一种新型防冻堵系统在海上某平台的首次应用

邹菁

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

0.引言

由于海上平台的工艺管线比较复杂，有如下环节容易发生冻堵现象：（1）海上平台的油井油嘴节流部分、气井油嘴节流部分等的节流吸热降温时容易发生冻堵，曾有平台发生因气井节流降温冻堵导致关井甚至关停现象。（2）海上平台及油轮的产出液进入计量仪汇管前，因温度低导致冻堵现象发生，从而导致海上平台尤其是油轮的外输系统无法进行计量，从而影响卖油系统的正常运行，进而导致油轮及平台只能减少开井数量。（3）海上平台及油轮的末端管道、阀门容易发生冻堵，尤其是氮气罐、污油罐、污水罐等特别容易产生冻堵现象。（4）海上平台及油轮的现有输油加热器、回注水加热器，其加热效率比较低、且故障率教高，加热器占用空间较大，实际的加热温度的调控、加热功率的调整、故障信息、报警信息、历史记录、实时曲线等关键数据信息未传输给中控系统进行监视，导致该系统存在监视盲区，不利于智能化平台的建设、影响到无人化、少人化平台的建设的推进[1]。

海上平台的油气和回注水有时也采用电热管加热器进行加热，电热管加热器总结起来有如下几个缺点：一是使用一段时间后内部产生结垢现象，从而导致热量交换效率降低，加热热效率变低反过来造成其耗电量增加，形成恶性循环。二是电热管加工一般采用冷缩的工艺，从而容易产生疲劳的裂纹，降低电加热管的承压能力，液体容易渗出管外从而产生漏液、漏电、爆管等现象产生，存在较大的安全隐患。

1.原理介绍

当天然气的压力每降低1MPa，其温度会降低4℃左右，同时由于压力高、含水量大、紊流等因素的存在，天然气水合物就开始出现粘贴金属管壁的现象，天然气水合物在调压器阀口逐步积聚从而形成严重凝结和冻堵现象发生，若不及时解决，会造成调压器皮膜穿孔，导致设备停用。同样的条件下，油路管线也会出现粘贴金属管壁的现象、逐步积聚从而形成严重冻堵现象。

电磁感应作用在导体内部感生的电流又称为傅科电流。导体在非匀强磁场中运动，或者导体静止但有着随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁力线与导体的相对切割。按照电磁感应定律，在导体中就产生感应电动势，从而驱动电流。这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁场的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。

新型防冻堵系统通过其系统主机将AC230V/AC115V、50Hz或60Hz的工频电转换成20000Hz的高频交流电源，通过不断变换的高频磁场作用到管道上或罐体上产生涡流/傅科电流，使管道或罐体自身发热，通过管道和罐体自身产生热量，从而使内部液体、气体等物资升温，其原理是破坏冻堵现象生存的环境，从而避免冻堵现象的发生[2]。

这一原理通常用磁致伸缩解释，金属体在高频磁场不断变换的作用下，其尺寸会产生加长或缩短的现象称之为磁致伸缩，一般用磁致伸缩的系数来表示，管道和罐体伸缩系数为百万分之一，其振动会比液体、气体等介质通过管道的振动小很多，通过磁致伸缩，给轴向流动的液体、气体等介质增加了径向高频振动的运行，从而有效的防止液体、气体等介质与管道和罐体粘连和结垢，确保热效率始终不变。新型防冻堵系统具备加热速度快、携带和移动方便，设备工作时无静电现象的产生、不产生高温，不产生火花等优点。

2.系统架构（图1）

图1 系统架构图

2.1 技术参数

新型防冻堵系统主机把AC230V/AC115V、50Hz/60Hz的工频电变成20000Hz的高频电源，不断变换的高频磁场通过感应垫作用到调压器、管道金属体上产生涡流，使金属自身发热，通过频率的智能变频跟踪，热能可以深入到阀口冰堵处，破坏天然气、石油等液体形成冻堵的温度条件，其主要参数如下：

额定功率：10kW～100kW(其余功率可根据现场实际情况定制) ；额定电压：AC230V/ AC 115V；高频电源频率：20000Hz；防爆等级：Exd IICT4；防护等级： IP66；主机尺寸：1000mm×800mm×600mm（高×深×宽）；感应垫重量：5kg～18kg；感应垫特性：防盐雾、防粉尘、防凝露、防高温；调压器加热温度：0℃～ 50℃；安装方式：便携移动、固定使用均可；通讯接口：100/1000M以太网口、标准的Modbus TCP/IP协议。

2.2 性能特点

新型防冻堵系统主机机柜采用防爆型设计，无热源加热，安全性能好，加热温度范围宽，加热功率10kW～100kW无极调整；新型防冻堵系统主机能自动识别加热对象的材质、厚度等参数，自动调整解冰堵的工作频率和加热的有功功率；新型防冻堵系统主机机柜具有国家整机防爆认证、多项发明专利、检验报告，产品成熟稳定[3]；新型防冻堵系统防冻堵效率高，较传统的电伴热节能25%，维护简单，设备综合维护成本低；感应垫体积小巧、重量轻便、可塑性强、移动灵活，便携式安装，可以结合海上石油平台空间狭小、环境复杂的特点进行定制化，可根据现场实际情况进行定制；感应垫安装简便：感应垫子用粘连带将包在阀门、管道上即可；感应垫材料由专用多成分的化学复合材料构成，正常工作时感应垫子自身不会发热，同时具有不良导热的特性，从而对防冻堵设备具有保温功能；感应垫材料具有良好的绝缘特点，对平台的电气专业人员及其他运行人员具有良好的保护；感应垫表面采用耐腐蚀硅胶涂层，达到防盐雾、防粉尘、防凝露、防高温的海上平台的“四防”要求。

3.结语

该平台的新型防冻堵系统投运一年多来，加热速度快、移动方便，新型防冻堵系统比传统电伴热带解冻堵速度提高很多。新型防冻堵系统主机内的芯片可自动识别加热对象的材质、厚度等关键参数，进而匹配相应的工作频率和输出工作的有功功率，极大的缩短了解冻堵的时间、有效避免了冻堵现象的发生，给油田的生产带了显著的综合效益，为其他无人平台或少人化平台的压缩机撬、油水分离器、缓冲罐、闪蒸罐、过滤器、离心机、流量计、加热器、分离器、压缩机等防冻堵提供了参考思路。

新型防冻堵系统通过100/1000M以太网口、标准的Modbus TCP/IP协议，可以将加热的功率、工作频率、各点温度、压力、故障信息等关键运行参数传送到中控系统或第三方系统，运行人员可以根据需要远程开关各点新型防冻堵系统，发现故障及时处理，特别适合无人值守平台。