集气站电伴热智能控制节能改造

李勇 汤浩杰 吴雪梅 樊继铭 辛林演 李东

（长庆油田分公司第六采气厂）

1 集气站电伴热现状

电伴热是指用电能补充被伴热物体在工艺过程中的热损失，使其温度维持在一定范围内的电加热装置。电伴热系统主要由电源、电伴热带、温控器（恒功率式电伴热带）、恒温器（变功率式电伴热带） 以及接线盒、二通、三通、尾端等部件组成[1]。在石油天然气行业中，电伴热并不用于提高介质的温度，它主要用于防凝、防冻和工艺保温[2]。电伴热带安装使用流程见图1。

长庆油田气田集气站地处鄂尔多斯盆地陕甘宁内蒙的山区，冬天严寒漫长，昼夜温差大，为避免集气站内脱水罐、分离器、分液罐的管线、阀门及仪表因气温过低导致冻堵，集气站电伴热系统主要在秋冬春季生产（10 月至次年4 月）时投入运行，目前集气站电伴热系统要么常开运行，要么需要人工定时启停[3]。由于昼夜时段气温变化幅度大，根据温度变化人工频繁启停电伴热，会增加员工劳动强度，而且难以精确控制电伴热效果，管理难度大。为了确保设备仪表不产生冻堵事故，伴热带处于持续开启状态，在白天环境温度较高时电伴热依然处于加温状态。如何使电伴热系统既能安全稳定工作，又能降低能耗，是长庆油田集气站管理者探索的方向。

图1 电伴热带安装使用流程

2 电伴热带智能控制

根据GB/T3486 《评价企业合理用热技术导则》的要求：改善传热的措施，应根据工艺过程的可能，合理制定加热温度的规定值，以降低综合能耗；按照工艺条件的规定，准确控制被加热物体的温度，防止超出规定的温度范围；对于周期性工作的热设备，在各工作阶段应按规定的供热制度控制供热量，为提高热效率，应研究更为合理的供热制度[4]。

该厂集气站大多使用自调控电伴热带（变功率式电伴热带），其本身会随着温度的升高，电阻增大，功率降低，不会因为自身升温过高而烧毁，具有自我保护性能，非常适合防冻防凝和工艺保温，运行中能够满足生产需求。但是，由于工程设计之初按照使用场所环境极端温度设计配套的电伴热带额定功率，因而在多数气候条件下，电伴热带额定功率选型参数偏大。所以有必要在季节气温、昼夜气温、太阳光照变化时，根据管道防冻温度要求指标，控制电伴热运行间隔和运行时间，使电伴热运行更切近生产实际需求，从而减少运行时间节约电能[5]。同时，人工操作也存在不稳定、不可靠及工作量加大等问题，有必要实施自动化的智能控制措施。

通过能源审计及站点能耗分析，站内电力消耗最多的是注醇泵，然后就是电伴热加热系统，因此，电伴热节能改造成为降低站点能耗的突破口[6]。

3 电伴热智能控制的原理及构成

3.1 电伴热智能控制的原理

基于气候补偿原理，根据昼夜不同时段环境温度变化及季节气温变化，动态调整电伴热系统的工作状态，自动选择输出电能投放时间，既保证设备仪表安全稳定运行，又节约电能。

安装电伴热智能控制箱和温度变送器，实时监测环境温度和管壁温度，控制系统对环境温度、管壁温度与设定温度进行逻辑运算，由智能控制系统发出投切指令，实现电伴热自动启停。通过减少电伴热运行时间实现节能效果[7]。

3.2 电伴热智能控制箱的构成

电伴热智能控制箱适用于石油化工厂矿的自限式电伴热带、恒功率电伴热带、变功率式电伴热带等电热产品的自动化控制，是整个电伴热系统的中枢。防护等级为IP54。

电伴热智能控制箱由电伴热气候补偿智能控制系统（软件）、自动控制箱、环境和管壁温度变送器、无线传输等组成，智能控制箱功能见表1。电伴热气候补偿智能控制系统是以一个站点为单元，自动控制所有电伴热带的启停。自动控制箱是执行机构。温度变送器是反馈输入量探测单元。当系统通过温度传感器探测到管道温度或环境温度低于系统的设定温度时，系统自动启动，反之自动断电停止伴热。每个电伴热智能控制箱设置事故自动报警。此外，电伴热带智能控制箱具有手动自动转换选择，可以检测和记录运行时间和耗电量、运行电压、运行电流、功率因数及故障报警记录等，电伴热带智能控制箱运行界面见图2。

图2 电伴热带智能控制箱运行界面

表1 电伴热带智能控制箱功能

4 电伴热智能控制现场应用

2019 年10 月对31 座集气站实施电伴热智能控制节能改造，每座站安装一套电伴热智能控制系统，自动控制电伴热运行投切状态，同时将电伴热的接通或断开状态反馈给站控平台SCADA 系统[8]。工作人员在SCADA 系统平台可看到所有电伴热运行状态、当前温度等参数，可通过软件界面选择自动和手动控制电伴热启停，实施远程控制。实现电伴热安全稳定、高效节能、自动化运行。

通过对各集气站电伴热运行电参数的统计，将每相线路负载的电流、电压、功率因数、有功功率及日平均运行时间汇总列表，得到电伴热实际运行的电力分配和能源消耗情况，电伴热带总运行功率362.09 kW，日平均运行时间15.83 h，电伴热系统得到有效控制，电伴热带运行电参数统计见表2。

5 节能效果

依据GB/T 28750—2012《节能量测量和验证技术通则》，当节能措施可以关闭且不影响项目运行时，可以通过直接比较法测量和验证节能量。电伴热智能控制节能改造，没有改变电伴热带加热设备布置和装机容量，电伴热带的实际输入功率和运行电参数没有改变；控制系统仅通过改变电伴热带开关投切机制来改变运行时间，即将人工投切变成自动投切[9]。电源开关在需要加热时合闸，需要停止时断开，智能控制器自动记录运行时间和耗电量，从而准确了解电伴热运行情况[10]。

本次实施开展集气站电伴热带智能控制节能改造，深入细分集年节能量126.44 t，气站能源消耗分配占比，节能效果核算改造前运行时间按日运行24 h 计算，改造后数据采用电伴热智能控制箱运行时间记录，运行天数按130 天（约4.5 个月） 计算，年节电量378 574.30 kWh 节能率33.51%，电伴热智能控制箱节能效果见表3。

表3 电伴热智能控制箱节能效果

6 结论

实施开展集气站电伴热带智能控制节能改造，降低了员工劳动强度，同时深入细分集气站能源消耗分配占比，实现了预期效果，具有推广应用前景。面对长庆油田气田集气站布局分散、数量众多、环境复杂的局面，随着油气田数字化建设的逐步推进，无人值守站占比逐年上升，集气站电伴热系统安全稳定高效节能自动化的运行目标，成为天然气集气站运行管理的必然要求[10]。