变频调温电加热装置在油田管道电加热系统的应用

变频调温电加热装置在油田管道电加热系统的应用

【摘要】通过变频调参与自动控制，使管道内介质温度保持稳定，消除工频控制温度调节连续性差、设定不及时等原因导致的电能浪费。

第一部分介绍管道电加热器工频控制存在问题。

第二部分结合油田实际，介绍变频与自动调温装置相结合在管道电加热棒的应用。

【关键词】变频调节功率；温度自动设定

1、电加热器设定温度：指为满足输送要求设定的加热温度，该设定值根据环境温度的变化自动反比例调整。

2、回油温度：指加热后输送到末点的温度，要求保持恒定。

前言

为确保油井管道正常输送，或提高加热炉燃油温度，目前大港油田采油三厂安装井口与加热炉燃油管道电加热器40余台，主要采用工频控制加热，年耗电量达900万度，是典型的高耗能设备。

近年来，通过研制变频与自动调温装置相结合，使加热功率随着环境温度自动变化，大幅降低了管道电加热器能耗。

第一部分 工频控制加热存在问题

效率低，连续性差，不能适应环境温度的自动变化。

管道电加热器工频加热采用上、下限设定值控制。当加热温度高于上限值时停止加热，低于下限值时加热启动。为确保原油平稳输送，温度设定值以满足最低环境温度为标准，导致在气温较高时存在电能浪费，如果设定值长时间不调整，电能浪费更大。

同时，电加热器的输出功率不能调整，依靠频繁启、停来控制温度，连续性较差。

第二部分 控制管道电加热器用电所采取的措施

一、采用燃气真空相变炉取代井口电加热棒

针对套管气较丰富的油井，油田应用燃气真空相变炉，取代了部分管道电加

热棒，但具有一定的局限性。

1、依托单井套管气加热，受气量的影响较大。

2、当气量逐渐减少时，点火难度增加，火焰燃烧的可靠性下降，存在安全隐患。

3、加热炉通过明火直接或间接加热，燃烧温度较高，易损件较多，维护成本高。

二、实验太阳能真空管集热器取代电加热棒

2008年，在油井及储油罐上实验太阳能真空管集热器取代电加热棒，存在问题较多停止推广。

1、热量存储难度大。电加热工艺主要针对低温天气，白天太阳能光照强度大时仅需少量加温，夜晚气温低却没有太阳能可利用，储存技术及成本目前尚难以接受。

2、太阳能集热装置占地面积大，易受场地条件限制。

3、一次投入、维护成本高。

第三部分 变频自动调温装置的应用

近年来，经过反复试验与改进，研制变频自动调温装置，依据气温变化，通过变频调参与温度调节器相结合，自动调整加热温度，实现电加热器的经济运行。

一、电加热器变频调温控制技术的特点

电加热变频调温控制技术以常规变频器为执行部件，用两个温度传感器分别采集环境温度与管道介质温度，两个PID调节器对温度信号进行处理：当大气温度变化时，电加热设定温度值相应调整（呈反比例对应关系），变频器根据电加热设定温度与实际温度的差值相应调整输出功率，最终实现回油温度基本保持稳定。

二、电加热器变频恒温控制现场应用效果：

（一）现场应用

通过家39-63井23天的试验结果表明，与常规工频电加热器（家43-61）控制对比，平均日节电量209.7kw.h（计量数据为电力自动计量与传输数据），节电率达55.8%（两台电加热棒额定功率均为20kw，处于同一区块、同一条供电线路、管线距离基本相等，其原油物性相近、管线散热相近。经检测，在工频运行

时，实际加热功率同为23kw，日耗电量均在550kw.h）。

在家39-63井完全依据气温变化自动控制设定温度与加热功率，至4月27日日均耗电为165.3kw.h（从4月5日日耗电380kw.h下降到最低一天4月15日仅43kw.h；与3月上旬对比，日耗电量下降500kw.h）。而同期家43-61采用常规电加热控制，日均耗电量为375.9kw.h（从4月5日的524kw.h降到4月19日的最低值270kw.h）。

（二）效益分析

该产品采用30kw常规变频，可适应常规20kw与30kw两种管道电加热器，单台价格低于3万元，按单台日节电220度计算（平均节电率40%），单井年可节电8万度（不含线路网损与上级网损），折合电费6.16万元。投资回收期仅0.77年。

因电加热器采用变频启动无冲击电流，运行电流平稳，使电加热器与变频器的使用寿命远远超过燃气炉等节能产品的使用寿命，而运行条件不受任何限制。

采油三厂全厂推广应用，年节电规模可达400万度。

结论

电加热器变频调温自动控制，使电加热器加热功率随着气温的变化而自动变化，彻底解决了工频控制加热不能与环境温度相适应以及加热连续性差的问题，实现了电加热设备的全自动节能运行。