伴热监控技术在气田开发中的应用_刘杰.pdf

智能油化工程伴热监控技术在气田开发中的应用刘杰，刘晃，杨波，陈雷，蒋成银，梁瑞强（中国石油长庆油田分公司第三采气厂，陕西西安710018）摘要：为减少天然气湿气计量交接点孔板计量装置引压管冬季冻堵情况发生，避免计量故障，伴热是苏里格气田采取的主要技术措施，伴热工作状态直接影响天然气计量的准确性。为此研发试验的伴热远程监控技术，实现了对伴热的远程监控、实时报警、故障点智能判断及故障自动关断等功能。通过现场运用及测试认为：（1）报警信息准确可靠，异常故障报警时效性强；（2）维护工作量小，由每周 1 轮次优化为每季度 1 轮次，维护工作量仅为原来的 8%；（3）实现“技防”技术，减少“人防”的资源浪费；（4）经济效益明显，维护成本降低 76%；（5）节能约 65%。关键词：气田；伴热；引压管；报警；故障中图分类号：TE938.2文献标识码：A文章编号：1673-5285（2023）03-0112-05DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2023.03.022*收稿日期：202212-21作者简介：刘杰（1980-），男，本科，2011 年毕业于西安石油大学石油工程专业，长期从事天然气开发工作，邮箱：liujie1_。Application of heat tracing monitoring technologyin gasfield developmentLIU Jie，LIU Huang，YANG Bo，CHEN Lei，JIANG Chengyin，LIANG Ruiqiang（Gas Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xian Shaanxi 710018，China）Abstract:Heat tracing is the main technical measure adopted in Sulige gasfield in order toreduce the freezing and plugging of pressure tube of orifice plate metering device at naturalgas moisture metering junction in winter and avoid metering faults.The working state of heattracing directly affects the accuracy of natural gas metering.For this purpose,the remotemonitoring technology developed and tested has realized the functions of remote monitoringof tracing heat,real-time alarm,intelligent fault point judgment and automatic fault shutdown.Through the field application and testing,it is found that,（1）the alarm information isaccurate and reliable,and the abnormal fault alarm is timeliness.（2）The maintenance work石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第 42 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.42 No.3Mar.2023苏里格气田地处内蒙古毛乌素沙漠，冬季最低气温-35。各天然气计量交接点现场均使用电伴热带保温，预防计量管路、导压管、分离器等设备冻堵，保障天然气精准计量、设备正常运转。伴热带发生故障将导致管路冻堵，严重影响天然气计量的准确性。同时电伴热带运行过程中，采取人工巡检的方式进行维护，每周需巡检 40 余路计量管段伴热带，工作量大、维护难度大、管理效率低。伴热带包裹在不锈钢保护层内部，无法实时掌握电伴热带运行状态、管道温度、电伴热带温度、电伴热带电流、电伴热带电压。为解决以上问题，特研发试验电伴热远程监控技术1-7。1电伴热远程监控技术工作原理11工作原理及系统信号（1）工作原理。电伴热远程监控技术主要由智能电伴热监控仪及远程监控技术组成（图 1）。具体包括子控探头、智能电伴热带监控仪、上位机软件（数据库）等。子控探头采集电伴热带各类信号数据，传输至智能电伴热带监控仪，智能电伴热带监控仪汇总各类数据进行分析处理，通过发射数据信号，以 LORA、4G、PLC 通讯方式，将信号传输至站点内通讯机柜，通过通讯机柜与上位机进行数据交互，将回传信号显示在智能管理平台。（2）系统信号。监控仪工作环境温度为-3065，测温范围为-50150。现场监控 LED 灯显示运行状态，电伴热带运行工况、管道温度、电伴热带温度、电伴热带电压、电伴热带电流、最近报警记录、老化率、断点位置共计 8 项信息，经 485 信号线、RTU 传回智能管理平台。12监控技术分类功能（1）实现数据 24 h 实时监控。监控数据为电伴热带运行工况、管道温度、电伴热带温度、电伴热带电压等 8 项数据（表 1）。（2）实现故障判断、实时报警及故障自动关断。伴热带一旦故障，系统实时报警，报告断点位置，并针对短路、断路等故障第一时间进行自动切断，防止问题进一步扩大。图 1电伴热远程监控技术工作原理表 1苏 6 站计量管路电伴热数据监控（3）实现电伴热带的自动控温。监控技术可根据不同的季节、环境温度、工况对电伴热带输出温度进行灵活设置，温度调节范围为1080，精度3，现场设置电伴热带运行温度上限 60，下限 15，控制电伴热带在设定的范围内运行。达到上限自动断电，达到下限自动送电，自动升温，支持就地和远程模式。实现电伴热带最优供热方式，达到智能控温、节能降耗的目的，节电达 60%，实现数字化、智能化管理。（4）实现历史查询功能。平台自动生成 LOG（日志）文件，便于后期综合分析、确定电伴热带更换周期。序号名称参数备注1运行状态21.升温加热中；2.加热中；3.停止加热2管道温度15.6/3电伴热带温度42.3/4当前电压202.00 V/5当前电流15.09 A/6最近报警记录内容0.000.无故障；1.过压；2.欠压；3.过流；4.超温；5.低温；6.短路；7.断路；8.断电；9.受热探头未接；10.伴热探头未接7老化率0.00百分比8断点位置0.00百分比load is small,which is optimized from one round per week to one round per quarter,and themaintenance workload is only 8%of the original.（3）Realize technical defense technologyto reduce the waste of resources in civil air defense.（4）The economic benefits are obvious,and the maintenance cost is reduced by 76%.（5）Energy saving about 65%.Keywords：gasfield；heat tracing；pressure tube；alarm；fault用户监控电脑以太网连接RS485RS485监测仪监测仪刘杰等伴热监控技术在气田开发中的应用第 3 期1132电伴热远程监控技术试验过程2019 年 12 月至 2020 年 2 月，在苏 6 站进行了为期 3 个月的现场试验，主要对监控技术传输温度精度、节能程度开展了对比试验及应用效果跟踪。21传输温度精度测试试验期间对电伴热智能管理平台显示温度与实际温度、管道显示温度与实际温度进行了对比（表 2、图2、图 3），经对比发现，精度2。经分析，现场设置电伴热带运行的工作参数上限为 60，下限为 15，实测电伴热带平均温度为 41，超过上限或低于下限时，系统自动调节升温，电伴热带温度、管道温度能满足现场实际需要，监控功能稳定。2.2节能测试2.2.1常用电伴热带能耗选取苏 6 站电伴热带开展试验，电伴热带总长度 28.2 m，温度波动大。运行时长9.3 h，总耗电量 4.23 kW，由此得出 100 m 电伴热带 1 h耗电为 1.66 kW，24 h 耗电为 39.84 kW，按照冬季运行6 个月计算，一条 100 m 电伴热带总耗电量为 18039.84=7 171.2 kW。作业区电伴热带总长 2 600 m，一年用电费用为 7 171.2260.79=147 296 元。测试数据见表 3。2.2.2接入监控技术后电伴热带能耗在苏 6 站接入监控技术后，温度在设定范围内自动调节。运行总时长17.2 h，总耗电量 2.82 kW，由此得出一条 100 m 电伴热带 1 h 耗电为 0.58 kW，24 h 耗电 13.92 kW，按照冬季站点测试方式现场测试时间伴热带温度/实测温度/管道温度/实测温度/故障/次传输是否稳定苏 6 站测温枪检测2020.1.1444417160是苏 6 站测温枪检测2020.1.5424416160是苏 6 站测温枪检测2020.1.10444317150是苏 6 站测温枪检测2020.1.15434317160是苏 6 站测温枪检测2020.1.20424116150是苏 6 站测温枪检测2020.1.25404016160是苏 6 站测温枪检测2020.1.30424116150是苏 6 站测温枪检测2020.2.5414016160是苏 6 站测温枪检测2020.2.10434215150是苏 6 站测温枪检测2020.2.15414116160是苏 6 站测温枪检测2020.2.20383715140是苏 6 站测温枪检测2020.2.30434217160是苏 6 站测温枪检测2020.3.5403916160是苏 6 站测温枪检测2020.3.10383816150是苏 6 站测温枪检测2020.3.15383715160是苏 6 站测温枪检测2020.3.20393916140是苏 6 站测温枪检测2020.3.25404016150是苏 6 站测温枪检测2020.3.31424116150是表 2温度测试数据统计表图 2电伴热带温度对比46444240383634321234567891011 12 13 14 15 16 17 1819电伴热带温度实测温度石油化工应用2023 年第 42 卷114序号时间计量故障次数计量故障描述接入监控技术前后效果对比12019 年18计量数据缺失，出现计量故障接入监控技术前，计量故障频发22020 年4计量数据缺失，出现计量故障接入监控技术后，计量故障次数大幅减少32021 年4计量数据缺失，出现计量故障接入监控技术后，计量故障次数大幅减少运行 6 个月计算，一条 100 m 电伴热带耗电量为 18013.92=2 505.6 kW。一年用电费用为 2 505.6260.79=51 465 元。测试数据见表 4。通过对比分析，电伴热接入监控技术后，年节省电费 147 296-51 465=95 831 元，电费节省达 65%。2.2.3计量故障率分析经过统计（表 5），苏 6 站2019 年冬季，接入电伴热远程监控技术前，电伴热带满负荷运行易短路、断路，断电时未能第一时间发现并恢复，严重影响计量数据连续性，易出现计量故障，期间累计发生计量故障 18 次。2020-2021 年接入电伴热远程监控技术后，实现了电伴热数据实时监控、故障实时报警、自动控温等功能，短路、断路次数大幅降低，断电时能第一时间报警并恢复，大幅减少了计量故障次数。3应用效果评价31报警信息准确可靠、时效性强（1）自电伴热远程监控技术应用以来，2021 年现场共图 3管道温度对比序号环境温度/受热温度/电伴热带温度/电压/V电流/A测量时长/h耗电量/kW116.827.528.0225.020.7641.000.47216.838.151.1224.320.5361.000.47316.836.550.0225.840.5580.800.47416.825.025.6223.810.5671.800.94516.839.047.0223.980.4322.340.94616.837.045.5223.030.4221.240.47716.843.445.4225.160.4171.120.47合计9.304.23表 3苏 6 站电伴热带运行能耗表1234567891011 12 13 14 15 16 17 1819181614121086420管道温度实测温度序号环境温度/受热温度/电伴热带温度/电压/V电流/A时长/h耗电量/kW217.137.446.5222.620.512.40.39317.136.947.1222.810.542.50.40417.125.439.4221.310.642.80.46517.138.145.8222.220.692.60.42617.137.244.3223.120.612.30.37717.137.745.7224.250.592.50.44合计17.22.82表 4电伴热远程监控技术能耗表表 5计量故障次数统计表刘杰等伴热监控技术在气田开发中的应用第 3 期115有报警记录 4 次，“普通报警”3 次，经现场核查均为站内断电影响，“异常报警”1 次，为开关保险老化造成断路，4 次报警均准确无误，误报现象为零。（2）已安装的 3 路计量管路中，电伴热带运行工况、电伴热带温度、管道温度、电伴热带电流、电压等信息均可以实时回传，信息及时、准确，根据运行工况、电伴热带温度等数据可以准确判断电伴热带实时运行情况及初期故障特征。32维护工作量小2020 年以来，监控技术未发生任何设备故障及操作系统故障，设备完好率 100%。（1）智能管理平台可以随时查看伴热系统各项运行参数，操作系统软件便捷可靠，使得现场维护更加方便快捷。设备的报警信息等历史数据可展示 4 年内的信息记录，提高了历史查询速度，智能报警服务逻辑精准，提高了异常故障处置速度，减少了维护工作量。（2）维护费用较原有设备更具优势。由每周巡护 1轮次优化为目前每季度巡护 1 轮次，按照冬季运行 6个月计算，优化前出动人员 156 人，出车 78 次，按照人工成本 300 元/人、车辆成本 600 元/次计算，费用为 9.36万元。优化后出动人员 12 人，出车 6 次，费用为 0.72 万元。结合电费控降，使用电伴热远程监控技术前成本为24.09 万元，使用电伴热远程监控技术后，成本为 5.87万元，优化后维护费用仅为原来的 24%，维护费用优势明显。33人力与成本节省经测算，冬季生产过程中，作业区管辖计量管路44 路，电伴热带总长 2 600 m，按照巡护管理要求，由每周巡护 1 轮次优化为目前每季度巡护 1 轮次。使用电伴热远程监控技术前成本为 24.09 万元，使用电伴热远程监控技术后，成本为 5.87 万元，每年直接节约成本 24.09-5.87=18.22 万元，成本降低了 76%。4结论（1）报警信息准确可靠、时效性强。电伴热远程监控技术安装后，监控人员可在任意时段查询电伴热带运行情况，实时报警等信息均可精准回传，异常故障可第一时间发现，并自动关断，处置时效性强。（2）维护工作量小。结合监控数据，使得现场维护更加方便快捷，智能服务逻辑精准，查询工作量简化，提高了异常故障处置响应速度。维护由每周巡护 1 轮次优化为目前每季度巡护 1 轮次。（3）风险消除效果显著。应用后，实现了“技防”技术，减少了“人防”的资源浪费，消减了各类风险，实现了本质安全。（4）成本控降效益显著。相对于人工巡检，成本降低了 76%。（5）电伴热远程监控技术电费节省约 65%。参考文献：1 全国工业电热设备标准化技术委员会自限温电伴热带：GB/T 198352015 S.北京：中国标准出版社，2015.2 邢孝彤.输油管道电伴热控制系统改造 J.设备管理与维修，2019，（11）：97-98.3 崔洪浩.电伴热在石油化工安装调试中的应用 J.仪器仪表用户，2019，26（7）：5962.4 马振营，王亚玲.电伴热在化工企业中的应用 J.化工管理，2019，（24）：187188.5 孟凡龙，赵云，金成哲，等.石油库区油品电伴热系统节电优化 J.化工技术与开发，2019，48（7）：7576.6 徐峰，周爱东，刘兰.建筑围护结构保温隔热应用技术 M.北京：中国建筑工业出版社，2011.7 贾龙，刘亚峰，王继强，等.电厂复合电伴热系统的改造 J.电世界，2019，60（6）：2730.石油化工应用2023 年第 42 卷116