C，电伴热带3持续进行加热；如果预测的介质温度高于50°C，则延时30秒后再判断：如果此时预测的介质温度还是高于50°C，电伴热带3停止加热；如果此时预测的介质温度不高于50°C，电伴热带3持续进行加热。
上述实施例仅是本申请部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种电伴热带控制方法，其特征在于：
获取管道外表面温度；
获取管道内介质温度；
获取管道内介质温度随管道外表面温度变化的温度平衡曲线；
根据管道外表面当前温度，结合温度平衡曲线计算管道内介质对应预测的介质温度，并依据预测的介质温度控制电伴热带启停。
2.根据权利要求1所述电伴热带控制方法，其特征在于：所述控制电伴热带启停的方法为：
获取管道外表面当前温度，依据温度平衡曲线计算预测的介质温度；
判断预测的介质温度低于预设报警温度，启动电伴热带持续加热；
判断预测的介质温度等于预设报警温度，启动电伴热带持续加热；
判断预测的介质温度高于预设报警温度，延时预设时间后，重复判断预测的介质温度是否高于预设报警温度，继续高于预设报警温度时，电伴热带停止加热；否则，电伴热带持续进行加热。
3.根据权利要求2所述电伴热带控制方法，其特征在于：所述预设时间为25-35秒。
4.根据权利要求2或3所述电伴热带控制方法，其特征在于：所述预测对应预测的介质温度的步骤为：设定介质当前温度值为Yi、变化后的管道外表面当前温度值为Xi+1；
1）计算介质当前温度值Yi与变化后的管道外表面当前温度值Xi+1之差：Yi- Xi+1；
2）根据公式Yi- Xi+1结合温度平衡曲线计算介质温度变化值系数δi；
3）根据公式（Yi- Xi+1）*δi计算介质温度变化值；
4）根据公式Yi -（Yi- Xi+1）*δi计算预测的介质温度Yi+1。
5.一种电伴热带控制装置，其特征在于：包括伴热带、温度传感器和电伴热带控制箱；所述温度传感器包括管内温度传感器和管外温度传感器；所述管内温度传感器设置于管道内，所述管外温度传感器设置于管道外壁上；所述电伴热带控制箱内设置有温度平衡分析子模块和电伴热带启停控制子模块；所述管内温度传感器和管外温度传感器均与温度平衡分析子模块相连接；所述电伴热带与电伴热带启停控制子模块相电连接；所述电伴热带呈螺旋状设置于管道外壁上；
所述管内温度传感器用于获取管道内介质温度；
所述管外温度传感器用于获取管道外表面温度；
所述温度平衡分析子模块用于设置管道内介质温度随管道外表面温度变化的温度平衡曲线；并根据温度平衡曲线计算预测的介质温度；
所述电伴热带启停控制子模块用于根据所述预测的介质温度控制电伴热带启停。
6.根据权利要求5所述电伴热带控制装置，其特征在于：所述管内温度传感器设置于管道内壁上。
7.根据权利要求5所述电伴热带控制装置，其特征在于：所述管内温度传感器设置于管道内中轴线上。
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