郇亮(大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠工程技術(shù)大隊(duì)儀表室，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

近年來，我國現(xiàn)代化水平不斷提升，對能源的需求逐漸加大，石油行業(yè)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，也更加重視科技創(chuàng)新的歷練，開發(fā)和應(yīng)用多種自動化機(jī)械設(shè)備，提升生產(chǎn)質(zhì)量和效率。其中自動化儀表發(fā)揮了顯著的作用，保證了儀表數(shù)據(jù)的精度，也促進(jìn)了自動化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提升了石油生產(chǎn)的自動化程度，促進(jìn)了人力成本的節(jié)約，但是，也帶來了大量的能源消耗，不符合國家節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的政策，也不利于石油行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，走可持續(xù)發(fā)展道路。由于自動化儀表在石油生產(chǎn)中的不可替代性，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視自動化儀表的節(jié)能降耗工作，通過有效的節(jié)能方法對自動化儀表的耗能做出控制促進(jìn)石油行業(yè)綠色發(fā)展。

1 自動化儀表概述

自動化儀表是石油行業(yè)中的重要儀器設(shè)備，有自動化元件組成，是石油生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分，具有較高的自動化水平以及多樣化的功能，能夠精確的測量相關(guān)數(shù)據(jù)并顯示出來，還能夠記錄數(shù)據(jù)以供查詢。自動化儀表本身具有系統(tǒng)性，這主要是關(guān)于測量數(shù)據(jù)形成的，也是總系統(tǒng)的一部分，可以根據(jù)信息形式的轉(zhuǎn)換原理，把輸入的信號轉(zhuǎn)換成輸出的信號。信號可以按時間域或頻率域表達(dá)，信號的傳輸則可調(diào)制成連續(xù)的模擬量或斷續(xù)的數(shù)字量形式。在石油行業(yè)的生產(chǎn)活動中，自動化儀表能夠獲得并顯示出精確的數(shù)據(jù)、操作難度小、可以發(fā)出警報和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及信號傳輸，具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，是自動化控制系統(tǒng)的眼睛，并且隨著科技的進(jìn)步，一直朝著智能化、總線化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢發(fā)展。

2 油田自動化儀表節(jié)能的重要性

油田自動化儀表的應(yīng)用貫穿油田生產(chǎn)的全過程，在其中發(fā)揮了重要作用，保證了油田生產(chǎn)工作順利開展。自動化儀表能夠?qū)Ω黜?xiàng)數(shù)據(jù)包括各項(xiàng)工藝參數(shù)等進(jìn)行檢測和控制，將數(shù)據(jù)顯示出來并生成記錄，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可回溯，以便通過數(shù)據(jù)表現(xiàn)出油田生產(chǎn)和運(yùn)行的狀態(tài)，為管理工作提供幫助。自動化儀表的精確性和能否正常運(yùn)行，關(guān)系著油田工作能否高效開展，既是生產(chǎn)過程中重要的儀器設(shè)備，更是管理工作中重要的控制手段，既能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，也能夠及時反映出異常數(shù)據(jù)和故障情況并進(jìn)行警報，維護(hù)油田生產(chǎn)和管理的安全性和秩序。

由于自動化儀表具有檢測、記錄等一系列的功能，因此，在油田生產(chǎn)管理過程中大量應(yīng)用自動化儀表，有助于有效提升工作效率，促進(jìn)自動化控制系統(tǒng)高效、高水平運(yùn)作。自動化儀表的大量應(yīng)用，提升了傳統(tǒng)儀表的精密度，豐富了自動化控制系統(tǒng)，提升了油田生產(chǎn)的效率和自動化質(zhì)量，但是大量儀表的應(yīng)用也會造成大量能源消費(fèi)，尤其是電力，在運(yùn)行過程中也存在著并不必要的消耗，違背的節(jié)能降耗的目的，也會影響自動化儀表的檢測控制性能。

自動化儀表本身就是一個系統(tǒng)，因此對節(jié)能降耗方法的技術(shù)性也會相對較高。不僅僅要著眼于自動化儀表本身，更要結(jié)合其運(yùn)行狀況，將自動化儀表放置在油田生產(chǎn)管理的整個自動化控制系統(tǒng)來進(jìn)行節(jié)能方法的制定，超出對儀表材料的思考，借助科學(xué)性的技術(shù)和管理思想來設(shè)計出更加行之有效的方案來促進(jìn)自動化儀表的節(jié)能應(yīng)用。

在進(jìn)行節(jié)能方法的探析的過程中，應(yīng)當(dāng)先明確節(jié)能指標(biāo)，也就是自動化儀表能夠并且應(yīng)該達(dá)到的能源節(jié)約量，這個指標(biāo)的制定必須要結(jié)合到儀表的實(shí)際狀況，不能夸夸其談，也不能太容易達(dá)到，并在節(jié)能指標(biāo)的約束下，從自動化儀表的設(shè)計、安裝、優(yōu)化等全過程和多個方面進(jìn)行節(jié)能方法的制定，這樣才能達(dá)到更好的節(jié)能效果。

自動化儀表的節(jié)能必須要在保證儀表正常應(yīng)用和性能不受損的前提下進(jìn)行，不能為了達(dá)到節(jié)能目的而犧牲自動化儀表的應(yīng)用優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)從技術(shù)層面、儀表的應(yīng)用環(huán)境層面以及經(jīng)濟(jì)層面進(jìn)行綜合考慮，實(shí)現(xiàn)自動化儀表與其它油田生產(chǎn)環(huán)節(jié)或設(shè)備的優(yōu)化協(xié)調(diào)，從整體上獲得更好的節(jié)能效果，促進(jìn)油田生產(chǎn)的自動化水平提升、效率提升和綠色發(fā)展。

3 油田自動化儀表的節(jié)能方法

3.1 控制傳輸阻力

在自動化儀表的應(yīng)用過程中，通常會直接和地面流體所接觸，這樣就會造成阻力，從而導(dǎo)致多余的耗能。因此，可以通過控制傳輸阻力的方法來減少能源消耗。而傳輸阻力中比較主要的部分就是儀表及閥組，因此可以采用增大節(jié)流裝置直徑比和優(yōu)化使用調(diào)節(jié)閥兩種方法來對儀表的傳輸阻力進(jìn)行控制。

首先是增大節(jié)流裝置的直徑比。油田的生產(chǎn)過程中應(yīng)用了大量的節(jié)流裝置，這種裝置主要是對流體進(jìn)行測量，其范圍至少在二分之一以上。流體具有一定的黏性，所以在液體在節(jié)流裝置中傳輸?shù)倪^程中，會出現(xiàn)漩渦以及摩擦，這樣就會增加阻力進(jìn)而導(dǎo)致多余的能耗，與此同時也會造成液體靜壓力的消耗，這種消耗具有不可恢復(fù)的特性。也就是說，節(jié)流裝置直徑比越大，相應(yīng)的長度就會減少，這樣就能夠有效減少阻力和避免壓力損失，從而避免不必要的能量消耗。因此增加節(jié)流裝置的直徑比是節(jié)能的好方法。

其次是優(yōu)化調(diào)節(jié)閥，加強(qiáng)對調(diào)節(jié)閥的控制。這就要對閥阻比進(jìn)行考慮，閥阻比主要是指當(dāng)閥體開到最大時，壓力降低的值與管路總體壓力降低的比值，通常用S來表示，閥阻比越大，這個調(diào)節(jié)閥導(dǎo)致的能量耗損就越大。通過對調(diào)節(jié)閥的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行調(diào)查，可以發(fā)現(xiàn)S一般情況下，大于0.3而小于0.5，并且當(dāng)介質(zhì)是氣體時，S會比較大，也就是說消耗的能量比較大。因此，在使用調(diào)節(jié)閥時要盡量避免氣體，對氣體含量小的流量，例如液體等進(jìn)行控制，其閥阻比小，耗能小，就可以達(dá)到節(jié)能的目的。

3.2 使用交流變頻設(shè)備

通常情況下，油田生產(chǎn)運(yùn)行中，會結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置合適的PID值來發(fā)揮調(diào)節(jié)器的作用，實(shí)現(xiàn)對調(diào)節(jié)閥的控制，這樣能夠更好地控制離心泵流量。但是這種調(diào)節(jié)器的應(yīng)用會造成一些問題。首先是會導(dǎo)致能量耗損，難以達(dá)到節(jié)能效果。調(diào)節(jié)器中含有變阻力元件，這會導(dǎo)致一定的能量消耗。其次是經(jīng)濟(jì)性不足。要使用調(diào)節(jié)閥就需要配備截止閥，但是并不是所有的離心泵都能夠設(shè)置截止閥，這樣就導(dǎo)致有些泵不能使用，能使用的泵只有功率足夠大才能夠滿足動力負(fù)荷變化，因此會導(dǎo)致功率浪費(fèi)，不具備良好的經(jīng)濟(jì)性。

面對這種現(xiàn)象，就需要采取措施盡量避免調(diào)節(jié)閥導(dǎo)致的不必要的能源消耗，來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子科技應(yīng)運(yùn)而生，變頻節(jié)能調(diào)節(jié)器被研發(fā)并應(yīng)用于眾多工業(yè)生產(chǎn)之中。變頻節(jié)能調(diào)節(jié)器，能夠達(dá)到良好的節(jié)能目的，同時具有良好的經(jīng)濟(jì)性，能夠促進(jìn)設(shè)備效率提升，具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢。為了實(shí)現(xiàn)油田自動化儀表的節(jié)能降耗，可以引入變頻技術(shù)，使用交流變頻設(shè)備來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行離心泵流量的控制，這樣就能夠避免傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥造成的能量耗損，實(shí)現(xiàn)節(jié)流降耗的目的。交流變頻設(shè)備具有三方面的應(yīng)用優(yōu)勢，首先在交流變頻設(shè)備的安裝上能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸、無阻力。其次交流變頻設(shè)備能夠直接控制離心泵的轉(zhuǎn)速，這樣就能更好地控制其流量。最后交流變頻設(shè)備能夠進(jìn)行大范圍無級調(diào)速。總之，使用交流變頻設(shè)備能夠較好地減少能量消耗，提升調(diào)節(jié)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提升經(jīng)濟(jì)性的雙重效果。

3.3 合理選擇自動化儀表

隨著科技的發(fā)展，自動化儀表的類型、種類和特性逐漸多樣化，無壓損或低壓損儀表一經(jīng)研發(fā)，就獲得了大量關(guān)注。為了達(dá)到自動化儀表的節(jié)能，可以從儀表自身出發(fā)，合理選擇自動化儀表，借助無壓損或低壓損儀表來降低能耗，節(jié)約能源。上面分析中提到目前油田生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的節(jié)流裝置壓損大，不符合節(jié)能目的，而旋進(jìn)旋渦流量計和笛形均速管流量計就屬于無壓損或低壓損儀表，價格低廉，能夠降低成本，壓碎微小，能夠降低能耗，并且安裝簡單，具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。因此，可以通過使用無壓損或者低壓損的自動化儀表來實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，同時相關(guān)企業(yè)除了合理選擇儀表，也要更加重視儀表的研發(fā)，加大資金投入，研發(fā)出性能強(qiáng)并且節(jié)能效果的儀表。

3.4 優(yōu)化運(yùn)行方案

為了使自動化儀表達(dá)到較好的節(jié)能效果，可以從運(yùn)行的角度進(jìn)行設(shè)計，優(yōu)化運(yùn)行方案也可以收獲節(jié)能效果。這就要合理選擇安裝位置，調(diào)整調(diào)節(jié)閥布局，因此可以選擇將調(diào)節(jié)閥安裝位置設(shè)置到換熱器后，這樣就可以將調(diào)節(jié)閥主要的壓損集中到流體測量上，從而達(dá)到降低壓損的效果。主要過程是物料會從預(yù)熱器經(jīng)過閃蒸罐，再到換熱器，如果將調(diào)節(jié)閥安裝位置設(shè)置在換熱器之前，那么調(diào)節(jié)閥接觸的就是氣體，這就會出現(xiàn)較大的壓損，出現(xiàn)較大的能量消耗，并且導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)的蒸汽量降低。而將調(diào)節(jié)閥安裝位置調(diào)節(jié)到換熱器后就可以避免這種情況，達(dá)到節(jié)能效果，因此，可以通過優(yōu)化運(yùn)行方案，調(diào)整裝置布局的方法來進(jìn)行節(jié)能降耗。

3.5 建設(shè)數(shù)字化油田

信息化時代已經(jīng)全面到來，計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)已經(jīng)融入到了人們的生產(chǎn)和生活中，為人民日常生活提供了巨大便利，也推動了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和機(jī)械設(shè)備的更新。在油田生產(chǎn)運(yùn)行中，借助先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)，建設(shè)數(shù)字化油田可以提升工作效率，收獲節(jié)能效果。如，在抽油機(jī)井中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，可以進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的收集、傳輸、控制等，這樣就能夠大大提升生產(chǎn)效率，降低人員安排，降低成本的同時也可以避免人員傷亡，并且可以降低電量消耗。

4 結(jié)語

綜上所述，油田自動化儀表是不可或缺的重要儀器設(shè)備，更是自動化控制系統(tǒng)的匯總要組成部分，大大提升了石油行業(yè)的工作效率和自動化水平，應(yīng)該借助多樣化的技術(shù)手段提升自動化儀表的節(jié)能特性。相關(guān)企業(yè)應(yīng)該通過控制傳輸阻力、使用交流變頻設(shè)備、合理選擇自動化儀表、優(yōu)化運(yùn)行方案、建設(shè)數(shù)字化油田等手段，在保證自動化儀表應(yīng)用優(yōu)勢的同時，減少不必要的損耗、節(jié)約能源，讓自動化儀表的應(yīng)工更加環(huán)保，為企業(yè)節(jié)省更多成本、獲取更多效益，也創(chuàng)造出更大的社會效益，讓社會發(fā)展走上綠色可持續(xù)道路。