油田自动化仪表的节能方法探析

郇亮(大庆油田有限责任公司第十采油厂工程技术大队仪表室，黑龙江 大庆 163000)

0 引言

近年来，我国现代化水平不断提升，对能源的需求逐渐加大，石油行业获得突飞猛进的发展，也更加重视科技创新的历练，开发和应用多种自动化机械设备，提升生产质量和效率。其中自动化仪表发挥了显著的作用，保证了仪表数据的精度，也促进了自动化控制系统的实现和正常运转，提升了石油生产的自动化程度，促进了人力成本的节约，但是，也带来了大量的能源消耗，不符合国家节约能源、保护环境的政策，也不利于石油行业的转型升级，走可持续发展道路。由于自动化仪表在石油生产中的不可替代性，相关企业应当重视自动化仪表的节能降耗工作，通过有效的节能方法对自动化仪表的耗能做出控制促进石油行业绿色发展。

1 自动化仪表概述

自动化仪表是石油行业中的重要仪器设备，有自动化元件组成，是石油生产自动化控制系统的重要组成部分，具有较高的自动化水平以及多样化的功能，能够精确的测量相关数据并显示出来，还能够记录数据以供查询。自动化仪表本身具有系统性，这主要是关于测量数据形成的，也是总系统的一部分，可以根据信息形式的转换原理，把输入的信号转换成输出的信号。信号可以按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。在石油行业的生产活动中，自动化仪表能够获得并显示出精确的数据、操作难度小、可以发出警报和进行数据处理以及信号传输，具有明显的应用优势，是自动化控制系统的眼睛，并且随着科技的进步，一直朝着智能化、总线化、网络化的趋势发展。

2 油田自动化仪表节能的重要性

油田自动化仪表的应用贯穿油田生产的全过程，在其中发挥了重要作用，保证了油田生产工作顺利开展。自动化仪表能够对各项数据包括各项工艺参数等进行检测和控制，将数据显示出来并生成记录，实现数据的可回溯，以便通过数据表现出油田生产和运行的状态，为管理工作提供帮助。自动化仪表的精确性和能否正常运行，关系着油田工作能否高效开展，既是生产过程中重要的仪器设备，更是管理工作中重要的控制手段，既能够进行数据处理，也能够及时反映出异常数据和故障情况并进行警报，维护油田生产和管理的安全性和秩序。

由于自动化仪表具有检测、记录等一系列的功能，因此，在油田生产管理过程中大量应用自动化仪表，有助于有效提升工作效率，促进自动化控制系统高效、高水平运作。自动化仪表的大量应用，提升了传统仪表的精密度，丰富了自动化控制系统，提升了油田生产的效率和自动化质量，但是大量仪表的应用也会造成大量能源消费，尤其是电力，在运行过程中也存在着并不必要的消耗，违背的节能降耗的目的，也会影响自动化仪表的检测控制性能。

自动化仪表本身就是一个系统，因此对节能降耗方法的技术性也会相对较高。不仅仅要着眼于自动化仪表本身，更要结合其运行状况，将自动化仪表放置在油田生产管理的整个自动化控制系统来进行节能方法的制定，超出对仪表材料的思考，借助科学性的技术和管理思想来设计出更加行之有效的方案来促进自动化仪表的节能应用。

在进行节能方法的探析的过程中，应当先明确节能指标，也就是自动化仪表能够并且应该达到的能源节约量，这个指标的制定必须要结合到仪表的实际状况，不能夸夸其谈，也不能太容易达到，并在节能指标的约束下，从自动化仪表的设计、安装、优化等全过程和多个方面进行节能方法的制定，这样才能达到更好的节能效果。

自动化仪表的节能必须要在保证仪表正常应用和性能不受损的前提下进行，不能为了达到节能目的而牺牲自动化仪表的应用优势，应当从技术层面、仪表的应用环境层面以及经济层面进行综合考虑，实现自动化仪表与其它油田生产环节或设备的优化协调，从整体上获得更好的节能效果，促进油田生产的自动化水平提升、效率提升和绿色发展。

3 油田自动化仪表的节能方法

3.1 控制传输阻力

在自动化仪表的应用过程中，通常会直接和地面流体所接触，这样就会造成阻力，从而导致多余的耗能。因此，可以通过控制传输阻力的方法来减少能源消耗。而传输阻力中比较主要的部分就是仪表及阀组，因此可以采用增大节流装置直径比和优化使用调节阀两种方法来对仪表的传输阻力进行控制。

首先是增大节流装置的直径比。油田的生产过程中应用了大量的节流装置，这种装置主要是对流体进行测量，其范围至少在二分之一以上。流体具有一定的黏性，所以在液体在节流装置中传输的过程中，会出现漩涡以及摩擦，这样就会增加阻力进而导致多余的能耗，与此同时也会造成液体静压力的消耗，这种消耗具有不可恢复的特性。也就是说，节流装置直径比越大，相应的长度就会减少，这样就能够有效减少阻力和避免压力损失，从而避免不必要的能量消耗。因此增加节流装置的直径比是节能的好方法。

其次是优化调节阀，加强对调节阀的控制。这就要对阀阻比进行考虑，阀阻比主要是指当阀体开到最大时，压力降低的值与管路总体压力降低的比值，通常用S来表示，阀阻比越大，这个调节阀导致的能量耗损就越大。通过对调节阀的实际应用进行调查，可以发现S一般情况下，大于0.3而小于0.5，并且当介质是气体时，S会比较大，也就是说消耗的能量比较大。因此，在使用调节阀时要尽量避免气体，对气体含量小的流量，例如液体等进行控制，其阀阻比小，耗能小，就可以达到节能的目的。

3.2 使用交流变频设备

通常情况下，油田生产运行中，会结合实际情况设置合适的PID值来发挥调节器的作用，实现对调节阀的控制，这样能够更好地控制离心泵流量。但是这种调节器的应用会造成一些问题。首先是会导致能量耗损，难以达到节能效果。调节器中含有变阻力元件，这会导致一定的能量消耗。其次是经济性不足。要使用调节阀就需要配备截止阀，但是并不是所有的离心泵都能够设置截止阀，这样就导致有些泵不能使用，能使用的泵只有功率足够大才能够满足动力负荷变化，因此会导致功率浪费，不具备良好的经济性。

面对这种现象，就需要采取措施尽量避免调节阀导致的不必要的能源消耗，来实现节能的目的。随着科学技术的不断进步，电子科技应运而生，变频节能调节器被研发并应用于众多工业生产之中。变频节能调节器，能够达到良好的节能目的，同时具有良好的经济性，能够促进设备效率提升，具有极大的应用优势。为了实现油田自动化仪表的节能降耗，可以引入变频技术，使用交流变频设备来代替传统的调节阀进行离心泵流量的控制，这样就能够避免传统调节阀造成的能量耗损，实现节流降耗的目的。交流变频设备具有三方面的应用优势，首先在交流变频设备的安装上能够实现非接触、无阻力。其次交流变频设备能够直接控制离心泵的转速，这样就能更好地控制其流量。最后交流变频设备能够进行大范围无级调速。总之，使用交流变频设备能够较好地减少能量消耗，提升调节效率，实现节能和提升经济性的双重效果。

3.3 合理选择自动化仪表

随着科技的发展，自动化仪表的类型、种类和特性逐渐多样化，无压损或低压损仪表一经研发，就获得了大量关注。为了达到自动化仪表的节能，可以从仪表自身出发，合理选择自动化仪表，借助无压损或低压损仪表来降低能耗，节约能源。上面分析中提到目前油田生产中广泛应用的节流装置压损大，不符合节能目的，而旋进旋涡流量计和笛形均速管流量计就属于无压损或低压损仪表，价格低廉，能够降低成本，压碎微小，能够降低能耗，并且安装简单，具有明显的应用优势。因此，可以通过使用无压损或者低压损的自动化仪表来实现节能目的，同时相关企业除了合理选择仪表，也要更加重视仪表的研发，加大资金投入，研发出性能强并且节能效果的仪表。

3.4 优化运行方案

为了使自动化仪表达到较好的节能效果，可以从运行的角度进行设计，优化运行方案也可以收获节能效果。这就要合理选择安装位置，调整调节阀布局，因此可以选择将调节阀安装位置设置到换热器后，这样就可以将调节阀主要的压损集中到流体测量上，从而达到降低压损的效果。主要过程是物料会从预热器经过闪蒸罐，再到换热器，如果将调节阀安装位置设置在换热器之前，那么调节阀接触的就是气体，这就会出现较大的压损，出现较大的能量消耗，并且导致换热器内的蒸汽量降低。而将调节阀安装位置调节到换热器后就可以避免这种情况，达到节能效果，因此，可以通过优化运行方案，调整装置布局的方法来进行节能降耗。

3.5 建设数字化油田

信息化时代已经全面到来，计算机技术、信息技术已经融入到了人们的生产和生活中，为人民日常生活提供了巨大便利，也推动了工业技术的发展和机械设备的更新。在油田生产运行中，借助先进的计算机技术、信息技术，建设数字化油田可以提升工作效率，收获节能效果。如，在抽油机井中应用数字化技术，可以进行实时数据的收集、传输、控制等，这样就能够大大提升生产效率，降低人员安排，降低成本的同时也可以避免人员伤亡，并且可以降低电量消耗。

4 结语

综上所述，油田自动化仪表是不可或缺的重要仪器设备，更是自动化控制系统的汇总要组成部分，大大提升了石油行业的工作效率和自动化水平，应该借助多样化的技术手段提升自动化仪表的节能特性。相关企业应该通过控制传输阻力、使用交流变频设备、合理选择自动化仪表、优化运行方案、建设数字化油田等手段，在保证自动化仪表应用优势的同时，减少不必要的损耗、节约能源，让自动化仪表的应工更加环保，为企业节省更多成本、获取更多效益，也创造出更大的社会效益，让社会发展走上绿色可持续道路。