中频加热装置在欢二联合站外输管线中的应用

朱孔飞 温志贺 林平平 李霞

摘要：随着油田的开发，天然气和套管气逐年递减，生产所用天然气日趋紧张，导致欢二联至欢一联合站外输油管线油温下降，冬季运行工况不稳定因素增加，外输困难。因此，改善外输温度成为解决欢二联合站外输困难的重要因素，中频辅助加热自控系统将完成管线油温的补充加热任务。

关键词：外输;加热炉;中频加热装置

1 应用背景

在油田的开发生产中，天然气和套管气逐年递减，生产所用天然气日趋紧张，导致欢二联至欢一联合站外输油管线油温下降，冬季运行工况不稳定因素增加，外输困难。因此，改善外输温度成为解决欢二联合站外输困难的重要因素，中频辅助加热自控系统将完成管线油温的补充加热任务。

2 欢二联稠油外输工艺流程

欢二联合站主要承担采油二区、采油五区开采的进站液（油水混合物）的加热、油水分离和外输任务。欢二联到欢一联稠油外输管线，是由80AY100×2、75KW机组构成动力源，由80万大卡加热炉将原油加热到70℃左右，再由∮159管线输送到新20站。由80万大卡中继加热水套炉加热后，经∮159管线输送到欢一联，管线长度13000m。

3 运行中存在的问题及分析

3.1 加热炉热效率低

欢二联外输加热炉目前已运行10年以上，据测试统计分析，平均排烟温度为209℃，平均表面温度为41℃，平均空气系数为1.79%，加热炉平均热效率为68%，加热炉总合格率为71.7%。目前在加热炉控制方面，仍然是根据火焰变化状况由人工调节加热炉风门挡板或手动调节加热炉供气阀门，同时定期组织人员对加热炉进行清灰维护。

3.2 天然气量不足

欢二联外输炉正常每天需要天然气至少1200立方米，而全厂目前处于天然气紧张状态，每天的供气量难以达到生产要求，尤其在每年的11月15日至次年的3月31日，由于处于冬季生产状态，直接导致供气量不足，不能保证外输炉加热炉用气，同时外输含水指标均受到波动。

3.3 外输泵超负荷运转

为控制生产系统的稳定，每天的外输油量基本平衡。但在冬季生产中，由于温度低等原因，导致外输泵排量无法达到预期目标，且存在管线凝堵事故。采用变频外输需增加频率，但外输机组电机变频器发生多次过流保护。为了保证生产的连续性，防止凝管事故，采用工频超负荷外输，结果造成配电柜接触器损坏。

3.4 外输油温低

在天然气量不足的前提下，欢二联到欢一联外输油温难以保证生产需求。在冬季运行过程中，发生过多次电力系统由于过负荷而产生保护。将欢二联发送稠油压力、温度、流量的数据与欢一联接收数据进行比对，油温下降20℃左右。

通过对比，由于环境温度变化，导致天然气的正常供应。因此增加中频辅助加热装置，在80万大卡中继加热水套炉后端加入，作为后备热能在环境恶劣状态下自动投入运行，确保油温正常。减少外输阻力，减轻动力源机组负载节约电能。

4 中频加热技术

4.1 中频加热原理

将工频50HZ的380V电力电源经过整流、滤波储能、IGBT逆变，在脉宽调制电路PWM的控制下，形成50HZ至2500HZ的中频。使负载线圈通过中频电流，在输油管线表层形成涡流而使管线发热。流过该段管线的石油不断获得热能，从而加速了流动性减少了阻力，保证了二联外输机组的运行工况。

4.2 温度与门采样

温度与门采样是采用CD4048逻辑电路，该集成电路将中频加热线圈的首端（原油管线的入口）的温度和中频加热线圈的尾端（原油管线的出口）的温度相与。使加热原油的温度由点控制扩展到区域温度控制，有效的将加热温度控制在区间范围内。

逻辑电路CD4048是多功能逻辑集成电路，它可以将水套炉的水位高低、原油温度、天然气压力、火焰的有无、等信号形成报警开关量，实时报警传输到值班于部和调度室，实现了远程监控目标。

4.3 中频加热工艺系统结构

从电网6千伏获得电能，经电力变压器变换至三相380伏送到中频柜.在逻辑电路CD4048的控制信号作用下，中频脉宽调制电路产生所需的PWM脉冲波形，控制IGBT四个大功率开关管分别导通和关断.因此，管线上的中频加热线圈将得到不同功率的电流，使介质加热。

4.4 系统主要设备

该设备主要由大功率IGBT管和高度集成电路模块组成，因此，外界环境温度变化是影响工作是否稳定的关键步骤。通过对防风防雨及控温措施的实施，中频加热装置工作稳定可靠。

远程数据传输是依靠佳杰08G的GSM无线手机网络实现的，该报警器具有120路无线输入信号、2路有线输入信号、和1路控制输出回路。它含有四频GSM/GPRS工业模块真正实现了与手机连网，通过手机可监控各路参数、工况、同时可以通过手机直接遥控中频加热装置，形成自动、手动遥控，使用现场距离GSM收发站7.8公里。信号强度的场强稳定可靠，快速灵敏。实现远程手动控制方便准确，是保障稠油管线冬季生产的有效控制措施。保证特殊环境下的生产需求。

4.5 中频加热的优点

（1）中频加热为内部环流加热，热效率高比工频22%、节约电能。

（2）管线加热具有流动性好，流体具有热势能的位移。

（3）IGBT的占空比控制调节方便，采用与门温度调节。

（4）管线离中频加热2米远后，在中频加热管线两端均做接地防止静电传导。

（5）远程数据传输，实现监控和热力后备源的生产调控。

5 中频加热技术现场应用及效果评价

5.1 中频加热装置现场应用

外输排量目前控制在20 m?/h 左右。接收端平均油温为50℃ 左右时，生产工况正常。所以根据表4可以看出，在新20#站加热炉将油温再提高20℃，稠油的流动性可得到改善，保证了外输需求。

欢二联到欢一联稠油外输管线全长13公里。在新20站是中间处，有场所和电力能源的条件。在80万大卡中继加热水套炉加热后，加装中频加热，补充20℃温差，是理想场所。

5.2 应用前后生产数据对比

应用后外输压力由1.1MPa降至0.8MPa，外输排量由12m3/h提高到16 m3/h。

5.3 效果评价

在中频加热装置投入已后，外输2#、3#机组的运行平稳，工作电流正常。电机工作温度下降，延长了電机的使用寿命。同时对变频器的工作电流环境的减小，大功率晶体管的温度的下降，都保障了变频器的各参数的稳定。

6 效益分析

（1）温度自动控制中频加热装置，与水套炉形成互补。温度控制探头分管线两端并且相与，防止加热温度不均衡。减少了电器设备的损坏率，维修成本下降。

（2）输油量得到保证，电能损耗下降。管线承载压力减轻，延长使用年限。

（3）由于管线承载压力下降，管线的穿孔漏油事故将减少。环境污染成本投入会下降，同时节约了人力劳务支出。

（4）中频加热装置的运行，保证了欢二联生产系统的平稳控制，消除了冬季运行凝管的事故隐患。

7 结束语

中频加热装置在欢二联外输管线的应用，实现了稠油Ф159管线在冬季生产中畅通无阻，同时又完善了远程监控的目标。减少了电器设备的故障率，降低了维护成本。从根本上解决外输多年的难题。使输油压力合理，延缓了管线由于输不动而提高压力造成穿孔的使用寿命。防止原油污染环境，冬季生产在安全稳定的工况下运行。