中石化江苏油田分公司油气生产服务中心 江苏扬州 225265
摘要:油井的中频感应加热技术是江苏油田近年投入运行的新工艺，运用井口电加热中频解堵伴热技术，取消三管流程，创新集输模式，提高了集输系统效率。根据江苏油田采油一厂实际情况，分析采油一厂PID中频控制柜控制中频加热电源的应用情况，阐明PID中频控制柜的实施办法、技术难题以及应用前景。
关键字 PID中频控制柜 采集 节能
引 言 传统的三管流程加热方法，热量损失严重，热效率低，且安装、维护费用较高，不利于油田在油气的生产及输送中控制成本。现在已被中频感应加热单管集输工艺所取代，该系统结构简单、安全可靠、寿命长、热能利用率高、工程造价较低。因而，采用中频感应加热技术的新型集输管线保温工艺，在经济性和实用性上非常适合江苏油田的生产现状。
正 文
现有的中频加热系统只有解堵和伴热2个档位，由于采油工大都对控制原理不太了解，加上图省事的心理，因此中频伴热解堵系统在实际运行中往往是长期在最高挡位（解堵），这就造成了每年大量电能的流失。
1 解决方式
通过现场调查我们发现绝大部分油井当夏季白天气温较高或原油凝固点较低时可以暂停解堵和伴热，这样可以节省大量的电力能源的消耗。只要我们根据现场的温度和压力来控制中频加热的启停，运用PID控制器就能够解决这一问题，从而达到节约电能的目的。
结合实际情况，研制出一个智能控制柜：运用比较成熟的PID控制技术，根据温度和压力的变化，自动控制中频加热柜的启停，减少中频柜的运行时间，以达到节约电能的目的。
运用PID进行井口中频节能改造，是运用PID进行智能控制井口中频节能改造（如下图），力争节能25%～35%，有效提高了生产时效和设备使用寿命，实现效率与效益双提升。
PID中频控制柜的工作原理图
如上图所示，本PID中频控制柜电路包括主电路1和控制电路2。
主电路1包括依次连接的主控制开关Q1、用于控制中频加热器工作的接触器KM1和中频加热器EE。
控制电路2包括控制开关Q2、转换开关SB、PID控制器、继电器KA1、继电器KA2、继电器KA3、继电器KA4，所述PID控制器的输入端连接有温度控制仪和压力控制仪。温度控制仪和压力控制仪在PID控制器设置有上限温度动合触点1KT、下限温度动合触点2KT、下限压力动合触点3KP、上限压力动合触点4KP。
转换开关SB包括切换导通的第一路开关、第二路开关。第一路开关由一号触点①、二号触点②组成；第二路开关由三号触点③、四号触点④组成。
PID中频控制柜的工作原理为：
本中频控制柜可以通过转换开关SB来实现温度控制和压力控制的切换，当转换开关SB的一号触点①、二号触点②接通时，中频加热器EE为温度控制状态，当转换开关SB的三号触点③、四号触点④接通时，中频加热器EE为压力控制状态。
在夏季时，一般采用温度控制模式，因为夏季温度较高，很少需要中频伴热，只有当室外温度突然下降时，才有启动中频的需要。
在春、秋、冬季时，一般采用压力控制模式，因为在春、秋、冬季，特别是冬季，中频需要经常启停，而压力感应此时更加敏感，能实时监测油管内原油流动的状态，从而采取必要的启停措施。
温度控制状态时，当温度控制仪检测到输油管线的温度达到PID控制器的下限值时，下限温度动合触点2KT吸合，继电器KA2的线圈KA2-2得电，继电器KA2的常开触点KA2-1闭合，接触器KM1的线圈KM1-1得电，接触器KM1的常开触点KM1-4闭合形成自保，主电路1接通，中频加热器EE开始工作。当温度控制仪检测到输油管线的温度达到PID控制器的上限值时，上限温度动合触点1KT吸合，继电器KA1的线圈KA1-2得电，继电器KA1的常闭触点KA1-1断开，接触器KM1的线圈KM1-1失电，主电路1断电，中频加热器EE停止工作，如此循环，从而达到节能的目的。
压力控制状态时，当压力控制仪检测到输油管线的压力达到PID控制器的上限值时，上限压力动合触点4KP吸合，继电器KA4的线圈KA4-2得电，继电器KA4的常开触点KA4-1闭合，接触器KM1的线圈KM1-1得电，接触器KM1的常开触点KM1-5闭合形成自保，主电路1接通，中频加热器EE开始工作。当压力控制仪检测到输油管线的压力达到PID控制器的下限值时，下限压力动合触点3KP吸合，继电器KA3的线圈KA3-2得电，继电器KA3的常闭触点KA3-1断开，接触器KM1的线圈KM1-1失电，主电路1断电，中频加热器EE停止工作，如此循环，从而达到节能的目的。接触器KM1的常闭触点KM1-2和电源指示灯HL1串接；接触器KM1的常开触点KM1-3和加热指示灯HL2串接。
2.1.5 现场试验
通过在曹11平1井20KVA中频柜进行了试点试验，通过加装PID中频控制柜与不加中频控制柜的横向纵向对比，加装PID中频控制柜之后通过数据采集发现，使用压力控制后，18天用电约10300-9709=591度。（10300和9709表示2016年12月19日和12月1日现场测量的度数）。
而不使用压力控制的话，一个不加中频控制柜的中频电加热柜（20KW）18天的用电情况为：20*24*0.8*18=6912度。（其中0.8表示负荷率）。使用时钟控制情况如开一半时间的话，用电3456度。通过计算得出结论：12月份曹11平1运用PID进行井口中频节能改造节能远大于40%（通过591度与3456度的对比）。
2.2 技术难题
针对PID临界点震荡等技术难题，制定的解决方案有：
1）将原有的绝对值响应改成偏差响应，解决了临界点震荡的问题，在设定的压力和温度下，保证PID控制柜工作的准确性、稳定性以及响应的及时性。
2）根据不同井位的油质和含水的实际情况，我们的控制柜能够便捷调节上下限的压力和温度。
3）在管线发生堵塞时及时报警，另通过仪表可清晰了解温度和管线压力等。
2.3 PID中频控制柜的应用
用3-4个月完成了PID控制柜的组合与现场实验，现场运行2-3个月。进行原有用电量与改造后电量的对比，确定每口井最高与最低的压力、温度参数，进行现场可行性的试验。（如下图）
应用的型号节约的电费避免的管道堵塞造成的单日产量损失避免的管道堵塞所造成的作业费用及油管维修费用
20KVA中频加热12600估算2吨1.6万元
35KVA中频加热22050估算3吨2.4万元
50KVA中频加热31500估算5吨4万元
通过跟踪调查，发现运用自动PID进行井口中频节能改造，夏季每口井可平均节电达到10%左右（由于夏季中频柜大多处于停运状态）， 冬季可节电30%以上。秋冬和冬春季节交替时节电更加明显可达到50%以上，以常用的单井50KVA中频柜满负荷，日节约电量约150KWH，每年运行7个月，一年下来，单台可为采油厂节约动力费3万元。
3 效益分析
1）PID智能中频控制柜和压力温度变送器每套约4000元左右。其中包括柜体，PID，温度控制仪，空气开关，接触器，压力变送器，温度变送器以及相应配件等。
2）通过表计直观了解环境和原油温度，输油管线压力，对油井运行状况一目了然，PID的超压报警功能可以有效避免输油管线出现堵塞。
3）PID中频控制柜投入使用之后，最重要的效果是达到节能的目的，其次是降低了职工的劳动强度。
4 结束语
应用于油田中频感应电加热电源的控制，具有明显的节能效果，通过应用使中频柜全年平均节电30%以上，有效减少了采油厂动力费居高不下的问题。同时可准确的进行数据采集与传输，为油田生产信息化建设提供了较好的实用装置，具有较大的应用前景。在油田中频感应电加热电源的控制上可普遍推广应用。利用PID将温度、压力、流量等控制量集成到中频柜的前端电源部分，并进行整合，在不影响中频柜原有电路的基础上进行前端控制，独立运行，使控制更加灵活。
作者简介：杨浩（1989-），男，中级工程师，2011年毕业于西安石油大学电气工程及其自动化专业，现从事地面工程项目管理工作。
论文作者:杨浩,曹剑峰,吕波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/7
标签：中频论文; 触点论文; 接触器论文; 压力论文; 控制柜论文; 继电器论文; 温度论文; 《防护工程》2018年第29期论文;