淺析電伴熱技術(shù)在氣田采氣廠中的應(yīng)用

劉東明,王瑞蓮

(中國石油西南油氣田分公司 重慶氣礦氣田開發(fā)工藝研究所，重慶 400021)

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淺析電伴熱技術(shù)在氣田采氣廠中的應(yīng)用

劉東明,王瑞蓮

(中國石油西南油氣田分公司 重慶氣礦氣田開發(fā)工藝研究所，重慶 400021)

摘要：針對南約洛坦氣田所處環(huán)境,天然氣采氣廠冬季生產(chǎn)運行困難的問題,介紹了預(yù)處理廠工藝設(shè)備區(qū)電伴熱系統(tǒng)的安裝運用情況，分析了電伴熱帶接地裝置不完整，保護(hù)裝置不動作，設(shè)計、安裝、維護(hù)、巡檢不到位等影響電伴熱運行的相關(guān)因素，根據(jù)現(xiàn)場使用過程中存在不同溫度介質(zhì)設(shè)施共用一套溫控器、保溫措施不完善等問題，提出了系統(tǒng)應(yīng)對措施及改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：天然氣傳熱保溫電伴熱帶

土庫曼斯坦南約洛坦氣田商品氣產(chǎn)能100×108m3/a建設(shè)工程(地面工程部分)主要包括內(nèi)部集輸及配套工程、天然氣處理廠及配套工程兩大部分。內(nèi)部集輸建設(shè)的主要地面生產(chǎn)設(shè)施為單井站22座，預(yù)處理廠2座。采氣管線根據(jù)氣井分布狀況，采用多井集氣工藝方案，在2個氣區(qū)各設(shè)置1座預(yù)處理廠，處理各單井來氣。

該氣田地處無人沙漠地帶，冬季寒冷異常，最冷月平均溫度1.8℃，絕對最低氣溫達(dá)到-28℃。寒冷的氣候條件給天然氣預(yù)處理廠生產(chǎn)運行帶來極大的不便，特別是現(xiàn)場自控儀器、儀表對環(huán)境溫度的依賴較大，若溫度過低，很可能出現(xiàn)儀表管路凍結(jié)、凝固等現(xiàn)象。為避免此類事故的發(fā)生，必須對儀器、儀表及相關(guān)管路進(jìn)行防凍保溫處理(即設(shè)置伴熱系統(tǒng))，保溫的對象通常包括露天安裝的液位計，壓力、差壓、流量等儀表的一次閥，引壓管和變送器等。

目前，油氣田現(xiàn)場常用的保溫手段主要有蒸汽伴熱以及電伴熱兩種，該氣田現(xiàn)場采用的是電伴熱工藝，在預(yù)處理廠多處配置電伴熱系統(tǒng)，為站內(nèi)設(shè)備、儀器提供伴熱保溫。

1預(yù)處理廠電伴熱應(yīng)用概況

1.1結(jié)構(gòu)及特點

1) 電伴熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。電伴熱保溫技術(shù)是一種新型的將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能的供暖技術(shù)。電伴熱保溫系統(tǒng)主要由電加熱系統(tǒng)、保溫層、防水層組成。電加熱系統(tǒng)包括電源開關(guān)、溫度控制器、溫度傳感器、電熱帶發(fā)熱絲、終端接線盒幾部分，通過直接或間接的熱交換補(bǔ)充設(shè)備的熱損失，滿足升溫、保溫或是防凍的要求。

2) 電伴熱系統(tǒng)特點。主要包括： 設(shè)計工作量小，施工方便簡單，維護(hù)工作量??；裝置簡單、發(fā)熱均勻、控溫準(zhǔn)確，能進(jìn)行遠(yuǎn)控、遙控，實現(xiàn)自動化管理；效率高，能大幅降低能耗；具有防爆、全天候工作性能，可靠性高，使用壽命長；避免了鋼材和水資源的浪費；節(jié)省保溫材料；無泄漏，有利于環(huán)境保護(hù)。

相對于蒸汽伴熱，電伴熱確實具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，但從現(xiàn)場運用來看仍存在一些問題。首先，當(dāng)工作環(huán)境溫度不高時，電伴熱帶使用優(yōu)勢明顯，但在溫度較高的場合(超過250℃)，導(dǎo)電塑料制成的自限式型伴熱帶已不能滿足生產(chǎn)需要，須選用礦物絕緣電纜(MI)，MI電伴熱帶需根據(jù)儀表導(dǎo)壓管的規(guī)格現(xiàn)場精確預(yù)制，且安裝過程存在一些不確定性因素；其次，電伴熱作為一種防爆電氣設(shè)備，在充滿爆炸性氣體的危險區(qū)域使用時，對安全性要求相當(dāng)高，而蒸汽伴熱不存在該顧慮；最后，電伴熱帶在室外潮濕的環(huán)境下正常泄漏電流較大，可能引起誤動作，從而影響電伴熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，頻繁誤動作的后果往往是不得已將保護(hù)器短接或拆除，使線路失去漏電保護(hù)引發(fā)安全事故。

1.2現(xiàn)場應(yīng)用概況

預(yù)處理廠選用的電伴熱帶型號為恒功率并聯(lián)電熱帶 THBBD-30/2J，即電壓等級220 V，每米功率為30 W，溫控器設(shè)定溫度為20℃。其選用原則包括： 根據(jù)管道或設(shè)備需維持溫度及最高操作溫度選定電熱帶的耐溫等級和發(fā)熱溫度等級；根據(jù)管道單位長度的散熱量或設(shè)備單位面積的散熱量來確定所需電熱帶的單位功率和長度。

電伴熱保溫的工藝設(shè)施主要包括： 氣田水、凝析油、檢修排污、生活污水、放空、生活用水等地面管線、閥門、管件，所安裝壓力表、壓力變送器引壓管段，側(cè)裝式雷達(dá)液位計、磁浮子液位計測量管段等。

2影響電伴熱帶運行相關(guān)因素

雖然電伴熱帶目前在現(xiàn)場得到大量的應(yīng)用，對管線、泵體、閥門、儀器儀表等均能起到較好的防凍保溫作用，但其在應(yīng)用上也存在一些不安全因素：

1) 電伴熱帶接地裝置不完整，保護(hù)裝置不動作，影響正常運行。電伴熱帶不規(guī)范使用，會造成設(shè)備損傷、電氣短路、引發(fā)火災(zāi)、系統(tǒng)停電等事故，其主要原因是不能及時切斷故障電源。現(xiàn)場電源大部分是TN-C系統(tǒng)，若接地裝置不完整，很難保證開關(guān)能及時切除故障電源。

2) 電伴熱帶設(shè)計、安裝、維護(hù)保養(yǎng)、日常巡檢不到位，可能留下安全隱患。電伴熱帶安裝不規(guī)范導(dǎo)致絕緣層出現(xiàn)損傷，帶電線芯與儀表金屬引壓管接觸產(chǎn)生放電，高溫電弧極易造成引壓管破裂，引發(fā)點燃造成泄漏著火事故；電伴熱帶未接地或不設(shè)置漏電保護(hù)器；保溫作業(yè)造成電伴熱帶絕緣層損傷；未按要求在電伴熱帶保溫前后進(jìn)行絕緣測試；維護(hù)保養(yǎng)不到位，未定期進(jìn)行絕緣測試和檢查等均可能留下隱患，引發(fā)安全事故。

3存在問題及應(yīng)對措施

3.1存在問題

1) 不同溫度介質(zhì)設(shè)施共用一套溫控器。單井放空管線和原料氣生產(chǎn)管線共用電伴熱溫控器，且溫度傳感器安裝在生產(chǎn)管線上，正常生產(chǎn)中，生產(chǎn)管線溫度高于溫控器維持溫度，從而無法實現(xiàn)對放空管線的保溫；單井進(jìn)站壓力變送器、壓力表引壓管線和生產(chǎn)管線共用電伴熱溫控器，管線溫度高于溫控器需維持的溫度，也無法實現(xiàn)對儀表管路的保溫作用。

2) 保溫措施不完善。初期管線實施保溫作業(yè)時，壓力變送器、壓力表、液位計等相關(guān)儀表僅安裝伴熱帶，未實施保溫作業(yè)，起不到保溫伴熱的作用；保溫層接口不嚴(yán)密，雨水易浸入內(nèi)層，使保溫效果大幅下降，如遇護(hù)套破損，還可能造成電擊穿，發(fā)生火花或暗火，引發(fā)安全事故。

3.2改進(jìn)措施

1) 針對共用的溫控器，將溫控器溫度傳感器安裝于溫度較低或易于散熱的位置。在生產(chǎn)中，不能對溫度較高段或不易于散熱段形成“死氣”或“死液”，防止電伴熱將介質(zhì)溫度升高造成管線或設(shè)備超壓。

2) 儀表管段補(bǔ)充安裝易于拆卸的保溫防水材料；針對管線接口處防水措施不完善，應(yīng)采用防水材料進(jìn)行封堵，防止進(jìn)水受潮，影響保溫效果和電伴熱使用。

3) 設(shè)計方面的改進(jìn)：

a) 風(fēng)速。在以往的電伴熱系統(tǒng)設(shè)計中，很少考慮風(fēng)速因素，風(fēng)速對伴熱效果有一定的影響，設(shè)計中應(yīng)將風(fēng)速作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)考慮。

b) 安全系數(shù)。安全裕度，而在以往的設(shè)計中該項通常為缺省值，經(jīng)查閱國內(nèi)外相關(guān)資料和廠家對接，安全系數(shù)選擇1.1～1.5較合適。

c) 電伴熱系統(tǒng)的設(shè)計和安裝要根據(jù)所在防爆危險區(qū)和安全區(qū)的電氣設(shè)備的要求執(zhí)行。要使系統(tǒng)元件的最高工作溫度不高于裝置設(shè)備內(nèi)危險氣體燃點的80%，設(shè)計環(huán)境的極限溫度不低于日平均最低溫度。

d) 設(shè)置重復(fù)接地，保護(hù)零線，安裝漏電保護(hù)器，讓接觸帶電體的人與大地形成等電位，消除接觸電壓，避免觸電事故。

4) 生產(chǎn)運行方面改進(jìn)：

a) 對站場儀表設(shè)備及配套電伴熱保溫系統(tǒng)實施定期巡檢，做好巡檢記錄，特別是冬季要防止因伴熱帶溫控系統(tǒng)故障引發(fā)的著火現(xiàn)象，避免留下安全隱患。

b) 酸、堿工作環(huán)境下需采取隔離保護(hù)措施，避免伴熱帶的腐蝕情況發(fā)生。

4經(jīng)濟(jì)效益評價

現(xiàn)場1塊普通的壓力表(或壓力變送器)，若采用蒸汽作伴熱，1個運行周期蒸汽用量可達(dá)100多噸，按100元/t計算，費用達(dá)10 000多元；若使用電伴熱帶保溫，選用功率400 W即可，按每天工作24 h計算(實際遠(yuǎn)小于該值)，一個周期用電約1 000度，按每度電1元計算，平均每塊儀表節(jié)約資金約9 000元。電伴熱帶的一次性投資可能會略高于蒸汽伴熱，但綜合操作運行及維護(hù)費用，電伴熱投資遠(yuǎn)低于蒸汽伴熱。使用電伴熱大幅降低了儀器、儀表維修及更換產(chǎn)生的費用，減少了因維修、更換而停產(chǎn)對生產(chǎn)產(chǎn)值造成的影響；另外，電伴熱在能耗方面也遠(yuǎn)優(yōu)于蒸汽伴熱，且有效地杜絕“跑、冒、滴、漏”等現(xiàn)象，減小了事故發(fā)生概率。

5結(jié)論及建議

1) 電伴熱保溫系統(tǒng)具有熱效率高、節(jié)約能源、設(shè)計簡單、安裝方便、無污染、使用壽命長、能實現(xiàn)自動控制等特點，在石油天然氣行業(yè)中取得了較好的應(yīng)用效果。

2) 南約洛坦氣田電伴熱系統(tǒng)基本滿足了現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備及儀表的熱損失補(bǔ)償需求，通過對現(xiàn)場使用情況進(jìn)行改進(jìn)，系統(tǒng)運行良好，溫度控制穩(wěn)定，取得了較好的效果。

3) 冬季生產(chǎn)中要加強(qiáng)對站場儀表設(shè)備及配套電伴熱系統(tǒng)的巡檢和問題排查工作，發(fā)現(xiàn)隱患及時處理。

4) 電伴熱系統(tǒng)節(jié)能效益明顯，且成本投資回收快，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用前景。

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中圖分類號：TE823.3+42

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)02-0069-02

作者簡介：劉東明(1980—)，男，湖北宜都人，2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦氣田開發(fā)工藝研究所，從事油氣田開發(fā)方面的工作，任工程師。

稿件收到日期： 2014-11-04。