集氣站電伴熱智能控制節(jié)能改造

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(shí)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(shí)啟停[3]。由于晝夜時(shí)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(huì)增加員工勞動(dòng)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(shí)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(jià)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(huì)隨著溫度的升高，電阻增大，功率降低，不會(huì)因?yàn)樽陨砩郎剡^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(jì)之初按照使用場所環(huán)境極端溫度設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)間，使電伴熱運(yùn)行更切近生產(chǎn)實(shí)際需求，從而減少運(yùn)行時(shí)間節(jié)約電能[5]。同時(shí)，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(shí)施自動(dòng)化的智能控制措施。

通過能源審計(jì)及站點(diǎn)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(diǎn)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(shí)段環(huán)境溫度變化及季節(jié)氣溫變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整電伴熱系統(tǒng)的工作狀態(tài)，自動(dòng)選擇輸出電能投放時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)電伴熱自動(dòng)啟停。通過減少電伴熱運(yùn)行時(shí)間實(shí)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(dòng)化控制，是整個(gè)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(dòng)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(gè)站點(diǎn)為單元，自動(dòng)控制所有電伴熱帶的啟停。自動(dòng)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(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，反之自動(dòng)斷電停止伴熱。每個(gè)電伴熱智能控制箱設(shè)置事故自動(dòng)報(bào)警。此外，電伴熱帶智能控制箱具有手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換選擇，可以檢測和記錄運(yùn)行時(shí)間和耗電量、運(yùn)行電壓、運(yùn)行電流、功率因數(shù)及故障報(bào)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(shí)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(dòng)控制電伴熱運(yùn)行投切狀態(tài)，同時(shí)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(dòng)和手動(dòng)控制電伴熱啟停，實(shí)施遠(yuǎn)程控制。實(shí)現(xiàn)電伴熱安全穩(wěn)定、高效節(jié)能、自動(dòng)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(jì)，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(shí)間匯總列表，得到電伴熱實(shí)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(shí)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(jì)見表2。

5 節(jié)能效果

依據(jù)GB/T 28750—2012《節(jié)能量測量和驗(yàn)證技術(shù)通則》，當(dāng)節(jié)能措施可以關(guān)閉且不影響項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)，可以通過直接比較法測量和驗(yàn)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(shí)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(shí)間，即將人工投切變成自動(dòng)投切[9]。電源開關(guān)在需要加熱時(shí)合閘，需要停止時(shí)斷開，智能控制器自動(dòng)記錄運(yùn)行時(shí)間和耗電量，從而準(zhǔn)確了解電伴熱運(yùn)行情況[10]。

本次實(shí)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(shí)間按日運(yùn)行24 h 計(jì)算，改造后數(shù)據(jù)采用電伴熱智能控制箱運(yùn)行時(shí)間記錄，運(yùn)行天數(shù)按130 天（約4.5 個(gè)月） 計(jì)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(shí)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(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)深入細(xì)分集氣站能源消耗分配占比，實(shí)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(dòng)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]。