齊照慶（大慶油田自動化儀表有限公司）

隨著無線通訊技術、傳感器技術等先進科技的發(fā)展，自動化儀器、儀表設備在油田生產建設中起到的作用更加無法替代，因其具備較高的效率性、智能性、準確性等特點，取代傳統(tǒng)的人工儀表已成為必然的趨勢。自動化儀表設備在無線通訊等技術的支持下，已形成的自動化控制系統(tǒng)，從感知層的各類傳感器到通訊層再到上位機數(shù)據(jù)處理層，已向著智能化、智慧化、大數(shù)據(jù)的時代發(fā)展，從而大大提高了生產的質量和效率，降低了人工成本和生產風險，在油田生產中有著重要的作用，也得到了大范圍的安裝及應用，但在應用的過程中，因多種因素影響造成了大量的能源損耗，例如：在流體輸送時，由于流體特性及管道的影響，自動化設備會產生較大的阻力，導致電力能源損耗加大，據(jù)調查因流體阻力損耗的電力約占總耗電的20%。由此可見，如果能在油田的生產中采取行之有效的節(jié)能措施，對降低自動化儀表的能源損耗具有極其重要的現(xiàn)實意義。

1 自動化儀器儀表及節(jié)能的相關概念

作為油田生產系統(tǒng)中不可或缺的一部分，儀器儀表在油田各環(huán)節(jié)十分重要，充分體現(xiàn)了其顯示、檢測準確、控制各類參數(shù)、安全連鎖保護、數(shù)據(jù)分析等作用，在保證生產的同時在生產的指揮上也有著重大的指導意義。在儀表的實際使用過程中，如果設備能一直處于穩(wěn)定可靠的狀態(tài)，就可以更科學、高效的掌控生產的全過程，并且隨著信息化的發(fā)展，無線傳輸技術、大數(shù)據(jù)集成處理、各類預警功能的應用，在油田生產的緊急情況下可以對事件進行提前判斷并有效控制，因此，眾多油田單位都將自動化儀表做為了解并控制油田生產的一個重要手段。

通過對油田自動化儀表節(jié)能開展分析，其本質是指在滿足相關要求的基礎上通過計算、控制管理等多種手段，綜合考慮經濟條件、生產技術及環(huán)境等多方面因素，進而充分提高油田產業(yè)的經濟效益及能源利用率。事實上，就實現(xiàn)油田自動化儀表節(jié)能來說，其本質上涵蓋了頂層設計、方案分析、產品選型、安裝調試、系統(tǒng)維護以及后續(xù)方案的改進與優(yōu)化在內幾個方面的內容，而這幾個方面在一定程度上也是互相依托、相輔相成、缺一不可。但是，如何衡量油田自動化儀表節(jié)能是否達到了節(jié)能的效果，所參考的標準依據(jù)或參數(shù)是什么呢，這就不得不提到一個概念-節(jié)能量。而所謂的節(jié)能量顧名思義就是在一定時期內節(jié)約的能源數(shù)量，換言之，也就是完成同一個任務量時，所節(jié)省下來的能源消耗[1]。

2 油田自動化儀表節(jié)能的有效措施

針對目前油田在用儀表的實際使用情況來看，自動化儀表存在著很大的節(jié)能潛力，為將儀表的節(jié)能效果發(fā)揮出來，提出以下幾個措施，以達到與國家節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略相符合的標準要求。

2.1 對自動化儀表的傳輸阻力進行有效控制

在油田各項生產和現(xiàn)場操作過程中，由于自動化儀表與地面流體發(fā)生了直接接觸，所以不可避免會產生相應的阻力，隨著阻力的增大，消耗的能量也會增大。流體在線路傳輸?shù)倪^程中，介質與流量儀表及閥組之間產生的阻礙占的比重相對較高，因此，實現(xiàn)節(jié)能的關鍵方法是降低儀表對介質傳輸?shù)淖璧K。

1）在各種流量測量裝置中增大節(jié)流裝置的直徑比，在油田的實際生產運行中，廣泛的應用了節(jié)流裝置，使用的范圍約為三分之二。從流體的性質來講，其本身是具有一定黏性的，因此，當液體傳輸經過節(jié)流器件時，節(jié)能件形成的漩渦以及克服摩消耗掉了較多的能量，并且液體的靜壓力在傳輸過程中，通過節(jié)流裝置后也會存在相應的壓力損失，且不能完全恢復[2-3]。這就可以說明，壓力損失、直徑比兩者之間是反比的關系，也就是說想要減少壓力損失，就需要使相應的直徑比增大，才能達到節(jié)能的目標。

2）通過對調節(jié)閥進行控制達到節(jié)能的目的，那么如何對優(yōu)化使用調節(jié)閥呢，首先引入一個調節(jié)閥的閥阻比的概念，具體涵義是指的是在閥體全開的狀態(tài)下，壓力降低的值與管路總體壓力降低的比值，用S表示，其數(shù)值越大，就表示損失在閥上的能量越多。按照實際使用情況測算S值即閥組比的取值通常的范圍在0.3～0.5，在介質為氣體時，閥組比相對較高，會高于0.5。在油田的生產中我們利用調節(jié)閥控制流量，通過減低調節(jié)閥的閥阻比，可大大降低應用過程中機泵運轉產生的電力消耗，從而達到節(jié)能降耗的目的。

2.2 充分利用交流變頻技術

一般來講，在石油、工業(yè)的生產指揮自動化系統(tǒng)中，為滿足控制離心泵出口流量的需求，所使用的調節(jié)器需要根據(jù)工況設定最佳PID值進行調節(jié)控制，進而對調節(jié)閥的開度流量起到相應的控制效果。但需要注意的是，這種在規(guī)律下進行調節(jié)控制的調節(jié)方案是存在一定缺陷的。主要可以體現(xiàn)在兩點：第一，節(jié)能性較差，這種是以變阻力元件為主要元配件進行工作調節(jié)的調節(jié)器裝置，其本身是存在一定能量損耗的；第二，經濟性較小，因為該裝置下，離心泵的出口側面設置有截止閥，用以配合調節(jié)閥的正常運行，這就限制了泵的選擇，要求所選用的離心泵必須要具備較大的額定功率，以滿足負荷不斷變化的動力需求，這就會造成一定的功率浪費，同時也不利于實現(xiàn)經濟的調節(jié)方案。

為此，若能針對這一問題進行相應的改革與完善，就能夠起到較好的節(jié)能效果。而當前不斷發(fā)展的電子科技技術與信息技術正好為我們提供了有力的技術支持。在電子科技的推動下，變頻節(jié)能調速器逐漸被研發(fā)并被廣泛應用在各個工業(yè)生產領域。這是因為變頻調速器具有很好的節(jié)能效果，且更加經濟方便，極大的提高了設備的運行效率。在工業(yè)化工生產系統(tǒng)中的調速器，同樣可以充分利用高性能的變頻技術來改善其調節(jié)方案。即實用變頻調速器來控制泵的出口流量（圖1）。使用交流變頻調速器的優(yōu)越性主要可以體現(xiàn)在三點：其一，安裝方式具有非接觸、無阻力的特點；其二，控制的過程是由變頻調速器對泵的轉速直接進行控制，能夠更容易對流量進行有效的控制；其三，采用了大范圍無級調速，調節(jié)效果會更好，省去了調節(jié)閥等一系列環(huán)節(jié)減少了外部的影響因素。按照原則選用機泵以及調節(jié)閥上的壓降，通過變頻控制器共同組成調節(jié)系統(tǒng)，提高整體的效率，這種方式預計能夠減少電能消耗約30%，而對于那些原有機泵選擇過盈量太多，或者機泵在生產時低負荷運行的，節(jié)能效果相對而言更佳顯著。

圖1 變頻調速控制

2.3 選擇無壓損或低壓損的自動化儀表使用

在測試流體流量時，節(jié)能裝置在其實際測試過程中存在的壓損較大，而節(jié)能裝置的使用率很高，約為70%。伴隨著社會的發(fā)展，環(huán)保和節(jié)能已經成為了當代的主題詞，因此，在工業(yè)領域，無壓損和低壓損儀表得到了廣泛關注。尤其是近幾年，旋進旋渦流量計和笛形均速管流量計的應用效果比較好，優(yōu)勢顯著。其具有造價低廉、壓損微小和安裝方便的特點，受到各油田一線操作人員的好評。因此，儀表的選擇是油田設計的一個重要環(huán)節(jié)，在考慮儀表性能的同時要兼顧節(jié)能，而通過研發(fā)和革新，制造出更加環(huán)保、節(jié)能的儀表也成為的儀表行業(yè)的一個新的發(fā)展方向。

2.4 對自動化儀表的運行方案進行優(yōu)化

優(yōu)化安裝位置，對調節(jié)閥合理布局，為了使調節(jié)閥的壓損降低，可以考慮將調節(jié)閥安裝在換熱器之后（圖2），因產生的大部分壓降是在流量調節(jié)閥上產生的，其過程是物料先經預熱器的預熱，再通過閃蒸罐進行閃蒸。將調節(jié)閥布置在閃蒸罐的入口處，這樣可以有效的控制換熱器物料的氣化。

而如果將調節(jié)閥在安裝換熱器之前，在操作過程中調節(jié)閥自身會存在壓損（圖3），同時會降低物料在進入換熱器時產生的壓力，而在換熱器內進行加熱所用的蒸汽量也會隨之降低，因此，對裝置的合理布局，在一定程度和情況下可以起到明顯的節(jié)能效果[4-5]。

圖2 調節(jié)閥在換熱器之后

圖3 調節(jié)閥在換熱器之前

2.5 數(shù)字化油田建設對節(jié)能的效果

當今的時代，是信息的時代，那么在實際的油田生產中，更好的引入和運用大數(shù)據(jù)、云平臺、無線通訊、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)處理等概念，并將其應用在抽油機井及各計量間當中十分重要，且對合理下達生產指令有著非常巨大的意義。

抽油機井是油田作業(yè)的重要工具，其種類繁多，而抽油機設計的運行參數(shù)不能完全與井口的實際情況進行匹配，在不同油井不同負荷的情況下，如何調整抽油機的狀態(tài)，使兩者參數(shù)最大可能的達到統(tǒng)一，使抽油機的工作狀態(tài)保持在最佳水平，最大限度的提高其工作能力，做到低碳開發(fā)，保證節(jié)能開采，這是問題的關鍵所在。

數(shù)字化抽油機是集數(shù)據(jù)采集、傳輸和遠程控制多種功能于一體的多功能抽油機，配有多種數(shù)字化設備，主要包括：數(shù)字化抽油機智能控制柜、三項電參采集器、電動機變頻控制、一體化載荷懸繩器、傳感器、平衡調節(jié)裝置等這些設備共同承擔著對油井參數(shù)進行采集、傳輸、數(shù)據(jù)分析、對抽油機進行遠程啟?？刂茖Τ橛蜋C的運行狀態(tài)進行報警，根據(jù)井口參數(shù)，對最佳的沖速進行判斷、調節(jié)，利用動平衡達到節(jié)約能源的目的，通過無線傳輸，將后臺分析的結果轉化成信號，傳遞給變頻器，通過調整將電動機的輸入頻率調整到最佳狀態(tài)，使抽油機平衡效果更好，驅動電動機使用壽命更長，功率更小，提高生產效率的同時節(jié)約了人工、電量消耗等成本，減少了設備損耗和維修費用[6]。

通過實際測算，數(shù)字化抽油機與同一型號的常規(guī)抽油機相比電動機功率因數(shù)和地面效率更高，平衡度更好，無功功率更低，這些也都表明了數(shù)字化抽油機在節(jié)能方面的作用。

3 結論

總之，今天信息時代，網(wǎng)絡技術，計算機技術，自動化儀器儀表也將成為高新技術中的一員，工業(yè)自動化儀器儀表技術已經得到了更新，并不斷向節(jié)能減排的領域拓展。節(jié)能已成為普遍關注的主題，成為了我國工業(yè)發(fā)展的前提條件與方向，這關系到我國整個經濟體系的發(fā)展，同時，也關系到企業(yè)的自身利益，環(huán)保、節(jié)能、創(chuàng)效必然是新時代企業(yè)應該具備的基本素質。