集氣站電伴熱智能控制節能改造

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 集氣站電伴熱現狀

電伴熱是指用電能補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的電加熱裝置。電伴熱系統主要由電源、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]。在石油天然氣行業中，電伴熱并不用于提高介質的溫度，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蒙的山區，冬天嚴寒漫長，晝夜溫差大，為避免集氣站內脫水罐、分離器、分液罐的管線、閥門及儀表因氣溫過低導致凍堵，集氣站電伴熱系統主要在秋冬春季生產（10 月至次年4 月）時投入運行，目前集氣站電伴熱系統要么常開運行，要么需要人工定時啟停[3]。由于晝夜時段氣溫變化幅度大，根據溫度變化人工頻繁啟停電伴熱，會增加員工勞動強度，而且難以精確控制電伴熱效果，管理難度大。為了確保設備儀表不產生凍堵事故，伴熱帶處于持續開啟狀態，在白天環境溫度較高時電伴熱依然處于加溫狀態。如何使電伴熱系統既能安全穩定工作，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GB/T3486 《評價企業合理用熱技術導則》的要求：改善傳熱的措施，應根據工藝過程的可能，合理制定加熱溫度的規定值，以降低綜合能耗；按照工藝條件的規定，準確控制被加熱物體的溫度，防止超出規定的溫度范圍；對于周期性工作的熱設備，在各工作階段應按規定的供熱制度控制供熱量，為提高熱效率，應研究更為合理的供熱制度[4]。

該廠集氣站大多使用自調控電伴熱帶（變功率式電伴熱帶），其本身會隨著溫度的升高，電阻增大，功率降低，不會因為自身升溫過高而燒毀，具有自我保護性能，非常適合防凍防凝和工藝保溫，運行中能夠滿足生產需求。但是，由于工程設計之初按照使用場所環境極端溫度設計配套的電伴熱帶額定功率，因而在多數氣候條件下，電伴熱帶額定功率選型參數偏大。所以有必要在季節氣溫、晝夜氣溫、太陽光照變化時，根據管道防凍溫度要求指標，控制電伴熱運行間隔和運行時間，使電伴熱運行更切近生產實際需求，從而減少運行時間節約電能[5]。同時，人工操作也存在不穩定、不可靠及工作量加大等問題，有必要實施自動化的智能控制措施。

通過能源審計及站點能耗分析，站內電力消耗最多的是注醇泵，然后就是電伴熱加熱系統，因此，電伴熱節能改造成為降低站點能耗的突破口[6]。

3 電伴熱智能控制的原理及構成

3.1 電伴熱智能控制的原理

基于氣候補償原理，根據晝夜不同時段環境溫度變化及季節氣溫變化，動態調整電伴熱系統的工作狀態，自動選擇輸出電能投放時間，既保證設備儀表安全穩定運行，又節約電能。

安裝電伴熱智能控制箱和溫度變送器，實時監測環境溫度和管壁溫度，控制系統對環境溫度、管壁溫度與設定溫度進行邏輯運算，由智能控制系統發出投切指令，實現電伴熱自動啟停。通過減少電伴熱運行時間實現節能效果[7]。

3.2 電伴熱智能控制箱的構成

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品的自動化控制，是整個電伴熱系統的中樞。防護等級為IP54。

電伴熱智能控制箱由電伴熱氣候補償智能控制系統（軟件）、自動控制箱、環境和管壁溫度變送器、無線傳輸等組成，智能控制箱功能見表1。電伴熱氣候補償智能控制系統是以一個站點為單元，自動控制所有電伴熱帶的啟停。自動控制箱是執行機構。溫度變送器是反饋輸入量探測單元。當系統通過溫度傳感器探測到管道溫度或環境溫度低于系統的設定溫度時，系統自動啟動，反之自動斷電停止伴熱。每個電伴熱智能控制箱設置事故自動報警。此外，電伴熱帶智能控制箱具有手動自動轉換選擇，可以檢測和記錄運行時間和耗電量、運行電壓、運行電流、功率因數及故障報警記錄等，電伴熱帶智能控制箱運行界面見圖2。

圖2 電伴熱帶智能控制箱運行界面

表1 電伴熱帶智能控制箱功能

4 電伴熱智能控制現場應用

2019 年10 月對31 座集氣站實施電伴熱智能控制節能改造，每座站安裝一套電伴熱智能控制系統，自動控制電伴熱運行投切狀態，同時將電伴熱的接通或斷開狀態反饋給站控平臺SCADA 系統[8]。工作人員在SCADA 系統平臺可看到所有電伴熱運行狀態、當前溫度等參數，可通過軟件界面選擇自動和手動控制電伴熱啟停，實施遠程控制。實現電伴熱安全穩定、高效節能、自動化運行。

通過對各集氣站電伴熱運行電參數的統計，將每相線路負載的電流、電壓、功率因數、有功功率及日平均運行時間匯總列表，得到電伴熱實際運行的電力分配和能源消耗情況，電伴熱帶總運行功率362.09 kW，日平均運行時間15.83 h，電伴熱系統得到有效控制，電伴熱帶運行電參數統計見表2。

5 節能效果

依據GB/T 28750—2012《節能量測量和驗證技術通則》，當節能措施可以關閉且不影響項目運行時，可以通過直接比較法測量和驗證節能量。電伴熱智能控制節能改造，沒有改變電伴熱帶加熱設備布置和裝機容量，電伴熱帶的實際輸入功率和運行電參數沒有改變；控制系統僅通過改變電伴熱帶開關投切機制來改變運行時間，即將人工投切變成自動投切[9]。電源開關在需要加熱時合閘，需要停止時斷開，智能控制器自動記錄運行時間和耗電量，從而準確了解電伴熱運行情況[10]。

本次實施開展集氣站電伴熱帶智能控制節能改造，深入細分集年節能量126.44 t，氣站能源消耗分配占比，節能效果核算改造前運行時間按日運行24 h 計算，改造后數據采用電伴熱智能控制箱運行時間記錄，運行天數按130 天（約4.5 個月） 計算，年節電量378 574.30 kWh 節能率33.51%，電伴熱智能控制箱節能效果見表3。

表3 電伴熱智能控制箱節能效果

6 結論

實施開展集氣站電伴熱帶智能控制節能改造，降低了員工勞動強度，同時深入細分集氣站能源消耗分配占比，實現了預期效果，具有推廣應用前景。面對長慶油田氣田集氣站布局分散、數量眾多、環境復雜的局面，隨著油氣田數字化建設的逐步推進，無人值守站占比逐年上升，集氣站電伴熱系統安全穩定高效節能自動化的運行目標，成為天然氣集氣站運行管理的必然要求[10]。