由于很多氣田處在北方寒冷地區(qū)，為了避免集氣輸送過程中出現(xiàn)凍堵、冷凝現(xiàn)象，經(jīng)常會在其集輸過程中進行電伴熱處理。常規(guī)的電伴熱系統(tǒng)，主要依靠金屬電阻絲或者碳纖維束結(jié)導(dǎo)線對管道進行加熱處理的，它的發(fā)熱控制屬于定功率加熱，只能在有效溫度區(qū)間之內(nèi)，可以發(fā)揮良好的作用，一旦介質(zhì)溫度超過這個區(qū)間，它的工作效能將大大下降。為此工程技術(shù)人員發(fā)明了一種帶PID調(diào)節(jié)器的天然氣集輸管道電伴熱系統(tǒng)，它能根據(jù)不同的外在環(huán)境條件，對發(fā)熱功率進行自動化的控制，這大大提高了其對環(huán)境變化的適應(yīng)能力，很好完成了對天然氣的伴熱處理，避免天然氣在運輸過程中出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象。
1、PID調(diào)節(jié)器的基本工作原理
PID調(diào)節(jié)器又稱為比例、微分、積分控制器，它分為數(shù)字PID調(diào)節(jié)器和模擬PID調(diào)節(jié)器，它在運行過程中會對被控制量和給定量的差值進行比例、微分、積分、運輸，并將運算的結(jié)果進行相加處理，并合成有效控制信號，用于直接對執(zhí)行器件進行控制。
PID調(diào)節(jié)具有相應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)動作迅速、余差小、能根據(jù)偏差信號的變化趨勢而變化的有點，是目前在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最對也最成熟的自動控制技術(shù)。它具有非常高的魯棒性，非常適合那些沒有詳細數(shù)學模型的控制系統(tǒng)，隨著微型單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用范圍越來越廣。
2、PID調(diào)節(jié)器在天然氣管道電伴熱上的應(yīng)用
由于在本方寒冷地區(qū)平均氣溫變化較快，采用常規(guī)的伴熱技術(shù)往往很難達到很好的效果，不是造成電能的過多浪費，就是造成集輸質(zhì)量的下降。將PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)有效應(yīng)用在了天然氣管道電伴熱系統(tǒng)中，可以有效穩(wěn)定天然氣的傳輸溫度，這大大減少了過多的電能消耗和帶來電伴質(zhì)量的提高，在實際工作中發(fā)揮出了非常好的應(yīng)用效果。
帶PID調(diào)節(jié)器的天然氣管道伴熱系統(tǒng)主要由PID調(diào)節(jié)器、功率調(diào)節(jié)器、電伴熱帶、溫度傳感器組成。溫度傳感器布置在天然氣的出井出，主要用于對出井天然氣溫度的測量，并將測量溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過數(shù)據(jù)傳輸總線，將溫度數(shù)據(jù)傳送到調(diào)節(jié)器中。還有一個溫度傳感器布置在管道中，它也會對管道中天然氣的溫度進行實時采集，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果也傳輸?shù)絇ID調(diào)節(jié)器中。PID調(diào)節(jié)器會對兩個溫度信號的差值進行比例、微分、積分運算，并將實際運算結(jié)果進行累加，最終形成控制信號。此控制信號用于直接對功率調(diào)節(jié)器進行控制，以此來控制功率調(diào)節(jié)器的輸出電壓，該電壓將直接作用于電伴熱帶，并根據(jù)電壓高低的不同，而釋放出不同的發(fā)熱功率。
3、PID調(diào)節(jié)電伴熱與常規(guī)電伴熱效果的比較
常規(guī)的電伴熱系統(tǒng)屬于定功率發(fā)熱系統(tǒng)，在管道溫度較高時，將造成大量電能的浪費，當管道溫度較低時，又不能起到很好的防凍堵效果。而在采用PID調(diào)節(jié)電伴熱系統(tǒng)后，系統(tǒng)會將管道溫度和設(shè)定溫度進行比較，并計算出差值，并利用差值自動對電伴熱系統(tǒng)的發(fā)熱功率進行調(diào)整，它能將管道溫度的波動控制在一個較小的范圍，這樣就大大節(jié)約了無謂電能的浪費，也能起到應(yīng)有的防凍堵作用。
目前該技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，由于環(huán)境和集氣運輸要求的不同，這對PID調(diào)節(jié)器有著不一樣的技術(shù)要求，因此對其比例、微分、積分參數(shù)的確定就顯得十分重要，這也是該技術(shù)應(yīng)用中的難點，大家可閱讀白志剛編著的《自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析與PID整定》輕松學習PID整定技術(shù)。目前通常采用的參數(shù)調(diào)整方法有經(jīng)驗法和現(xiàn)場調(diào)試法，經(jīng)驗法主要利用技術(shù)工程人員在長期的工作當中所摸索的經(jīng)驗，調(diào)試法主要通過現(xiàn)場調(diào)整參數(shù)，并實際運行，如果效果不好，再對參數(shù)進行調(diào)整，直到到達滿意的應(yīng)用效果為止，因此其調(diào)整周期往往較長，但其對調(diào)試人員的要求會大大降低。
在我國的北方有大量的天然氣田，天然氣在實際集輸過程中，很容易受到寒冷天氣的影響，而產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象。為此一般都要對管道進行電伴熱處理，傳統(tǒng)的電伴熱系統(tǒng)，不能良好適應(yīng)天然氣出井口溫度變化的影響，不僅對電能浪費巨大，有時也不能起到很好的防凍堵作用。而帶PID調(diào)節(jié)器的電伴熱系統(tǒng)很好的解決了這個問題，它能將管道溫度穩(wěn)定在一個比較小的區(qū)間， 因此既節(jié)能又可以起到有效的防凍堵效果，實際生產(chǎn)中應(yīng)大力推廣使用該技術(shù)。
作者簡介： 張冉，中國石化中原油田普光分公司采氣廠大灣采氣區(qū)
