油田自動化儀表的節(jié)能方法

孫志和（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

油田自動化儀表的節(jié)能方法

孫志和（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

在油田生產(chǎn)中，自動化儀表的使用越來越多，儀表發(fā)揮著在線檢測油藏壓力和流體流量等功能。但自動化儀表在應(yīng)用過程中也會產(chǎn)生能耗。自動化儀表的節(jié)能方法有很多，如控制儀表接液阻力，使用變頻調(diào)速裝置，使用低壓損或無壓損儀表等節(jié)能效果明顯。

自動化儀表 節(jié)能方法 提高效率

在油氣開采中，使用的自動化儀表跟油田提倡的節(jié)能方法有著很大的關(guān)系。比如說在對流體進行輸送過程中，由于管道設(shè)施和流體的特殊性質(zhì)，會在運輸過程中產(chǎn)生很多阻力，這就要造成能量的損耗，同樣也會對生產(chǎn)電力造成一部分浪費。因此，自動化儀表在使用過程中有很大的節(jié)能潛力，要充分挖掘這種潛力，減少能耗，提高工作效率。

1 自動化儀表的節(jié)能方法

自動儀表的自動控制技術(shù)在油田以及其他行業(yè)中有著非常重要的作用，應(yīng)該發(fā)揮該技術(shù)的顯著優(yōu)勢，推廣普及并積極地運用到油田管理系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)節(jié)中。

1.1控制儀表接液阻力

在油田現(xiàn)場工作和生產(chǎn)過程中，阻力主要是由地面流體和儀表之間的直接接觸產(chǎn)生的，所產(chǎn)生的阻力越大，其能量的損耗也越大。在油田輸送流體的管道中，對流體產(chǎn)生較大阻力的是調(diào)節(jié)閥與流體之間所產(chǎn)生的阻力和流量計與流體之間所產(chǎn)生的阻力，這兩種阻力所占的比例最高。所以說，節(jié)能的關(guān)鍵是最大程度地減小接液儀表的阻力。

1）增大節(jié)流裝置的直徑比。在對流體的流量進行測量的各種裝置里，應(yīng)用最廣泛的是節(jié)流裝置，其應(yīng)用的比例非常大，超過了 2/3。黏彈性是流體的重要特征，流體在流動過程中，在流經(jīng)節(jié)流閥時會形成旋渦，這就要消耗一部分能量；同時在流動過程中，與節(jié)流裝置接觸也會產(chǎn)生摩擦阻力，克服這部分阻力還要消耗一部分節(jié)流件的阻力。因此，在液體流經(jīng)節(jié)流件之后會使靜壓力損失較大，這種損失是不可逆的。依據(jù)物理學(xué)原理可知，壓力損失與直徑成反比，直徑越小，壓力損失就越大，因此，增加節(jié)流件裝置的直徑，有利于節(jié)能。

2）減低調(diào)節(jié)閥的閥阻比。調(diào)節(jié)閥是用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力、液位和流量的。調(diào)節(jié)閥的閥阻比是指在閥完全打開的時候，壓降與管路總壓降之比，一般用S來表示。當S值越大，損失在閥上的能量就越多。依據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗可知： S 值一般大于 0.3,數(shù)值 在 0.3～0.5 之 間 是 閥 阻 值 的 最 佳 選 擇 范 圍 。 氣 體的閥組比一般比液體的閥阻比要高很多，其數(shù)值一般是大于 0.5。

在油田的生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥對流體的流量進行控制這一作用應(yīng)用得比較多。閥阻比值與能耗成正比，因此，可以通過降低其值來降低產(chǎn)油過程中機泵電力的消耗。

1.2使用交流變頻調(diào)速裝置代替調(diào)節(jié)閥

在油田生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)器控制離心泵在出口處的流量是按照一定的規(guī)律進行的，與此同時，調(diào)節(jié)器還可以對調(diào)節(jié)閥的開度進行控制。這種方法有它的劣勢，首先它是變阻力的原件，產(chǎn)生能耗是一定的；其次，在泵出口旁要安裝一個截止閥來配合調(diào)節(jié)閥的工作，要選擇有余量的泵才能滿足負荷的變化要求，從而造成了浪費，從經(jīng)濟上講是很不劃算的。

應(yīng)用高效節(jié)能的變頻調(diào)速器，可以組成一個理想的調(diào)節(jié)回路，見圖1。

圖1 變頻調(diào)速控制

該項新技術(shù)的優(yōu)點為：無阻力非接觸式安裝；直接由變頻調(diào)速器來控制泵的轉(zhuǎn)速；可以除去調(diào)節(jié)閥的滯后問題，調(diào)節(jié)品質(zhì)極高。盡管選用變頻調(diào)速器的價錢是薄膜調(diào)節(jié)閥的 3～4倍，一次性投資比較大，但是它具有節(jié)能、高效、投資回收時間短等優(yōu)勢，差不多一年的時間就可以收回投資。

1.3低壓損或無壓損儀表的使用

用節(jié)流裝置對流量進行測試，這種方法的使用率要大于 70%，其測試過程有壓損，這樣不利于節(jié)能。隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的加強，低壓損和無壓損儀表得到了關(guān)注。特別是最近這幾年，笛形均速管流量計和旋渦流量計應(yīng)用優(yōu)勢比較顯著。造價低廉、壓損微小和安裝方便的笛形均速管流量計，非常受油田現(xiàn)場操作工人的青睞。

1.4優(yōu)化調(diào)節(jié)方案,節(jié)約能源

改變調(diào)節(jié)閥的安裝位置，在換熱器后安裝調(diào)節(jié)閥，可以降低調(diào)節(jié)閥的壓損，見圖2。物料在經(jīng)預(yù)熱器的預(yù)熱之后，進入閃蒸罐進行閃蒸。其中產(chǎn)生的大部分壓降是在流量調(diào)節(jié)閥上產(chǎn)生的，該調(diào)節(jié)閥的位置在閃蒸罐的入口處，這樣可以使換熱器物料的氣化得到了有效的控制。

圖2 調(diào)節(jié)閥位于換熱器之后

假如在換熱器之前安裝調(diào)節(jié)閥（圖3），調(diào)節(jié)閥自身在操作過程中也會存在壓損，物料在進入換熱器時產(chǎn)生的壓力將會降低，同時在換熱器內(nèi)進行加熱所用的蒸汽量也會降低，節(jié)能效果明顯。

圖3 調(diào)節(jié)閥在換熱器之前

2 自動化儀表在節(jié)能中的作用

能源的計量工作和自動化儀表在油田現(xiàn)場操作上的雙重關(guān)系是眾所周知的，理順這種關(guān)系，將充分發(fā)揮自動化儀表在能源計量工作中的作用。未來企業(yè)發(fā)展的必由之路就是推廣和應(yīng)用具有控制功能的自動化儀表。

1）間接用于節(jié)能的自動控制。在以前對自動化控制系統(tǒng)進行設(shè)計和改造時，直接目的不是為了節(jié)能，但是其控制過程的本身有著節(jié)能的作用。例如，在油田現(xiàn)場進行操作和控制某個生產(chǎn)環(huán)節(jié)時，間接起到了節(jié)能作用。

2）直接用于節(jié)能的自動控制系統(tǒng)。隨著近些年對自動化控制進行的投資和研究，自動化儀表設(shè)計的主要目的就是節(jié)能?，F(xiàn)在這類節(jié)能型的自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在油田各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)論

隨著自動化儀表的飛速發(fā)展，已經(jīng)成功的應(yīng)用在油田生產(chǎn)和工作過程中，盡管自動化儀表的研發(fā)和設(shè)計取得了巨大進步，但是我們不能滿足現(xiàn)狀，要借鑒其他各國的先進技術(shù)，更加完善自動化儀表的發(fā)展。根據(jù)文中對自動化儀表的節(jié)能方法進行闡述和分析，對于研究儀表和自動化控制等領(lǐng)域的人員要充分考慮到節(jié)能方面，減少能耗，提高各個企業(yè)的經(jīng)濟效率。

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.024

2013-03-28）

孫志和，工程師，1985年畢業(yè)于東北石油大學(xué) （石油加工 及 生 產(chǎn) 自 動 化 專 業(yè)）， 從 事 自 動 化 儀 表 設(shè) 計 工 作 ， E-mail：Sunzh@petrochina.com.cn， 地 址 ： 黑 龍 江 省 大 慶 油 田 有 限 責(zé) 任 公 司第六采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所,163000.