直接式电加热器多维度阶梯式联锁保护系统的制作方法

1.本实用新型涉及直接式电加热器加热再生天然气领域，特别涉及一种直接式电加热器多维度阶梯式联锁保护系统。


背景技术：

2.目前，天然气处理系统中的分子筛脱水装置中普遍使用直接式电加热器加热天然气；直接式电加热器指天然气进入加热器后，在有电加热芯的环形空间内流动一定时间后流出的装置；直接式电加热器的加热效率，分别与电加热芯的加热温度及天然气进气流量相关，目前直接式电加热器的加热温度及流量控制的模式比较单一，仅采集直接式电加热器炉膛温度作为调节天然气进气量的指标，导致出气温度误差大，直接式电加热器加热效率低，稳定性差；其次，过热保护采集直接式电加热器炉膛的温度，一旦过热会直接停止电加热芯及天然气空压机，使直接式电加热器直接停止运行；这样会使加热器频繁停机，从而带来损失。


技术实现要素：

3.本实用新型为了弥补现有技术存在的上述不足之处，提供一种直接式电加热器多维度阶梯式联锁保护系统。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
5.包括空气压缩机、直接式电加热器、天然气进气管线、排气管线和plc控制系统，直接式电加热器内设有电加热芯；在直接式电加热器上设有进口和出口，直接式电加热器进口通过天然气进气管线与所述空气压缩机出口连接，所述天然气进气管线上安装有流量计，直接式电加热器出口连接有排气管线；所述排气管线上安装有温度变送器；在直接式电加热器炉膛内设有电加热器炉膛温度监测器，所述温度变送器、电加热器炉膛温度监测器和流量计分别与所述plc控制系统的信号接收端电性连接；plc控制系统的信号输出端分别与电加热芯和空气压缩机电性连接。
6.进一步的，plc控制系统包括流量采集模块、温度采集模块和处理模块；温度变送器和电加热器炉膛温度监测器的信号输出端分别与温度采集模块的信号接收端电性连接；流量计的信号输出端与流量采集模块的信号接收端电性连接；流量采集模块与温度采集模块的信号输出端分别与处理模块的信号输入端电性连接；处理模块中包括温度流量处理组件和时间控制组件，处理模块的信号输出端分别与控制电加热芯和空气压缩机电性连接。
7.进一步的，直接式电加热器多维度阶梯式联锁保护系统还包括dcs系统，所述plc控制系统信号端与dcs系统信号端通讯连接。
8.进一步的，在排气管线上连接有放空管线，在放空管线上安装有快开式电磁阀，直接式电加热器炉膛内还安装有机械式温度开关，机械式温度开关的控制信号输出端与快开式电磁阀的信号输入端电性连接。
9.进一步的，电加热器炉膛温度监测器可采用带有模拟量输出的温控仪。温控仪可
采用k型热电偶。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
11.通过多点监测和plc控制系统的逻辑联锁，能够准确监测直接式电加热器温度的同时，对不同监测点温度所产生的高温、低温、流量过量或流量不足等情况进行及时处理，尤其是在进气流量不稳定的情况下，通过临时启停（3s-5s）和间隔启停（10s-15s）的方式实现加热器的多维控制，保证加热器对天然气加热温度的稳定效果；同时直接式电加热器在该控制下，能够减少停机次数，提高直接式电加热器的使用可靠程度；使直接式电加热器能够保证运行，同时及时维护，减少停机损失；并通过多点测温逻辑联锁控制和机械开关，实现双保险的保护。
附图说明
12.图1是本实用新型的直接式电加热器多维度阶梯式联锁保护系统的结构示意图；
13.图2为本实用新型控制系统图。
14.附图标记：1-直接式电加热器，2-机械式温度开关，3-快开式电磁阀，4-天然气进气管线，5-排气管线，6-放空管线，7-电加热器炉膛温度监测器，8-温度变送器，9-plc控制系统，10-流量计，11-空气压缩机，12-电加热芯。
具体实施方式
15.下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细阐述。
16.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体的连接、设置，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例
17.请参阅附图1所示，本实施例的直接式电加热器多维度阶梯式联锁保护系统，包括空气压缩机11、直接式电加热器1、天然气进气管线4、排气管线5和plc控制系统9，直接式电加热器1内设有电加热芯12；在直接式电加热器1上设有进口和出口，直接式电加热器1进口通过天然气进气管线4与所述空气压缩机11出口连接，所述天然气进气管线4上安装有流量计10，直接式电加热器1出口连接有排气管线5；所述排气管线5上安装有温度变送器8；在直接式电加热器1炉膛内设有电加热器炉膛温度监测器7，所述温度变送器8、电加热器炉膛温度监测器7和流量计10分别与所述plc控制系统9的信号接收端电性连接；plc控制系统9的信号输出端分别与电加热芯12和空气压缩机11电性连接。
18.本实施例中，天然气进气管线4用于向直接式电加热器1筒体内部输送待加热的天
然气，排气管线5用于将直接式电加热器1筒体内部加热后的高温天然气输送出来；
19.本实施例中，温度变送器8、电加热器炉膛温度监测器7和流量计10均为具有传感功能的仪器，能够以模拟量输出并将信号上传至plc控制系统9；
20.通过温度变送器8、电加热器炉膛温度监测器7和流量计10能分别监控排气管线5温度（出口温度）、直接式电加热器1的炉膛温度、和天然气进气管线4的流量（进口流量），通过对炉膛温度、出气温度及进气流量监测数据收集，再通过plc控制系统9的逻辑联锁控制，实现对不同监测点温度所产生的高温、低温、流量过量或流量不足等情况进行及时处理 ，尤其是在进气流量不稳定的情况下，通过临时启停（3s-5s）和间隔启停（10s-15s）的方式实现加热器的多维控制，保证加热器对天然气加热温度的稳定效果；同时直接式电加热器1在该控制下，能够减少停机次数，提高直接式电加热器1的使用可靠程度。
21.请参阅附图2所示，plc控制系统9包括流量采集模块、温度采集模块和处理模块；温度变送器8和电加热器炉膛温度监测器7的信号输出端分别与温度采集模块的信号接收端电性连接；流量计10的信号输出端与流量采集模块的信号接收端电性连接；流量采集模块与温度采集模块的信号输出端分别与处理模块的信号输入端电性连接；处理模块中包括温度流量处理组件和时间控制组件，处理模块的信号输出端分别与控制电加热芯12和空气压缩机11电性连接。
22.流量采集模块用于对流量计10监测的流量数据采集及接收；
23.温度采集模块用于对温度变送器8和电加热器炉膛温度监测器7的温度数据采集及接收；
24.处理模块用于对采集的温度及流量进行处理，包括针对不同流量和温度进行数据分析、判断并给出不同的执行指令，如对电加热芯12加热温度的控制指令、空气压缩机11流量的控制指令等；其中时间控制组件用于控制发出执行指令的时间，包括电加热芯12和空气压缩机11的启停时间。
25.plc控制系统9除流量采集模块、温度采集模块和处理模块以外，还包括电源模块，i/o模块，内存模块，智能模块和通信模块等基本功能模块，基本功能模块为现有技术，作为实现可编程控制功能的基本模块。
26.根据需要，直接式电加热器多维度阶梯式联锁保护系统还包括dcs系统，所述plc控制系统9信号端与dcs系统信号端通讯连接。dcs系统为集散控制系统，主要用来作为企业网络化管理的信息化系统；具有分散控制、集中操作特性；通过dcs系统实现加热器温度保护的集中可视化监测和操作，实现企业网络化管理的集中化管理；plc控制系统9作为dcs系统中加热器保护的专用可编程控制器的独立单元，通过plc控制系统9的独立单元来实现加热器的多维控制，不受dcs系统其他模块干扰，更加可靠；而且独立的plc控制系统9也能够使信号反馈更加快速及时，安全性，以及控制精准度及稳定性更高。
27.参阅附图1所示，在排气管线5上连接有放空管线6，在放空管线6上安装有快开式电磁阀3，直接式电加热器1炉膛内还安装有机械式温度开关2，机械式温度开关2的控制信号输出端与快开式电磁阀3的信号输入端电性连接。放空管线6用于紧急排放直接式电加热器1筒体内气体的管线；采用快开式电磁阀3与放空管线6之间形成的紧急泄放系统，能够在超温（超温：高于直接式电加热器1炉膛报警温度设定值5℃-8℃）下进行气体泄放；在plc系统和dcs系统保护失效的情况下，通过机械式温度开关2、联动快开式电磁阀3实现泄压降
温，起到双保险的作用。
28.参阅附图1所示，电加热器炉膛温度监测器7可采用带有模拟量输出的温控仪。温控仪可采用k型热电偶。
29.本实用新型的直接式电加热器多维度阶梯式联锁保护系统，为保证排气管线5中天然气温度在220℃-260℃之间，其多维度阶梯式联锁保护工作原理如下：
30.在plc控制系统9中，流量采集模块、温度采集模块采集的数据作为处理模块的输入，处理模块中温度流量处理组件中预设流量范围值和温度范围值如下表所示：
31.温度变送器8的温度范围值电加热器炉膛温度监测器7的温度范围值流量计10的流量范围值（m3/h）时间控制天然气温度过低：220℃以下加热温度过低：220℃以下流量短缺：280m3/h以下临时启停（3s-5s）需求温度：220℃-260℃之间额定温度：220℃-280℃之间流量严重不足：280m3/h-300m3/h之间间隔启停（10s-15s）天然气温度过高：260℃以上加热温度过高：280℃以上流量不足：300m3/h-400m3/h之间
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额定值：400m3/h以上 32.时间控制组件对输入的流量及温度进行判断并给予对温度变送器8和电加热器炉膛温度监测器7启停指令，综合温度流量处理组件的多点联锁控制的多维控制如下：
33.维度一：在温度变送器8温度在220℃以下时， plc控制系统9能够在进气流量额定值在400m3/h以上，以及直接式电加热器1炉膛温度在额定温度260℃-280℃之间灵活调节，以保证排气管线5内的天然气温度在220℃-260℃的需求温度之间。
34.维度二：当温度变送器8温度在260℃以上时， plc控制系统9能够在进气流量额定值在400m3/h以上，以及直接式电加热器1炉膛温度在220℃-280℃之间灵活调节，以保证排气管线5内的天然气温度在220℃-260℃的需求温度之间。
35.维度三：当温度变送器8温度在260℃以上，流量值在300m3/h-400m3/h之间，电加热器炉膛温度监测器7的温度在280℃以上时，执行临时启停，自动停止电加热芯12后，3-5秒后再启动电加热芯12，电加热芯12临时停止降温来保证排气管线5内的天然气温度在220℃-260℃的需求温度之间。
36.维度四：在温度变送器8温度在260℃以上，流量值在280m3/h-300m3/h之间，电加热器炉膛温度监测器7的温度在280℃以上时，执行间隔启停，自动停止电加热芯12后，10-15秒后再启动电加热芯12；电加热芯12通过间隔停止降温来保证排气管线5内的天然气温度在220℃-260℃的需求温度之间。
37.维度五：在温度变送器8温度在260℃以上，流量值在280m3/h以下，电加热器炉膛温度监测器7温度在220℃以下时，天然气流量不足，无法满足加热需求，停止电加热芯12及空气压缩机11。
38.维度六：在温度变送器8温度在260℃以上，流量值在400m3/h以上，电加热器炉膛温度监测器7的温度范围值280℃以上，避免高温风险，停止电加热芯12及空气压缩机11。
39.通过plc控制系统9的逻辑联锁，能够准确监测直接式电加热器1温度的同时，对不同监测点温度所产生的高温、低温、流量过量或流量不足等情况进行及时处理，使直接式电加热器1能够保证运行，并保证直接式电加热器加热效率及稳定性，减少停机损失；并通过多点测温逻辑联锁控制和机械开关，实现双保险的保护。
40.最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的
要素。本实用新型列举的实施例并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。