中頻加熱裝置在歡二聯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，天然氣和套管氣逐年遞減，生產所用天然氣日趨緊張，導致歡二聯至歡一聯合站外輸油管線油溫下降，冬季運行工況不穩定因素增加，外輸困難。因此，改善外輸溫度成為解決歡二聯合站外輸困難的重要因素，中頻輔助加熱自控系統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

在油田的開發生產中，天然氣和套管氣逐年遞減，生產所用天然氣日趨緊張，導致歡二聯至歡一聯合站外輸油管線油溫下降，冬季運行工況不穩定因素增加，外輸困難。因此，改善外輸溫度成為解決歡二聯合站外輸困難的重要因素，中頻輔助加熱自控系統將完成管線油溫的補充加熱任務。

2?歡二聯稠油外輸工藝流程

歡二聯合站主要承擔采油二區、采油五區開采的進站液（油水混合物）的加熱、油水分離和外輸任務。歡二聯到歡一聯稠油外輸管線，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∮159管線輸送到歡一聯，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

歡二聯外輸加熱爐目前已運行10年以上，據測試統計分析，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，仍然是根據火焰變化狀況由人工調節加熱爐風門擋板或手動調節加熱爐供氣閥門，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，每天的供氣量難以達到生產要求，尤其在每年的11月15日至次年的3月31日，由于處于冬季生產狀態，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

為控制生產系統的穩定，每天的外輸油量基本平衡。但在冬季生產中，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生多次過流保護。為了保證生產的連續性，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，歡二聯到歡一聯外輸油溫難以保證生產需求。在冬季運行過程中，發生過多次電力系統由于過負荷而產生保護。將歡二聯發送稠油壓力、溫度、流量的數據與歡一聯接收數據進行比對，油溫下降20℃左右。

通過對比，由于環境溫度變化，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，作為后備熱能在環境惡劣狀態下自動投入運行，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電力電源經過整流、濾波儲能、IGBT逆變，在脈寬調制電路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域溫度控制，有效的將加熱溫度控制在區間范圍內。

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，實時報警傳輸到值班于部和調度室，實現了遠程監控目標。

4.3?中頻加熱工藝系統結構

從電網6千伏獲得電能，經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，中頻脈寬調制電路產生所需的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，使介質加熱。

4.4?系統主要設備

該設備主要由大功率IGBT管和高度集成電路模塊組成，因此，外界環境溫度變化是影響工作是否穩定的關鍵步驟。通過對防風防雨及控溫措施的實施，中頻加熱裝置工作穩定可靠。

遠程數據傳輸是依靠佳杰08G的GSM無線手機網絡實現的，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工業模塊真正實現了與手機連網，通過手機可監控各路參數、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，使用現場距離GSM收發站7.8公里。信號強度的場強穩定可靠，快速靈敏。實現遠程手動控制方便準確，是保障稠油管線冬季生產的有效控制措施。保證特殊環境下的生產需求。

4.5?中頻加熱的優點

（1）中頻加熱為內部環流加熱，熱效率高比工頻22%、節約電能。

（2）管線加熱具有流動性好，流體具有熱勢能的位移。

（3）IGBT的占空比控制調節方便，采用與門溫度調節。

（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）遠程數據傳輸，實現監控和熱力后備源的生產調控。

5?中頻加熱技術現場應用及效果評價

5.1?中頻加熱裝置現場應用

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，生產工況正常。所以根據表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。

歡二聯到歡一聯稠油外輸管線全長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?應用前后生產數據對比

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，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的穩定。

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。環境污染成本投入會下降，同時節約了人力勞務支出。

（4）中頻加熱裝置的運行，保證了歡二聯生產系統的平穩控制，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外輸管線的應用，實現了稠油Ф159管線在冬季生產中暢通無阻，同時又完善了遠程監控的目標。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。防止原油污染環境，冬季生產在安全穩定的工況下運行。