中頻加熱裝置在歡二聯(lián)合站外輸管線中的應用

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。