徐深气田电伴热工艺优化技术探讨

一、电伴热工艺的应用现状

气田自2004年开发建设以来, 共在93口气井推广应用了电伴热防冻工艺, 共应用电热带180.54km, 总功率达4833.32k W, 其中, 采气管道串联式电热带145.72km, 功率为26W/m;站内伴热为并联式电热带34.82km, 功率30W/m, 电热带内部结构如下图所示。在实际生产过程中, 电热带耗电占生产能耗的80%以上, 并且随着气田开发规模不断扩大, 生产耗电逐年上升, 电费支出成本压力将不断加大。

二、电伴热工艺适应性分析

1. 采气管道电热带温控系统运行效果差, 生产能耗高

采气管道电热带温度控制是通过感温探头检测管道外壁实际温度, 并根据气井生产参数, 合理设定电热带温控箱运行温度区间。在实际运行过程中, 由于管道外壁温度与管道内天然气介质温度有一定差异。

2. 集气站伴热工艺集中控制, 单井伴热控制灵活性差

集气站分离器区上游工艺区电热带采用集中控制方式, 在每个工艺装置区设计电源点1至2个, 如加热炉区设电源点1个, 控制多口气井换热后工艺管道电热带, 生产阀组区设电源点2个, 控制多口气井生产阀组前后工艺管道电热带。在生产运行中, 若个别气井井口温度高或关井时, 该井电热带无法停运, 只能空载运行, 即浪费了电能, 又会因管道温度过高而影响管道防腐、保温层及电热带的使用寿命。

三、电伴热工艺优化思路

1. 优化站外电热带调控技术, 节能效果显著

针对采气管道电热带温控箱设定温度不合理和运行功率不可控制, 导致能耗过高的问题, 研究并应用电热带调控系统, 即利用可控硅技术合理控制电热带输出功率。

电伴热调控系统主要有温控装置、站控系统两部分组成。温控装置内设置了采气管道功率调节器, 该调节器上游连接低压配电柜, 下游连接采气管道电热带, 为采气管道提供电源;站控系统通过采集采气管道天然气温度, 并与系统设定的电热带温度比较, 通过Profibus网络通讯, 调节功率调节器的输出功率。

目前, 在6座集气站应用了电热带调节装置, 从现场应用情况开看, 节能效果显著。如下表所示集气站, 该集气站管辖8口气井, 其中7口气井在站外, 生产参数见下表:

综合考虑7口气井生产参数、水合物生成温度及环境温度等诸多因素, 合理设定采气管道电热带运行温度高于水合物生成温度2℃。通过可控硅温控系统实时调节电热带的输出功率, 电热带平均运行功率由26W/m降至13.28W/m, 节能效果显著。

2. 改进电热带工艺设计, 实现集气站电热带逐井控制

集气站站内电热带遵循一个电源点只对单井工艺流程进行伴热, 运行温度不相同的管段采用不同的回路, 在电热带首、末端设置温度传感器, 增加温控点, 实现各单井按工艺流程的分段控制。在站内工艺区域设置一面多回路的配电箱, 负责不同单井、不同运行温度的电热带供电。

应用此项技术后, 站内电伴热改进后的节能效果比较显著, 如下集气站管辖5口气井, 1口气井井口温度远高于水合物生产温度, 其他4口气井井口温度在水合生成温度附近, 详见表2。

工艺优化前, 站内工艺电热带设置为集中控制, 一个电源点控制5口气井的电热带, 不能根据气井生产状态灵活调整电热带的运行, 出现部分电热带空载运行的问题, 造成能源浪费。工艺优化之后, 将多路控制改为分路控制, 在气井井口温度高或气井关井时, 可及时停运电热带。详见表3。

3. 不断完善电热带工艺设计, 实现集气站电热带区域控制

集气站工艺复杂, 各井、各区域的介质温度存在较大的差异, 给电热带优化运行带来一定难度。按照集气站各工艺区域介质温度将集气站站内工艺划分成为四个热场区, 即进站阀组区为第一热场区, 加热炉后至三级节流阀区为第二热场区, 分离脱水区为第三热场区, 燃料气系统为第四热场区。

利用可控硅调控技术后, 前两个区域实现逐井控制。后两个区域控制依据介质工作温度, 通过PID控制器运算来控制功率调节器输出功率大小, 进而控制站内工艺设施伴热的温度。在集气站PLC上可以监控功率调节器和PID控制器的运行状态。同时采用自动投启装置来实现温度自动控制以及伴热带的自动投切, 控制系统工作方式如图所示。

随着气田开发规模的扩大, 电热带用量逐年加大, 电耗成本压力也将越来越大。为了有效控制能耗, 试验应用了电热带可控硅调控技术, 不仅节能效果显著, 同时也方便操作和管理, 建议在气田进行推广应用, 为徐深气田高效开发和节能降耗提供技术技术保障。

摘要：气田采气管道及站内工艺普遍应用电伴热防冻技术, 共建设应用电热带180.54km, 电热带耗电占生产耗电80%以上, 因此电热带节能降耗问题尤为重要。本文根据电伴热工艺的现场运行和能耗情况, 从工艺设计和运行管理等方面分析存在问题, 重点对电热带增加的温度控制系统进行研究。利用可控硅技术, 对电热带功率工艺优化控制, 结合集气站生产参数, 根据不同气井的工况条件和水合物形成温度, 进行现场试验分析, 降低集气站生产电耗, 从而达到节能降耗的目的。

关键词：电伴热,可控硅技术,优化运行,节能降耗