油田自動化儀表的節能方法

孫志和（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

油田自動化儀表的節能方法

孫志和（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

在油田生產中，自動化儀表的使用越來越多，儀表發揮著在線檢測油藏壓力和流體流量等功能。但自動化儀表在應用過程中也會產生能耗。自動化儀表的節能方法有很多，如控制儀表接液阻力，使用變頻調速裝置，使用低壓損或無壓損儀表等節能效果明顯。

自動化儀表 節能方法 提高效率

在油氣開采中，使用的自動化儀表跟油田提倡的節能方法有著很大的關系。比如說在對流體進行輸送過程中，由于管道設施和流體的特殊性質，會在運輸過程中產生很多阻力，這就要造成能量的損耗，同樣也會對生產電力造成一部分浪費。因此，自動化儀表在使用過程中有很大的節能潛力，要充分挖掘這種潛力，減少能耗，提高工作效率。

1 自動化儀表的節能方法

自動儀表的自動控制技術在油田以及其他行業中有著非常重要的作用，應該發揮該技術的顯著優勢，推廣普及并積極地運用到油田管理系統的節能環節中。

1.1控制儀表接液阻力

在油田現場工作和生產過程中，阻力主要是由地面流體和儀表之間的直接接觸產生的，所產生的阻力越大，其能量的損耗也越大。在油田輸送流體的管道中，對流體產生較大阻力的是調節閥與流體之間所產生的阻力和流量計與流體之間所產生的阻力，這兩種阻力所占的比例最高。所以說，節能的關鍵是最大程度地減小接液儀表的阻力。

1）增大節流裝置的直徑比。在對流體的流量進行測量的各種裝置里，應用最廣泛的是節流裝置，其應用的比例非常大，超過了 2/3。黏彈性是流體的重要特征，流體在流動過程中，在流經節流閥時會形成旋渦，這就要消耗一部分能量；同時在流動過程中，與節流裝置接觸也會產生摩擦阻力，克服這部分阻力還要消耗一部分節流件的阻力。因此，在液體流經節流件之后會使靜壓力損失較大，這種損失是不可逆的。依據物理學原理可知，壓力損失與直徑成反比，直徑越小，壓力損失就越大，因此，增加節流件裝置的直徑，有利于節能。

2）減低調節閥的閥阻比。調節閥是用于調節介質的壓力、液位和流量的。調節閥的閥阻比是指在閥完全打開的時候，壓降與管路總壓降之比，一般用S來表示。當S值越大，損失在閥上的能量就越多。依據現場經驗可知： S 值一般大于 0.3,數值 在 0.3～0.5 之 間 是 閥 阻 值 的 最 佳 選 擇 范 圍 。 氣 體的閥組比一般比液體的閥阻比要高很多，其數值一般是大于 0.5。

在油田的生產過程中，調節閥對流體的流量進行控制這一作用應用得比較多。閥阻比值與能耗成正比，因此，可以通過降低其值來降低產油過程中機泵電力的消耗。

1.2使用交流變頻調速裝置代替調節閥

在油田生產過程中，調節器控制離心泵在出口處的流量是按照一定的規律進行的，與此同時，調節器還可以對調節閥的開度進行控制。這種方法有它的劣勢，首先它是變阻力的原件，產生能耗是一定的；其次，在泵出口旁要安裝一個截止閥來配合調節閥的工作，要選擇有余量的泵才能滿足負荷的變化要求，從而造成了浪費，從經濟上講是很不劃算的。

應用高效節能的變頻調速器，可以組成一個理想的調節回路，見圖1。

圖1 變頻調速控制

該項新技術的優點為：無阻力非接觸式安裝；直接由變頻調速器來控制泵的轉速；可以除去調節閥的滯后問題，調節品質極高。盡管選用變頻調速器的價錢是薄膜調節閥的 3～4倍，一次性投資比較大，但是它具有節能、高效、投資回收時間短等優勢，差不多一年的時間就可以收回投資。

1.3低壓損或無壓損儀表的使用

用節流裝置對流量進行測試，這種方法的使用率要大于 70%，其測試過程有壓損，這樣不利于節能。隨著人們節能環保意識的加強，低壓損和無壓損儀表得到了關注。特別是最近這幾年，笛形均速管流量計和旋渦流量計應用優勢比較顯著。造價低廉、壓損微小和安裝方便的笛形均速管流量計，非常受油田現場操作工人的青睞。

1.4優化調節方案,節約能源

改變調節閥的安裝位置，在換熱器后安裝調節閥，可以降低調節閥的壓損，見圖2。物料在經預熱器的預熱之后，進入閃蒸罐進行閃蒸。其中產生的大部分壓降是在流量調節閥上產生的，該調節閥的位置在閃蒸罐的入口處，這樣可以使換熱器物料的氣化得到了有效的控制。

圖2 調節閥位于換熱器之后

假如在換熱器之前安裝調節閥（圖3），調節閥自身在操作過程中也會存在壓損，物料在進入換熱器時產生的壓力將會降低，同時在換熱器內進行加熱所用的蒸汽量也會降低，節能效果明顯。

圖3 調節閥在換熱器之前

2 自動化儀表在節能中的作用

能源的計量工作和自動化儀表在油田現場操作上的雙重關系是眾所周知的，理順這種關系，將充分發揮自動化儀表在能源計量工作中的作用。未來企業發展的必由之路就是推廣和應用具有控制功能的自動化儀表。

1）間接用于節能的自動控制。在以前對自動化控制系統進行設計和改造時，直接目的不是為了節能，但是其控制過程的本身有著節能的作用。例如，在油田現場進行操作和控制某個生產環節時，間接起到了節能作用。

2）直接用于節能的自動控制系統。隨著近些年對自動化控制進行的投資和研究，自動化儀表設計的主要目的就是節能。現在這類節能型的自動化控制系統已經應用在油田各個生產環節上，產生了良好的經濟效益。

3 結論

隨著自動化儀表的飛速發展，已經成功的應用在油田生產和工作過程中，盡管自動化儀表的研發和設計取得了巨大進步，但是我們不能滿足現狀，要借鑒其他各國的先進技術，更加完善自動化儀表的發展。根據文中對自動化儀表的節能方法進行闡述和分析，對于研究儀表和自動化控制等領域的人員要充分考慮到節能方面，減少能耗，提高各個企業的經濟效率。

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.024

2013-03-28）

孫志和，工程師，1985年畢業于東北石油大學 （石油加工 及 生 產 自 動 化 專 業）， 從 事 自 動 化 儀 表 設 計 工 作 ， E-mail：Sunzh@petrochina.com.cn， 地 址 ： 黑 龍 江 省 大 慶 油 田 有 限 責 任 公 司第六采油廠規劃設計研究所,163000.