一種新型防凍堵系統在海上某平臺的首次應用

鄒菁

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

0.引言

由于海上平臺的工藝管線比較復雜，有如下環節容易發生凍堵現象：（1）海上平臺的油井油嘴節流部分、氣井油嘴節流部分等的節流吸熱降溫時容易發生凍堵，曾有平臺發生因氣井節流降溫凍堵導致關井甚至關停現象。（2）海上平臺及油輪的產出液進入計量儀匯管前，因溫度低導致凍堵現象發生，從而導致海上平臺尤其是油輪的外輸系統無法進行計量，從而影響賣油系統的正常運行，進而導致油輪及平臺只能減少開井數量。（3）海上平臺及油輪的末端管道、閥門容易發生凍堵，尤其是氮氣罐、污油罐、污水罐等特別容易產生凍堵現象。（4）海上平臺及油輪的現有輸油加熱器、回注水加熱器，其加熱效率比較低、且故障率教高，加熱器占用空間較大，實際的加熱溫度的調控、加熱功率的調整、故障信息、報警信息、歷史記錄、實時曲線等關鍵數據信息未傳輸給中控系統進行監視，導致該系統存在監視盲區，不利于智能化平臺的建設、影響到無人化、少人化平臺的建設的推進[1]。

海上平臺的油氣和回注水有時也采用電熱管加熱器進行加熱，電熱管加熱器總結起來有如下幾個缺點：一是使用一段時間后內部產生結垢現象，從而導致熱量交換效率降低，加熱熱效率變低反過來造成其耗電量增加，形成惡性循環。二是電熱管加工一般采用冷縮的工藝，從而容易產生疲勞的裂紋，降低電加熱管的承壓能力，液體容易滲出管外從而產生漏液、漏電、爆管等現象產生，存在較大的安全隱患。

1.原理介紹

當天然氣的壓力每降低1MPa，其溫度會降低4℃左右，同時由于壓力高、含水量大、紊流等因素的存在，天然氣水合物就開始出現粘貼金屬管壁的現象，天然氣水合物在調壓器閥口逐步積聚從而形成嚴重凝結和凍堵現象發生，若不及時解決，會造成調壓器皮膜穿孔，導致設備停用。同樣的條件下，油路管線也會出現粘貼金屬管壁的現象、逐步積聚從而形成嚴重凍堵現象。

電磁感應作用在導體內部感生的電流又稱為傅科電流。導體在非勻強磁場中運動，或者導體靜止但有著隨時間變化的磁場，或者兩種情況同時出現，都可以造成磁力線與導體的相對切割。按照電磁感應定律，在導體中就產生感應電動勢，從而驅動電流。這樣引起的電流在導體中的分布隨著導體的表面形狀和磁場的分布而不同，其路徑往往有如水中的漩渦，因此稱為渦流。

新型防凍堵系統通過其系統主機將AC230V/AC115V、50Hz或60Hz的工頻電轉換成20000Hz的高頻交流電源，通過不斷變換的高頻磁場作用到管道上或罐體上產生渦流/傅科電流，使管道或罐體自身發熱，通過管道和罐體自身產生熱量，從而使內部液體、氣體等物資升溫，其原理是破壞凍堵現象生存的環境，從而避免凍堵現象的發生[2]。

這一原理通常用磁致伸縮解釋，金屬體在高頻磁場不斷變換的作用下，其尺寸會產生加長或縮短的現象稱之為磁致伸縮，一般用磁致伸縮的系數來表示，管道和罐體伸縮系數為百萬分之一，其振動會比液體、氣體等介質通過管道的振動小很多，通過磁致伸縮，給軸向流動的液體、氣體等介質增加了徑向高頻振動的運行，從而有效的防止液體、氣體等介質與管道和罐體粘連和結垢，確保熱效率始終不變。新型防凍堵系統具備加熱速度快、攜帶和移動方便，設備工作時無靜電現象的產生、不產生高溫，不產生火花等優點。

2.系統架構（圖1）

圖1 系統架構圖

2.1 技術參數

新型防凍堵系統主機把AC230V/AC115V、50Hz/60Hz的工頻電變成20000Hz的高頻電源，不斷變換的高頻磁場通過感應墊作用到調壓器、管道金屬體上產生渦流，使金屬自身發熱，通過頻率的智能變頻跟蹤，熱能可以深入到閥口冰堵處，破壞天然氣、石油等液體形成凍堵的溫度條件，其主要參數如下：

額定功率：10kW～100kW(其余功率可根據現場實際情況定制) ；額定電壓：AC230V/ AC 115V；高頻電源頻率：20000Hz；防爆等級：Exd IICT4；防護等級： IP66；主機尺寸：1000mm×800mm×600mm（高×深×寬）；感應墊重量：5kg～18kg；感應墊特性：防鹽霧、防粉塵、防凝露、防高溫；調壓器加熱溫度：0℃～ 50℃；安裝方式：便攜移動、固定使用均可；通訊接口：100/1000M以太網口、標準的Modbus TCP/IP協議。

2.2 性能特點

新型防凍堵系統主機機柜采用防爆型設計，無熱源加熱，安全性能好，加熱溫度范圍寬，加熱功率10kW～100kW無極調整；新型防凍堵系統主機能自動識別加熱對象的材質、厚度等參數，自動調整解冰堵的工作頻率和加熱的有功功率；新型防凍堵系統主機機柜具有國家整機防爆認證、多項發明專利、檢驗報告，產品成熟穩定[3]；新型防凍堵系統防凍堵效率高，較傳統的電伴熱節能25%，維護簡單，設備綜合維護成本低；感應墊體積小巧、重量輕便、可塑性強、移動靈活，便攜式安裝，可以結合海上石油平臺空間狹小、環境復雜的特點進行定制化，可根據現場實際情況進行定制；感應墊安裝簡便：感應墊子用粘連帶將包在閥門、管道上即可；感應墊材料由專用多成分的化學復合材料構成，正常工作時感應墊子自身不會發熱，同時具有不良導熱的特性，從而對防凍堵設備具有保溫功能；感應墊材料具有良好的絕緣特點，對平臺的電氣專業人員及其他運行人員具有良好的保護；感應墊表面采用耐腐蝕硅膠涂層，達到防鹽霧、防粉塵、防凝露、防高溫的海上平臺的“四防”要求。

3.結語

該平臺的新型防凍堵系統投運一年多來，加熱速度快、移動方便，新型防凍堵系統比傳統電伴熱帶解凍堵速度提高很多。新型防凍堵系統主機內的芯片可自動識別加熱對象的材質、厚度等關鍵參數，進而匹配相應的工作頻率和輸出工作的有功功率，極大的縮短了解凍堵的時間、有效避免了凍堵現象的發生，給油田的生產帶了顯著的綜合效益，為其他無人平臺或少人化平臺的壓縮機撬、油水分離器、緩沖罐、閃蒸罐、過濾器、離心機、流量計、加熱器、分離器、壓縮機等防凍堵提供了參考思路。

新型防凍堵系統通過100/1000M以太網口、標準的Modbus TCP/IP協議，可以將加熱的功率、工作頻率、各點溫度、壓力、故障信息等關鍵運行參數傳送到中控系統或第三方系統，運行人員可以根據需要遠程開關各點新型防凍堵系統，發現故障及時處理，特別適合無人值守平臺。