CN116839223A - 一种油气智能化加热装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种油气智能化加热装置及其控制方法，涉及油气安全生产技术领域，包括加热装置和控制系统，所述加热装置内置于油气管道中；所述控制系统根据所述油气管道所处的环境温度、所述油气管道内介质在油气管道内流动时的温度变化以及压力变化来控制所述加热装置的启闭以及工作时的功率大小；本发明还提供了一种如上所述的油气智能化加热装置的控制方法，本发明提供的方案能够提高热量利用率、提高温度控制的精度。
Description
技术领域
本发明涉及油气安全生产技术领域，特别是涉及一种油气智能化加热装置及其控制方法。
背景技术
油气开发生产过程中，单井采出液的生产特征复杂，采出液的流量、温度和含水率常处于非均匀性波动状态，当原油粘度或凝固点较高、生产井间歇出液和油水段塞出液时，易造成油气集输困难和冻堵凝管风险，为保证油区集输系统安全平稳运行，通常会采用井口加热、伴热或掺热水的集输工艺。
1、蒸汽、热水加热、伴热或掺热水的集输工艺由于需要敷设较长的蒸汽或热水管道，不仅投资较高，较长的蒸汽或热水管道散热量也较大，热能利用效率也较低。
2、现行的油气集输电加热可分为井口加热集输和沿程加热集输两类：（1）井口电加热器发热原理主要分为电阻式加热器和电磁式加热器，井口采出液加热至设定温度后去往集输系统，不需加热时，油气混合物从井口直接去集输系统。加热器的选型根据井口采出液温度、含水、液量、气油比等计算加热负荷，选定不同类型和功率的电加热器。井口电加热器对间歇出液、加热负荷波动的适应性较差。同时井口加热后，造成后段油气管道因平均表面温度高、散热损失大、加热能耗高的缺点。（2）沿程加热热源的方式主要有集肤效应电加热和电热带两种。其主要区别在于电流在导线的截面分布不同，电流在导线或加热体均匀分布时为电热带加热，电流仅在导线或加热体表面分布时为肌肤效应加热，加热元件在油气管道外壁敷设，向四周散热，但有效热量仅为向油气管道的传热，在管道外保温不利的情况下，热量利用率较低；且现有的控制系统仅控制加热装置通断以及加热时间来控制调控温度，其控制精度差，易造成能源的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种油气智能化加热装置及其控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高热量利用率、提高温度控制的精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种油气智能化加热装置，包括加热装置、检测模块和控制系统，所述控制系统和所述加热装置以及所述检测模块均进行通信连接，所述加热装置为加热电缆，所述加热电缆沿着油气的输送方向延伸布设于油气管道中；所述检测模块用于检测油气管道所处的环境温度t0、所述油气管道内加热起始段的介质温度t1、沿程介质温度t2、介质进口压力P1；并根据工艺需求设定油气管道出口温度设定值t3，环境温度设定值t4，介质进口最高压力设定值P2，并将已知的t3、t4、P2、油气管道长度X、t1和t2温度测点之间的加热电缆长度L输入所述控制系统，所述控制系统根据自身所设定的控制逻辑控制所述加热装置的启闭以及工作时的功率大小。
优选的，所述控制系统包括IGBT模块。
本发明还提供了一种如上所述的油气智能化加热装置的控制方法：
控制系统的程序控制逻辑如下：
当t0≥t4时，控制系统控制IGBT模块断开，加热装置停止加热；
当t0＜t4时，检测P1，若P2≥P1时，控制系统控制IGBT模块断开，加热装置停止加热；
当t0＜t4时，若P2＜P1，检测t1、t2，如果t2-t1=0、t2＜t3时，说明油气管道采出液流量大、加热功率不足，油气管道沿线呈降温趋势，控制系统发出信号控制IGBT模块增加加热装置的功率，加热10分钟后，检测t2、t1，如t2-t1≤0，表明加热装置的功率设计偏小或加热装置故障，控制系统发出报警信号，如t2-t1＞0，进入下述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1＞0的控制逻辑；如果t2-t1=0、t2≥t3时，说明油气管道采出液流量大、且本身温度较高，加热功率过剩，油气管道沿线呈升温趋势，控制系统发出信号控制IGBT模块降低加热装置的功率；
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L＜t3时，说明油气管道采出液流量大、加热功率不足，油气管道沿线虽呈升温趋势，但油气管道末点温度达不到设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块增加加热装置的功率；
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L＞t3时，说明油气管道采出液流量小、加热功率过剩，油气管道沿线呈升温趋势，且油气管道末点温度将超过设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块降低加热装置的功率；
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L=t3时，说明油气管道沿线呈升温趋势，且油气管道末点温度刚好达到设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块维持加热装置的功率；
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＜0时，控制系统发出信号控制IGBT模块全功率加热10分钟后，检测t2、t1，如t2-t1=0，进入上述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1=0的控制逻辑；如t2-t1＞0，进入上述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1＞0的控制逻辑；如t2-t1=0，表明加热装置的功率设计偏小或加热装置故障，控制系统发出报警信号。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、加热装置内置于油气管道中解决了热量耗散多、利用率低的问题，
2、采用加热电缆沿着油气的输送方向延伸布设，属于沿程加热方式，降低管道平均温度，有效降低散热损失和加热能耗。
3、采用定长度下测量点温度t1、测量点温度t2和工艺需求设定油气管道出口温度设定值t3进行温度控制模糊计算，有效解决计量站温度测点测量连接线长、投资高，温度测量和控制精度低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一实施时的结构示意图；
图中：1-电源、2-控制系统、3-加热电缆、4-油气管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种油气智能化加热装置及其控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高热量利用率、提高温度控制的精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本发明提供一种油气智能化加热装置，如图1所示，包括电源1、加热装置、检测模块和控制系统2，加热装置内置于油气管道4中；控制系统2根据检测模块检测油气管道4所处的环境温度、油气管道4内介质在油气管道4内流动时的温度变化以及压力变化来控制加热装置的启闭以及工作时的功率大小，具体的，控制系统根据自身所设定的控制逻辑控制加热装置的启闭以及工作时的功率大小。
其中，检测模块用于检测油气管道4所处的环境温度t0、油气管道4内加热起始段的介质温度t1、沿程介质温度t2、介质进口压力P1；并根据工艺需求设定油气管道4出口温度设定值t3，环境温度设定值t4，介质进口最高压力设定值P2，并将已知的t3、t4、P2、油气管道长度X、t1和t2温度测点之间的加热电缆3长度L输入控制系统2，间距L优选为10m。
加热装置为加热电缆3，加热电缆3沿着油气的输送方向延伸布设，加热电缆3通过法兰接口插入适合的长度，电缆长度由管道流量、管道压力和管道口径以及经验值计算来确定。
于一些实施例中，控制系统2包括IGBT模块。
实施例二
本实施例提供了一种实施例一所述的油气智能化加热装置的控制方法：
通过控制系统2的显示屏输入t3、t4、P2、L和X的值。
t4的值根据实际经验或试验确定。
控制系统2的程序控制逻辑如下：
当t0≥t4时，环境气温较高（夏秋季），油气管道采出液不需要加热，控制系统控制IGBT模块断开，加热装置停止加热。
当t0＜t4时，环境气温较低（春冬季），检测P1，如P2≥P1时，说明油气管道通畅，油气管道采出液不需要加热，控制系统控制IGBT模块断开，加热装置停止加热。
当t0＜t4时，若P2＜P1，检测t1、t2，如果t2-t1=0、t2＜t3时，说明油气管道采出液流量大、加热功率不足，油气管道沿线呈降温趋势，控制系统发出信号控制IGBT模块增加加热装置的功率，加热10分钟后，检测t2、t1，如t2-t1≤0，表明加热装置的功率设计偏小或加热装置故障，控制系统发出报警信号，如t2-t1＞0，进入下述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1＞0的控制逻辑；如果t2-t1=0、t2≥t3时，说明油气管道采出液流量大、且本身温度较高，加热功率过剩，油气管道沿线呈升温趋势，控制系统发出信号控制IGBT模块降低加热装置的功率。
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L＜t3时，说明油气管道采出液流量大、加热功率不足，油气管道沿线虽呈升温趋势，但油气管道末点温度达不到设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块增加加热装置的功率。
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L＞t3时，说明油气管道采出液流量小、加热功率过剩，油气管道沿线呈升温趋势，且油气管道末点温度将超过设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块降低加热装置的功率。
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L=t3时，说明油气管道沿线呈升温趋势，且油气管道末点温度刚好达到设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块维持加热装置的功率。
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＜0时，控制系统发出信号控制IGBT模块全功率加热10分钟后，检测t2、t1，如t2-t1=0，进入上述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1=0的控制逻辑；如t2-t1＞0，进入上述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1＞0的控制逻辑；如t2-t1=0，表明加热装置的功率设计偏小或加热装置故障，控制系统发出报警信号。
上述计算公式来自于标准《工业设备及管道绝热工程设计规范GB 50264-2013》中圆筒形单层绝热结构热、冷损失量计算公式，通过采用回归方式推导而来，并非标准公式，目的是校正对管道介质加热后，长距离输送后热量损失部分，通过控制IGBT模块加减功率，实现对介质连续的恒温加热调节。
具体的公式推导过程如下：
t2-t1＞0时，油气管道4内加热起始段的介质温度t1、沿程介质温度t2；t1和t2温度测点之间的加热电缆3长度为L，L=10米，在不考虑油气管道温度不同而导致的散热量不同的情况下，油气管道总长度为X时，油气管道末点理论温度应为：t1+（t2-t1）*X/L。
在油气管道为埋地管道，其环境温度基本恒定的情况下，其散热量基本与表面温度呈正比，因此，在考虑油气管道温度不同而导致的散热量不同的情况下，油气管道末点修正后的理论温度应为：t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种油气智能化加热装置，其特征在于：包括加热装置、检测模块和控制系统，所述控制系统和所述加热装置以及所述检测模块均进行通信连接，所述加热装置为加热电缆，所述加热电缆沿着油气的输送方向延伸布设于油气管道中；所述检测模块用于检测油气管道所处的环境温度t0、所述油气管道内加热起始段的介质温度t1、沿程介质温度t2、介质进口压力P1；并根据工艺需求设定油气管道出口温度设定值t3，环境温度设定值t4，介质进口最高压力设定值P2，并将已知的t3、t4、P2、油气管道长度X、t1和t2温度测点之间的加热电缆长度L输入所述控制系统，所述控制系统根据自身所设定的控制逻辑控制所述加热装置的启闭以及工作时的功率大小。
2.根据权利要求1所述的油气智能化加热装置，其特征在于：所述控制系统包括IGBT模块。
3.一种权利要求1~2任意一项所述的油气智能化加热装置的控制方法：
控制系统的程序控制逻辑如下：
当t0≥t4时，控制系统控制IGBT模块断开，加热装置停止加热；
当t0＜t4时，检测P1，若P2≥P1时，控制系统控制IGBT模块断开，加热装置停止加热；
当t0＜t4时，若P2＜P1，检测t1、t2，如果t2-t1=0、t2＜t3时，说明油气管道采出液流量大、加热功率不足，油气管道沿线呈降温趋势，控制系统发出信号控制IGBT模块增加加热装置的功率，加热所设定的时间后，检测t2、t1，如t2-t1≤0，表明加热装置的功率设计偏小或加热装置故障，控制系统发出报警信号，如t2-t1＞0，进入下述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1＞0的控制逻辑；如果t2-t1=0、t2≥t3时，说明油气管道采出液流量大、且本身温度较高，加热功率过剩，油气管道沿线呈升温趋势，控制系统发出信号控制IGBT模块降低加热装置的功率；
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L＜t3时，说明油气管道采出液流量大、加热功率不足，油气管道沿线虽呈升温趋势，但油气管道末点温度达不到设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块增加加热装置的功率；
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L＞t3时，说明油气管道采出液流量小、加热功率过剩，油气管道沿线呈升温趋势，且油气管道末点温度将超过设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块降低加热装置的功率；
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＞0、且t1+（t2-t1）*X*（（t2+t1）/（t3+t1））/L=t3时，说明油气管道沿线呈升温趋势，且油气管道末点温度刚好达到设定值，控制系统发出信号控制IGBT模块维持加热装置的功率；
当t0＜t4时，如P2＜P1、且t2-t1＜0时，控制系统发出信号控制IGBT模块全功率加热所设定的时间后，检测t2、t1，如t2-t1=0，进入上述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1=0的控制逻辑；如t2-t1＞0，进入上述t0＜t4、P2＜P1、t2-t1＞0的控制逻辑；如t2-t1=0，表明加热装置的功率设计偏小或加热装置故障，控制系统发出报警信号。
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2023
- 2023-09-01 CN CN202311116997.2A patent/CN116839223B/zh active Active
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