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        集氣站電伴熱智能控制節(jié)能改造

        2020-12-24 04:19:42李勇湯浩杰吳雪梅樊繼銘辛林演李東
        石油石化節(jié)能 2020年12期
        關(guān)鍵詞:電伴集氣站投切

        李勇 湯浩杰 吳雪梅 樊繼銘 辛林演 李東

        (長慶油田分公司第六采氣廠)

        1 集氣站電伴熱現(xiàn)狀

        電伴熱是指用電能補(bǔ)充被伴熱物體在工藝過程中的熱損失,使其溫度維持在一定范圍內(nèi)的電加熱裝置。電伴熱系統(tǒng)主要由電源、電伴熱帶、溫控器(恒功率式電伴熱帶)、恒溫器(變功率式電伴熱帶) 以及接線盒、二通、三通、尾端等部件組成[1]。在石油天然氣行業(yè)中,電伴熱并不用于提高介質(zhì)的溫度,它主要用于防凝、防凍和工藝保溫[2]。電伴熱帶安裝使用流程見圖1。

        長慶油田氣田集氣站地處鄂爾多斯盆地陜甘寧內(nèi)蒙的山區(qū),冬天嚴(yán)寒漫長,晝夜溫差大,為避免集氣站內(nèi)脫水罐、分離器、分液罐的管線、閥門及儀表因氣溫過低導(dǎo)致凍堵,集氣站電伴熱系統(tǒng)主要在秋冬春季生產(chǎn)(10 月至次年4 月)時投入運(yùn)行,目前集氣站電伴熱系統(tǒng)要么常開運(yùn)行,要么需要人工定時啟停[3]。由于晝夜時段氣溫變化幅度大,根據(jù)溫度變化人工頻繁啟停電伴熱,會增加員工勞動強(qiáng)度,而且難以精確控制電伴熱效果,管理難度大。為了確保設(shè)備儀表不產(chǎn)生凍堵事故,伴熱帶處于持續(xù)開啟狀態(tài),在白天環(huán)境溫度較高時電伴熱依然處于加溫狀態(tài)。如何使電伴熱系統(tǒng)既能安全穩(wěn)定工作,又能降低能耗,是長慶油田集氣站管理者探索的方向。

        圖1 電伴熱帶安裝使用流程

        2 電伴熱帶智能控制

        根據(jù)GB/T3486 《評價企業(yè)合理用熱技術(shù)導(dǎo)則》的要求:改善傳熱的措施,應(yīng)根據(jù)工藝過程的可能,合理制定加熱溫度的規(guī)定值,以降低綜合能耗;按照工藝條件的規(guī)定,準(zhǔn)確控制被加熱物體的溫度,防止超出規(guī)定的溫度范圍;對于周期性工作的熱設(shè)備,在各工作階段應(yīng)按規(guī)定的供熱制度控制供熱量,為提高熱效率,應(yīng)研究更為合理的供熱制度[4]。

        該廠集氣站大多使用自調(diào)控電伴熱帶(變功率式電伴熱帶),其本身會隨著溫度的升高,電阻增大,功率降低,不會因為自身升溫過高而燒毀,具有自我保護(hù)性能,非常適合防凍防凝和工藝保溫,運(yùn)行中能夠滿足生產(chǎn)需求。但是,由于工程設(shè)計之初按照使用場所環(huán)境極端溫度設(shè)計配套的電伴熱帶額定功率,因而在多數(shù)氣候條件下,電伴熱帶額定功率選型參數(shù)偏大。所以有必要在季節(jié)氣溫、晝夜氣溫、太陽光照變化時,根據(jù)管道防凍溫度要求指標(biāo),控制電伴熱運(yùn)行間隔和運(yùn)行時間,使電伴熱運(yùn)行更切近生產(chǎn)實際需求,從而減少運(yùn)行時間節(jié)約電能[5]。同時,人工操作也存在不穩(wěn)定、不可靠及工作量加大等問題,有必要實施自動化的智能控制措施。

        通過能源審計及站點能耗分析,站內(nèi)電力消耗最多的是注醇泵,然后就是電伴熱加熱系統(tǒng),因此,電伴熱節(jié)能改造成為降低站點能耗的突破口[6]。

        3 電伴熱智能控制的原理及構(gòu)成

        3.1 電伴熱智能控制的原理

        基于氣候補(bǔ)償原理,根據(jù)晝夜不同時段環(huán)境溫度變化及季節(jié)氣溫變化,動態(tài)調(diào)整電伴熱系統(tǒng)的工作狀態(tài),自動選擇輸出電能投放時間,既保證設(shè)備儀表安全穩(wěn)定運(yùn)行,又節(jié)約電能。

        安裝電伴熱智能控制箱和溫度變送器,實時監(jiān)測環(huán)境溫度和管壁溫度,控制系統(tǒng)對環(huán)境溫度、管壁溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行邏輯運(yùn)算,由智能控制系統(tǒng)發(fā)出投切指令,實現(xiàn)電伴熱自動啟停。通過減少電伴熱運(yùn)行時間實現(xiàn)節(jié)能效果[7]。

        3.2 電伴熱智能控制箱的構(gòu)成

        電伴熱智能控制箱適用于石油化工廠礦的自限式電伴熱帶、恒功率電伴熱帶、變功率式電伴熱帶等電熱產(chǎn)品的自動化控制,是整個電伴熱系統(tǒng)的中樞。防護(hù)等級為IP54。

        電伴熱智能控制箱由電伴熱氣候補(bǔ)償智能控制系統(tǒng)(軟件)、自動控制箱、環(huán)境和管壁溫度變送器、無線傳輸?shù)冉M成,智能控制箱功能見表1。電伴熱氣候補(bǔ)償智能控制系統(tǒng)是以一個站點為單元,自動控制所有電伴熱帶的啟停。自動控制箱是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。溫度變送器是反饋輸入量探測單元。當(dāng)系統(tǒng)通過溫度傳感器探測到管道溫度或環(huán)境溫度低于系統(tǒng)的設(shè)定溫度時,系統(tǒng)自動啟動,反之自動斷電停止伴熱。每個電伴熱智能控制箱設(shè)置事故自動報警。此外,電伴熱帶智能控制箱具有手動自動轉(zhuǎn)換選擇,可以檢測和記錄運(yùn)行時間和耗電量、運(yùn)行電壓、運(yùn)行電流、功率因數(shù)及故障報警記錄等,電伴熱帶智能控制箱運(yùn)行界面見圖2。

        圖2 電伴熱帶智能控制箱運(yùn)行界面

        表1 電伴熱帶智能控制箱功能

        4 電伴熱智能控制現(xiàn)場應(yīng)用

        2019 年10 月對31 座集氣站實施電伴熱智能控制節(jié)能改造,每座站安裝一套電伴熱智能控制系統(tǒng),自動控制電伴熱運(yùn)行投切狀態(tài),同時將電伴熱的接通或斷開狀態(tài)反饋給站控平臺SCADA 系統(tǒng)[8]。工作人員在SCADA 系統(tǒng)平臺可看到所有電伴熱運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前溫度等參數(shù),可通過軟件界面選擇自動和手動控制電伴熱啟停,實施遠(yuǎn)程控制。實現(xiàn)電伴熱安全穩(wěn)定、高效節(jié)能、自動化運(yùn)行。

        通過對各集氣站電伴熱運(yùn)行電參數(shù)的統(tǒng)計,將每相線路負(fù)載的電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率及日平均運(yùn)行時間匯總列表,得到電伴熱實際運(yùn)行的電力分配和能源消耗情況,電伴熱帶總運(yùn)行功率362.09 kW,日平均運(yùn)行時間15.83 h,電伴熱系統(tǒng)得到有效控制,電伴熱帶運(yùn)行電參數(shù)統(tǒng)計見表2。

        5 節(jié)能效果

        依據(jù)GB/T 28750—2012《節(jié)能量測量和驗證技術(shù)通則》,當(dāng)節(jié)能措施可以關(guān)閉且不影響項目運(yùn)行時,可以通過直接比較法測量和驗證節(jié)能量。電伴熱智能控制節(jié)能改造,沒有改變電伴熱帶加熱設(shè)備布置和裝機(jī)容量,電伴熱帶的實際輸入功率和運(yùn)行電參數(shù)沒有改變;控制系統(tǒng)僅通過改變電伴熱帶開關(guān)投切機(jī)制來改變運(yùn)行時間,即將人工投切變成自動投切[9]。電源開關(guān)在需要加熱時合閘,需要停止時斷開,智能控制器自動記錄運(yùn)行時間和耗電量,從而準(zhǔn)確了解電伴熱運(yùn)行情況[10]。

        本次實施開展集氣站電伴熱帶智能控制節(jié)能改造,深入細(xì)分集年節(jié)能量126.44 t,氣站能源消耗分配占比,節(jié)能效果核算改造前運(yùn)行時間按日運(yùn)行24 h 計算,改造后數(shù)據(jù)采用電伴熱智能控制箱運(yùn)行時間記錄,運(yùn)行天數(shù)按130 天(約4.5 個月) 計算,年節(jié)電量378 574.30 kWh 節(jié)能率33.51%,電伴熱智能控制箱節(jié)能效果見表3。

        表3 電伴熱智能控制箱節(jié)能效果

        6 結(jié)論

        實施開展集氣站電伴熱帶智能控制節(jié)能改造,降低了員工勞動強(qiáng)度,同時深入細(xì)分集氣站能源消耗分配占比,實現(xiàn)了預(yù)期效果,具有推廣應(yīng)用前景。面對長慶油田氣田集氣站布局分散、數(shù)量眾多、環(huán)境復(fù)雜的局面,隨著油氣田數(shù)字化建設(shè)的逐步推進(jìn),無人值守站占比逐年上升,集氣站電伴熱系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效節(jié)能自動化的運(yùn)行目標(biāo),成為天然氣集氣站運(yùn)行管理的必然要求[10]。

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