油田自动化仪表的节能方法

孙志和（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

油田自动化仪表的节能方法

孙志和（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

在油田生产中，自动化仪表的使用越来越多，仪表发挥着在线检测油藏压力和流体流量等功能。但自动化仪表在应用过程中也会产生能耗。自动化仪表的节能方法有很多，如控制仪表接液阻力，使用变频调速装置，使用低压损或无压损仪表等节能效果明显。

自动化仪表 节能方法 提高效率

在油气开采中，使用的自动化仪表跟油田提倡的节能方法有着很大的关系。比如说在对流体进行输送过程中，由于管道设施和流体的特殊性质，会在运输过程中产生很多阻力，这就要造成能量的损耗，同样也会对生产电力造成一部分浪费。因此，自动化仪表在使用过程中有很大的节能潜力，要充分挖掘这种潜力，减少能耗，提高工作效率。

1 自动化仪表的节能方法

自动仪表的自动控制技术在油田以及其他行业中有着非常重要的作用，应该发挥该技术的显著优势，推广普及并积极地运用到油田管理系统的节能环节中。

1.1控制仪表接液阻力

在油田现场工作和生产过程中，阻力主要是由地面流体和仪表之间的直接接触产生的，所产生的阻力越大，其能量的损耗也越大。在油田输送流体的管道中，对流体产生较大阻力的是调节阀与流体之间所产生的阻力和流量计与流体之间所产生的阻力，这两种阻力所占的比例最高。所以说，节能的关键是最大程度地减小接液仪表的阻力。

1）增大节流装置的直径比。在对流体的流量进行测量的各种装置里，应用最广泛的是节流装置，其应用的比例非常大，超过了 2/3。黏弹性是流体的重要特征，流体在流动过程中，在流经节流阀时会形成旋涡，这就要消耗一部分能量；同时在流动过程中，与节流装置接触也会产生摩擦阻力，克服这部分阻力还要消耗一部分节流件的阻力。因此，在液体流经节流件之后会使静压力损失较大，这种损失是不可逆的。依据物理学原理可知，压力损失与直径成反比，直径越小，压力损失就越大，因此，增加节流件装置的直径，有利于节能。

2）减低调节阀的阀阻比。调节阀是用于调节介质的压力、液位和流量的。调节阀的阀阻比是指在阀完全打开的时候，压降与管路总压降之比，一般用S来表示。当S值越大，损失在阀上的能量就越多。依据现场经验可知： S 值一般大于 0.3,数值 在 0.3～0.5 之 间 是 阀 阻 值 的 最 佳 选 择 范 围 。 气 体的阀组比一般比液体的阀阻比要高很多，其数值一般是大于 0.5。

在油田的生产过程中，调节阀对流体的流量进行控制这一作用应用得比较多。阀阻比值与能耗成正比，因此，可以通过降低其值来降低产油过程中机泵电力的消耗。

1.2使用交流变频调速装置代替调节阀

在油田生产过程中，调节器控制离心泵在出口处的流量是按照一定的规律进行的，与此同时，调节器还可以对调节阀的开度进行控制。这种方法有它的劣势，首先它是变阻力的原件，产生能耗是一定的；其次，在泵出口旁要安装一个截止阀来配合调节阀的工作，要选择有余量的泵才能满足负荷的变化要求，从而造成了浪费，从经济上讲是很不划算的。

应用高效节能的变频调速器，可以组成一个理想的调节回路，见图1。

图1 变频调速控制

该项新技术的优点为：无阻力非接触式安装；直接由变频调速器来控制泵的转速；可以除去调节阀的滞后问题，调节品质极高。尽管选用变频调速器的价钱是薄膜调节阀的 3～4倍，一次性投资比较大，但是它具有节能、高效、投资回收时间短等优势，差不多一年的时间就可以收回投资。

1.3低压损或无压损仪表的使用

用节流装置对流量进行测试，这种方法的使用率要大于 70%，其测试过程有压损，这样不利于节能。随着人们节能环保意识的加强，低压损和无压损仪表得到了关注。特别是最近这几年，笛形均速管流量计和旋涡流量计应用优势比较显著。造价低廉、压损微小和安装方便的笛形均速管流量计，非常受油田现场操作工人的青睐。

1.4优化调节方案,节约能源

改变调节阀的安装位置，在换热器后安装调节阀，可以降低调节阀的压损，见图2。物料在经预热器的预热之后，进入闪蒸罐进行闪蒸。其中产生的大部分压降是在流量调节阀上产生的，该调节阀的位置在闪蒸罐的入口处，这样可以使换热器物料的气化得到了有效的控制。

图2 调节阀位于换热器之后

假如在换热器之前安装调节阀（图3），调节阀自身在操作过程中也会存在压损，物料在进入换热器时产生的压力将会降低，同时在换热器内进行加热所用的蒸汽量也会降低，节能效果明显。

图3 调节阀在换热器之前

2 自动化仪表在节能中的作用

能源的计量工作和自动化仪表在油田现场操作上的双重关系是众所周知的，理顺这种关系，将充分发挥自动化仪表在能源计量工作中的作用。未来企业发展的必由之路就是推广和应用具有控制功能的自动化仪表。

1）间接用于节能的自动控制。在以前对自动化控制系统进行设计和改造时，直接目的不是为了节能，但是其控制过程的本身有着节能的作用。例如，在油田现场进行操作和控制某个生产环节时，间接起到了节能作用。

2）直接用于节能的自动控制系统。随着近些年对自动化控制进行的投资和研究，自动化仪表设计的主要目的就是节能。现在这类节能型的自动化控制系统已经应用在油田各个生产环节上，产生了良好的经济效益。

3 结论

随着自动化仪表的飞速发展，已经成功的应用在油田生产和工作过程中，尽管自动化仪表的研发和设计取得了巨大进步，但是我们不能满足现状，要借鉴其他各国的先进技术，更加完善自动化仪表的发展。根据文中对自动化仪表的节能方法进行阐述和分析，对于研究仪表和自动化控制等领域的人员要充分考虑到节能方面，减少能耗，提高各个企业的经济效率。

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.024

2013-03-28）

孙志和，工程师，1985年毕业于东北石油大学 （石油加工 及 生 产 自 动 化 专 业）， 从 事 自 动 化 仪 表 设 计 工 作 ， E-mail：Sunzh@petrochina.com.cn， 地 址 ： 黑 龙 江 省 大 庆 油 田 有 限 责 任 公 司第六采油厂规划设计研究所,163000.