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    中頻加熱裝置在歡二聯(lián)合站外輸管線中的應用

    2020-07-10 03:25:28朱孔飛溫志賀林平平李霞
    石油研究 2020年3期
    關鍵詞:外輸加熱爐

    朱孔飛 溫志賀 林平平 李霞

    摘要:隨著油田的開發(fā),天然氣和套管氣逐年遞減,生產(chǎn)所用天然氣日趨緊張,導致歡二聯(lián)至歡一聯(lián)合站外輸油管線油溫下降,冬季運行工況不穩(wěn)定因素增加,外輸困難。因此,改善外輸溫度成為解決歡二聯(lián)合站外輸困難的重要因素,中頻輔助加熱自控系統(tǒng)將完成管線油溫的補充加熱任務。

    關鍵詞:外輸;加熱爐;中頻加熱裝置

    1?應用背景

    在油田的開發(fā)生產(chǎn)中,天然氣和套管氣逐年遞減,生產(chǎn)所用天然氣日趨緊張,導致歡二聯(lián)至歡一聯(lián)合站外輸油管線油溫下降,冬季運行工況不穩(wěn)定因素增加,外輸困難。因此,改善外輸溫度成為解決歡二聯(lián)合站外輸困難的重要因素,中頻輔助加熱自控系統(tǒng)將完成管線油溫的補充加熱任務。

    2?歡二聯(lián)稠油外輸工藝流程

    歡二聯(lián)合站主要承擔采油二區(qū)、采油五區(qū)開采的進站液(油水混合物)的加熱、油水分離和外輸任務。歡二聯(lián)到歡一聯(lián)稠油外輸管線,是由80AY100×2、75KW機組構成動力源,由80萬大卡加熱爐將原油加熱到70℃左右,再由∮159管線輸送到新20站。由80萬大卡中繼加熱水套爐加熱后,經(jīng)∮159管線輸送到歡一聯(lián),管線長度13000m。

    3?運行中存在的問題及分析

    3.1?加熱爐熱效率低

    歡二聯(lián)外輸加熱爐目前已運行10年以上,據(jù)測試統(tǒng)計分析,平均排煙溫度為209℃,平均表面溫度為41℃,平均空氣系數(shù)為1.79%,加熱爐平均熱效率為68%,加熱爐總合格率為71.7%。目前在加熱爐控制方面,仍然是根據(jù)火焰變化狀況由人工調(diào)節(jié)加熱爐風門擋板或手動調(diào)節(jié)加熱爐供氣閥門,同時定期組織人員對加熱爐進行清灰維護。

    3.2?天然氣量不足

    歡二聯(lián)外輸爐正常每天需要天然氣至少1200立方米,而全廠目前處于天然氣緊張狀態(tài),每天的供氣量難以達到生產(chǎn)要求,尤其在每年的11月15日至次年的3月31日,由于處于冬季生產(chǎn)狀態(tài),直接導致供氣量不足,不能保證外輸爐加熱爐用氣,同時外輸含水指標均受到波動。

    3.3?外輸泵超負荷運轉(zhuǎn)

    為控制生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定,每天的外輸油量基本平衡。但在冬季生產(chǎn)中,由于溫度低等原因,導致外輸泵排量無法達到預期目標,且存在管線凝堵事故。采用變頻外輸需增加頻率,但外輸機組電機變頻器發(fā)生多次過流保護。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性,防止凝管事故,采用工頻超負荷外輸,結果造成配電柜接觸器損壞。

    3.4?外輸油溫低

    在天然氣量不足的前提下,歡二聯(lián)到歡一聯(lián)外輸油溫難以保證生產(chǎn)需求。在冬季運行過程中,發(fā)生過多次電力系統(tǒng)由于過負荷而產(chǎn)生保護。將歡二聯(lián)發(fā)送稠油壓力、溫度、流量的數(shù)據(jù)與歡一聯(lián)接收數(shù)據(jù)進行比對,油溫下降20℃左右。

    通過對比,由于環(huán)境溫度變化,導致天然氣的正常供應。因此增加中頻輔助加熱裝置,在80萬大卡中繼加熱水套爐后端加入,作為后備熱能在環(huán)境惡劣狀態(tài)下自動投入運行,確保油溫正常。減少外輸阻力,減輕動力源機組負載節(jié)約電能。

    4?中頻加熱技術

    4.1?中頻加熱原理

    將工頻50HZ的380V電力電源經(jīng)過整流、濾波儲能、IGBT逆變,在脈寬調(diào)制電路PWM的控制下,形成50HZ至2500HZ的中頻。使負載線圈通過中頻電流,在輸油管線表層形成渦流而使管線發(fā)熱。流過該段管線的石油不斷獲得熱能,從而加速了流動性減少了阻力,保證了二聯(lián)外輸機組的運行工況。

    4.2?溫度與門采樣

    溫度與門采樣是采用CD4048邏輯電路,該集成電路將中頻加熱線圈的首端(原油管線的入口)的溫度和中頻加熱線圈的尾端(原油管線的出口)的溫度相與。使加熱原油的溫度由點控制擴展到區(qū)域溫度控制,有效的將加熱溫度控制在區(qū)間范圍內(nèi)。

    邏輯電路CD4048是多功能邏輯集成電路,它可以將水套爐的水位高低、原油溫度、天然氣壓力、火焰的有無、等信號形成報警開關量,實時報警傳輸?shù)街蛋嘤诓亢驼{(diào)度室,實現(xiàn)了遠程監(jiān)控目標。

    4.3?中頻加熱工藝系統(tǒng)結構

    從電網(wǎng)6千伏獲得電能,經(jīng)電力變壓器變換至三相380伏送到中頻柜.在邏輯電路CD4048的控制信號作用下,中頻脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生所需的PWM脈沖波形,控制IGBT四個大功率開關管分別導通和關斷.因此,管線上的中頻加熱線圈將得到不同功率的電流,使介質(zhì)加熱。

    4.4?系統(tǒng)主要設備

    該設備主要由大功率IGBT管和高度集成電路模塊組成,因此,外界環(huán)境溫度變化是影響工作是否穩(wěn)定的關鍵步驟。通過對防風防雨及控溫措施的實施,中頻加熱裝置工作穩(wěn)定可靠。

    遠程數(shù)據(jù)傳輸是依靠佳杰08G的GSM無線手機網(wǎng)絡實現(xiàn)的,該報警器具有120路無線輸入信號、2路有線輸入信號、和1路控制輸出回路。它含有四頻GSM/GPRS工業(yè)模塊真正實現(xiàn)了與手機連網(wǎng),通過手機可監(jiān)控各路參數(shù)、工況、同時可以通過手機直接遙控中頻加熱裝置,形成自動、手動遙控,使用現(xiàn)場距離GSM收發(fā)站7.8公里。信號強度的場強穩(wěn)定可靠,快速靈敏。實現(xiàn)遠程手動控制方便準確,是保障稠油管線冬季生產(chǎn)的有效控制措施。保證特殊環(huán)境下的生產(chǎn)需求。

    4.5?中頻加熱的優(yōu)點

    (1)中頻加熱為內(nèi)部環(huán)流加熱,熱效率高比工頻22%、節(jié)約電能。

    (2)管線加熱具有流動性好,流體具有熱勢能的位移。

    (3)IGBT的占空比控制調(diào)節(jié)方便,采用與門溫度調(diào)節(jié)。

    (4)管線離中頻加熱2米遠后,在中頻加熱管線兩端均做接地防止靜電傳導。

    (5)遠程數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)監(jiān)控和熱力后備源的生產(chǎn)調(diào)控。

    5?中頻加熱技術現(xiàn)場應用及效果評價

    5.1?中頻加熱裝置現(xiàn)場應用

    外輸排量目前控制在20 m?/h 左右。接收端平均油溫為50℃ 左右時,生產(chǎn)工況正常。所以根據(jù)表4可以看出,在新20#站加熱爐將油溫再提高20℃,稠油的流動性可得到改善,保證了外輸需求。

    歡二聯(lián)到歡一聯(lián)稠油外輸管線全長13公里。在新20站是中間處,有場所和電力能源的條件。在80萬大卡中繼加熱水套爐加熱后,加裝中頻加熱,補充20℃溫差,是理想場所。

    5.2?應用前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比

    應用后外輸壓力由1.1MPa降至0.8MPa,外輸排量由12m3/h提高到16 m3/h。

    5.3?效果評價

    在中頻加熱裝置投入已后,外輸2#、3#機組的運行平穩(wěn),工作電流正常。電機工作溫度下降,延長了電機的使用壽命。同時對變頻器的工作電流環(huán)境的減小,大功率晶體管的溫度的下降,都保障了變頻器的各參數(shù)的穩(wěn)定。

    6?效益分析

    (1)溫度自動控制中頻加熱裝置,與水套爐形成互補。溫度控制探頭分管線兩端并且相與,防止加熱溫度不均衡。減少了電器設備的損壞率,維修成本下降。

    (2)輸油量得到保證,電能損耗下降。管線承載壓力減輕,延長使用年限。

    (3)由于管線承載壓力下降,管線的穿孔漏油事故將減少。環(huán)境污染成本投入會下降,同時節(jié)約了人力勞務支出。

    (4)中頻加熱裝置的運行,保證了歡二聯(lián)生產(chǎn)系統(tǒng)的平穩(wěn)控制,消除了冬季運行凝管的事故隱患。

    7?結束語

    中頻加熱裝置在歡二聯(lián)外輸管線的應用,實現(xiàn)了稠油Ф159管線在冬季生產(chǎn)中暢通無阻,同時又完善了遠程監(jiān)控的目標。減少了電器設備的故障率,降低了維護成本。從根本上解決外輸多年的難題。使輸油壓力合理,延緩了管線由于輸不動而提高壓力造成穿孔的使用壽命。防止原油污染環(huán)境,冬季生產(chǎn)在安全穩(wěn)定的工況下運行。

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