油田自動化儀表的節能方法探析

郇亮(大慶油田有限責任公司第十采油廠工程技術大隊儀表室，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

近年來，我國現代化水平不斷提升，對能源的需求逐漸加大，石油行業獲得突飛猛進的發展，也更加重視科技創新的歷練，開發和應用多種自動化機械設備，提升生產質量和效率。其中自動化儀表發揮了顯著的作用，保證了儀表數據的精度，也促進了自動化控制系統的實現和正常運轉，提升了石油生產的自動化程度，促進了人力成本的節約，但是，也帶來了大量的能源消耗，不符合國家節約能源、保護環境的政策，也不利于石油行業的轉型升級，走可持續發展道路。由于自動化儀表在石油生產中的不可替代性，相關企業應當重視自動化儀表的節能降耗工作，通過有效的節能方法對自動化儀表的耗能做出控制促進石油行業綠色發展。

1 自動化儀表概述

自動化儀表是石油行業中的重要儀器設備，有自動化元件組成，是石油生產自動化控制系統的重要組成部分，具有較高的自動化水平以及多樣化的功能，能夠精確的測量相關數據并顯示出來，還能夠記錄數據以供查詢。自動化儀表本身具有系統性，這主要是關于測量數據形成的，也是總系統的一部分，可以根據信息形式的轉換原理，把輸入的信號轉換成輸出的信號。信號可以按時間域或頻率域表達，信號的傳輸則可調制成連續的模擬量或斷續的數字量形式。在石油行業的生產活動中，自動化儀表能夠獲得并顯示出精確的數據、操作難度小、可以發出警報和進行數據處理以及信號傳輸，具有明顯的應用優勢，是自動化控制系統的眼睛，并且隨著科技的進步，一直朝著智能化、總線化、網絡化的趨勢發展。

2 油田自動化儀表節能的重要性

油田自動化儀表的應用貫穿油田生產的全過程，在其中發揮了重要作用，保證了油田生產工作順利開展。自動化儀表能夠對各項數據包括各項工藝參數等進行檢測和控制，將數據顯示出來并生成記錄，實現數據的可回溯，以便通過數據表現出油田生產和運行的狀態，為管理工作提供幫助。自動化儀表的精確性和能否正常運行，關系著油田工作能否高效開展，既是生產過程中重要的儀器設備，更是管理工作中重要的控制手段，既能夠進行數據處理，也能夠及時反映出異常數據和故障情況并進行警報，維護油田生產和管理的安全性和秩序。

由于自動化儀表具有檢測、記錄等一系列的功能，因此，在油田生產管理過程中大量應用自動化儀表，有助于有效提升工作效率，促進自動化控制系統高效、高水平運作。自動化儀表的大量應用，提升了傳統儀表的精密度，豐富了自動化控制系統，提升了油田生產的效率和自動化質量，但是大量儀表的應用也會造成大量能源消費，尤其是電力，在運行過程中也存在著并不必要的消耗，違背的節能降耗的目的，也會影響自動化儀表的檢測控制性能。

自動化儀表本身就是一個系統，因此對節能降耗方法的技術性也會相對較高。不僅僅要著眼于自動化儀表本身，更要結合其運行狀況，將自動化儀表放置在油田生產管理的整個自動化控制系統來進行節能方法的制定，超出對儀表材料的思考，借助科學性的技術和管理思想來設計出更加行之有效的方案來促進自動化儀表的節能應用。

在進行節能方法的探析的過程中，應當先明確節能指標，也就是自動化儀表能夠并且應該達到的能源節約量，這個指標的制定必須要結合到儀表的實際狀況，不能夸夸其談，也不能太容易達到，并在節能指標的約束下，從自動化儀表的設計、安裝、優化等全過程和多個方面進行節能方法的制定，這樣才能達到更好的節能效果。

自動化儀表的節能必須要在保證儀表正常應用和性能不受損的前提下進行，不能為了達到節能目的而犧牲自動化儀表的應用優勢，應當從技術層面、儀表的應用環境層面以及經濟層面進行綜合考慮，實現自動化儀表與其它油田生產環節或設備的優化協調，從整體上獲得更好的節能效果，促進油田生產的自動化水平提升、效率提升和綠色發展。

3 油田自動化儀表的節能方法

3.1 控制傳輸阻力

在自動化儀表的應用過程中，通常會直接和地面流體所接觸，這樣就會造成阻力，從而導致多余的耗能。因此，可以通過控制傳輸阻力的方法來減少能源消耗。而傳輸阻力中比較主要的部分就是儀表及閥組，因此可以采用增大節流裝置直徑比和優化使用調節閥兩種方法來對儀表的傳輸阻力進行控制。

首先是增大節流裝置的直徑比。油田的生產過程中應用了大量的節流裝置，這種裝置主要是對流體進行測量，其范圍至少在二分之一以上。流體具有一定的黏性，所以在液體在節流裝置中傳輸的過程中，會出現漩渦以及摩擦，這樣就會增加阻力進而導致多余的能耗，與此同時也會造成液體靜壓力的消耗，這種消耗具有不可恢復的特性。也就是說，節流裝置直徑比越大，相應的長度就會減少，這樣就能夠有效減少阻力和避免壓力損失，從而避免不必要的能量消耗。因此增加節流裝置的直徑比是節能的好方法。

其次是優化調節閥，加強對調節閥的控制。這就要對閥阻比進行考慮，閥阻比主要是指當閥體開到最大時，壓力降低的值與管路總體壓力降低的比值，通常用S來表示，閥阻比越大，這個調節閥導致的能量耗損就越大。通過對調節閥的實際應用進行調查，可以發現S一般情況下，大于0.3而小于0.5，并且當介質是氣體時，S會比較大，也就是說消耗的能量比較大。因此，在使用調節閥時要盡量避免氣體，對氣體含量小的流量，例如液體等進行控制，其閥阻比小，耗能小，就可以達到節能的目的。

3.2 使用交流變頻設備

通常情況下，油田生產運行中，會結合實際情況設置合適的PID值來發揮調節器的作用，實現對調節閥的控制，這樣能夠更好地控制離心泵流量。但是這種調節器的應用會造成一些問題。首先是會導致能量耗損，難以達到節能效果。調節器中含有變阻力元件，這會導致一定的能量消耗。其次是經濟性不足。要使用調節閥就需要配備截止閥，但是并不是所有的離心泵都能夠設置截止閥，這樣就導致有些泵不能使用，能使用的泵只有功率足夠大才能夠滿足動力負荷變化，因此會導致功率浪費，不具備良好的經濟性。

面對這種現象，就需要采取措施盡量避免調節閥導致的不必要的能源消耗，來實現節能的目的。隨著科學技術的不斷進步，電子科技應運而生，變頻節能調節器被研發并應用于眾多工業生產之中。變頻節能調節器，能夠達到良好的節能目的，同時具有良好的經濟性，能夠促進設備效率提升，具有極大的應用優勢。為了實現油田自動化儀表的節能降耗，可以引入變頻技術，使用交流變頻設備來代替傳統的調節閥進行離心泵流量的控制，這樣就能夠避免傳統調節閥造成的能量耗損，實現節流降耗的目的。交流變頻設備具有三方面的應用優勢，首先在交流變頻設備的安裝上能夠實現非接觸、無阻力。其次交流變頻設備能夠直接控制離心泵的轉速，這樣就能更好地控制其流量。最后交流變頻設備能夠進行大范圍無級調速?？傊?，使用交流變頻設備能夠較好地減少能量消耗，提升調節效率，實現節能和提升經濟性的雙重效果。

3.3 合理選擇自動化儀表

隨著科技的發展，自動化儀表的類型、種類和特性逐漸多樣化，無壓損或低壓損儀表一經研發，就獲得了大量關注。為了達到自動化儀表的節能，可以從儀表自身出發，合理選擇自動化儀表，借助無壓損或低壓損儀表來降低能耗，節約能源。上面分析中提到目前油田生產中廣泛應用的節流裝置壓損大，不符合節能目的，而旋進旋渦流量計和笛形均速管流量計就屬于無壓損或低壓損儀表，價格低廉，能夠降低成本，壓碎微小，能夠降低能耗，并且安裝簡單，具有明顯的應用優勢。因此，可以通過使用無壓損或者低壓損的自動化儀表來實現節能目的，同時相關企業除了合理選擇儀表，也要更加重視儀表的研發，加大資金投入，研發出性能強并且節能效果的儀表。

3.4 優化運行方案

為了使自動化儀表達到較好的節能效果，可以從運行的角度進行設計，優化運行方案也可以收獲節能效果。這就要合理選擇安裝位置，調整調節閥布局，因此可以選擇將調節閥安裝位置設置到換熱器后，這樣就可以將調節閥主要的壓損集中到流體測量上，從而達到降低壓損的效果。主要過程是物料會從預熱器經過閃蒸罐，再到換熱器，如果將調節閥安裝位置設置在換熱器之前，那么調節閥接觸的就是氣體，這就會出現較大的壓損，出現較大的能量消耗，并且導致換熱器內的蒸汽量降低。而將調節閥安裝位置調節到換熱器后就可以避免這種情況，達到節能效果，因此，可以通過優化運行方案，調整裝置布局的方法來進行節能降耗。

3.5 建設數字化油田

信息化時代已經全面到來，計算機技術、信息技術已經融入到了人們的生產和生活中，為人民日常生活提供了巨大便利，也推動了工業技術的發展和機械設備的更新。在油田生產運行中，借助先進的計算機技術、信息技術，建設數字化油田可以提升工作效率，收獲節能效果。如，在抽油機井中應用數字化技術，可以進行實時數據的收集、傳輸、控制等，這樣就能夠大大提升生產效率，降低人員安排，降低成本的同時也可以避免人員傷亡，并且可以降低電量消耗。

4 結語

綜上所述，油田自動化儀表是不可或缺的重要儀器設備，更是自動化控制系統的匯總要組成部分，大大提升了石油行業的工作效率和自動化水平，應該借助多樣化的技術手段提升自動化儀表的節能特性。相關企業應該通過控制傳輸阻力、使用交流變頻設備、合理選擇自動化儀表、優化運行方案、建設數字化油田等手段，在保證自動化儀表應用優勢的同時，減少不必要的損耗、節約能源，讓自動化儀表的應工更加環保，為企業節省更多成本、獲取更多效益，也創造出更大的社會效益，讓社會發展走上綠色可持續道路。