ถนนจิ่งซาน เขตพัฒนาเศรษฐกิจเฟยตง เมืองเหอเฟย +86-17730041869 [email protected]
ระบบติดตามความร้อนสำหรับท่อส่งน้ำมันช่วยให้การดำเนินงานเป็นไปอย่างราบรื่น โดยรักษาระดับอุณหภูมิให้คงที่ในสภาวะที่หนาวจัด เมื่อท่อส่งขนส่งไฮโดรคาร์บอนที่มีความหนืดสูง จะเกิดการสูญเสียความร้อนระหว่างทาง ทำให้วัสดุดังกล่าวเคลื่อนที่ผ่านท่อได้ยาก โดยเฉพาะเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ตามรายงาน Flow Assurance ปี 2023 ระบุว่า ประมาณสองในสามของเหตุการณ์ที่ท่อส่งหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด เกิดจากวัสดุกลายเป็นของแข็งเนื่องจากปัญหาอุณหภูมิ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพต่อการดำเนินงานประจำวัน การรักษาระดับอุณหภูมิให้สูงกว่าระดับหนึ่งจะช่วยป้องกันการสะสมของพาราฟินแว็กซ์และการเกิดไฮเดรต ซึ่งก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายแก่อุตสาหกรรมประมาณ 740 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี ตามการวิจัยของ Ponemon ในปีที่แล้ว

เมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าประมาณ 40 องศาเซลเซียส หรือ 104 องศาฟาเรนไฮต์ แว็กซ์พาราฟินจะเริ่มตกผลึก ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาในการดำเนินงานของท่อส่งน้ำมัน ในขณะเดียวกัน ไฮเดรตมีแนวโน้มที่จะก่อตัวในสภาวะที่เย็นกว่ามาก โดยทั่วไปเมื่อส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนลดลงต่ำกว่าประมาณ 10 องศาเซลเซียส หรือ 50 องศาฟาเรนไฮต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีความดันสูงเข้ามาเกี่ยวข้อง เพื่อให้การไหลเป็นไปอย่างราบรื่น ระบบติดตามความร้อน (heat tracing systems) มักได้รับการติดตั้งตามแนวท่อส่ง ระบบเหล่านี้ใช้พลังงานไฟฟ้าหรือไอน้ำเพื่อให้มั่นใจว่าอุณหภูมิจะคงอยู่เหนือระดับที่เป็นอันตราย เพื่อไม่ให้สารแข็งเกาะภายในท่อ สำหรับท่อส่งที่วิ่งผ่านสภาพแวดล้อมแถบอาร์กติก ซึ่งอุณหภูมิอาจลดฮวบลงไปถึงลบ 40 องศาเซลเซียส ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องใช้กำลังไฟฟ้าในการทำความร้อนอย่างมากในช่วง 30 ถึง 50 วัตต์ต่อเมตร เพียงเพื่อรักษาระบบให้มีความสมบูรณ์ในการทำงานท่ามกลางความหนาวจัดระดับสุดขั้วนี้ ตามรายงานการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Petroleum Technology เมื่อปีที่แล้ว การควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสมสามารถลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของพาราฟินได้ประมาณ 42 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับท่อส่งที่ไม่มีมาตรการป้องกันเหล่านี้
การเลือกใช้ความหนืดที่เหมาะสมมีความสำคัญอย่างมากต่อประสิทธิภาพในการสูบจ่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจัดการกับน้ำมันดิบที่มีความหนืดสูงมากเกิน 10,000 cP ที่อุณหภูมิปกติ เมื่อผู้ปฏิบัติงานใช้ระบบให้ความร้อน (heat tracing) เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิน้ำมันไว้ที่ประมาณ 60 ถึง 80 องศาเซลเซียส (หรือประมาณ 140 ถึง 176 องศาฟาเรนไฮต์) จะทำให้ความหนืดลดลงอย่างมากในช่วง 80 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ ส่งผลให้น้ำมันไหลได้ดีขึ้นตามข้อกำหนดทางวิศวกรรม การศึกษาเมื่อปีที่แล้วซึ่งพิจารณาท่อส่งน้ำมันในแหล่งทรายน้ำมันแอลเบอร์ตาพบข้อมูลที่น่าสนใจเช่นกัน บริษัทที่ใช้ระบบให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าเพื่อควบคุมความหนืดสามารถลดความต้องการพลังงานในการสูบจ่ายลงได้ประมาณ 23% เมื่อเทียบกับวิธีการใช้ไอน้ำแบบดั้งเดิม อีกหนึ่งข้อดีคือ ความเครียดที่ลดลงต่อระบบท่อส่งจะทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ยาวนานขึ้น ในพื้นที่ที่มีปัญหาการกัดกร่อนอยู่ตลอดเวลา สิ่งนี้สามารถยืดอายุการใช้งานของโครงสร้างพื้นฐานออกไปได้อีก 12 ถึง 15 ปี ตามผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Petroleum Engineering Journal
ระบบให้ความร้อนด้วยไฟฟ้ามีการควบคุมอุณหภูมิที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์เมื่อใช้งานในพื้นที่ห่างไกล ซึ่งการติดตั้งท่อไอน้ำไม่คุ้มค่าหรือไม่เหมาะสม ประสิทธิภาพของระบบนี้อยู่ที่ประมาณ 89 ถึง 92 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากระบบสามารถปรับพลังงานตามสภาพแวดล้อมภายนอก ช่วยลดการสูญเสียพลังงานในช่วงฤดูหนาวที่หนาวจัด ตามการวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วเกี่ยวกับสมรรถนะทางความร้อน ระบบท่อที่ติดตั้งระบบให้ความร้อนด้วยไฟฟ้ามีปัญหาการสะสมของพาราฟินน้อยลงประมาณ 37% เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้เทคโนโลยีไอน้ำในสภาพแวดล้อมขั้วโลกเหนือที่รุนแรง ซึ่งส่งผลอย่างมากต่อทีมบำรุงรักษาที่ทำงานในสภาวะที่ยากลำบาก
| วิธี | กรณีการใช้งานที่เหมาะสมที่สุด | ช่วงประสิทธิภาพ | ปัญหาการบํารุงรักษา |
|---|---|---|---|
| การให้ความร้อนภายนอก | ท่อส่งน้ำมันดิบที่มีความหนืดต่ำ | 55–68% | การสูญเสียความร้อนผ่านฉนวน |
| การติดตามเส้นทางภายใน | ท่อส่งสารเคมีความบริสุทธิ์สูง | 72–78% | การตรวจสอบการกัดกร่อน |
| ระบบแจ็คเก็ต | วัตถุดิบสำหรับปฏิกิริยาในรีแอคเตอร์ | 81–85% | การตรวจจับการรั่วซึมที่ซับซ้อน |
การใช้ไอน้ำในการให้ความร้อนยังคงพบได้ทั่วไปในโรงกลั่นที่มีกำลังการผลิตหม้อไอน้ำอยู่แล้ว แต่ข้อมูลภาคสนามระบุว่ามีการสูญเสียความร้อนสูงกว่าระบบไฟฟ้า 23% ในท่อที่ยาวเกิน 2 กิโลเมตร (Piping Engineering 2024)
ระบบไฟฟ้ามีประสิทธิภาพดีกว่าระบบไอน้ำในสามด้านหลัก ได้แก่
แม้ว่าระบบไฟฟ้าจะต้องใช้การลงทุนเบื้องต้นสูงขึ้น 35–40% แต่ผู้ปฏิบัติงานสามารถบรรลุผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) ภายใน 2–3 ปี ผ่านทาง:
ความสมดุลนี้ทำให้ระบบติดตามความร้อนด้วยไฟฟ้าเหมาะอย่างยิ่งสำหรับผู้ปฏิบัติงานที่ให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพตลอดอายุการใช้งานในโครงสร้างพื้นฐานน้ำมันที่สำคัญ
ปัจจุบัน สายเคเบิลให้ความร้อนแบบปรับอัตโนมัติใช้แกนนำไฟฟ้าจากพอลิเมอร์ที่สามารถปรับระดับพลังงานตามความต้องการของท่อ ทำให้ไม่สิ้นเปลืองพลังงาน เมื่ออุณหภูมิภายนอกลดลง สายเคเบิลเหล่านี้จะทำงานที่กำลังสูงขึ้น แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอีกครั้ง ก็จะลดการให้ความร้อนลง สิ่งนี้ช่วยให้ของเหลวไหลได้อย่างเหมาะสม โดยไม่ต้องใช้พลังงานมากเกินไป ประหยัดพลังงานได้ประมาณ 20% เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้กำลังวัตต์คงที่ อีกหนึ่งข้อดีคือ เทคโนโลยีนี้ช่วยป้องกันไม่ให้จุดใดจุดหนึ่งร้อนเกินไป ซึ่งหมายถึงปัญหาที่จะเกิดขึ้นในอนาคตจะลดลง สำหรับท่อส่งที่มักพบปัญหาการสะสมของพาราฟิน บริษัทต่างๆ รายงานว่าค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุงลดลงประมาณหนึ่งในสามหลังจากเปลี่ยนมาใช้เทคโนโลยีใหม่นี้
เทคโนโลยีล่าสุดได้รวมโลหะผสมที่มีความจำรูปร่างเข้ากับเซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกไว้ภายในชิ้นส่วนให้ความร้อน ซึ่งทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบสิ่งที่เกิดขึ้นภายในระบบแบบเรียลไทม์ได้ เมื่อนำวัสดุเหล่านี้มาใช้ร่วมกับการติดตั้งฉนวนกันความร้อนที่มีคุณภาพ จะช่วยลดการสูญเสียความร้อนลงได้ประมาณ 27 เปอร์เซ็นต์ สำหรับสถานประกอบการแปรรูปน้ำมันดิบ สิ่งที่ทำให้วัสดุเหล่านี้มีคุณค่าอย่างยิ่งคือ เซนเซอร์ในตัวสามารถตรวจจับปัญหาเกี่ยวกับฉนวนกันความร้อนได้ก่อนที่จะสังเกตเห็นได้ตามปกติ—โดยทั่วไปเร็วกว่าวิธีการตรวจสอบมาตรฐานถึง 6 ถึง 8 สัปดาห์ การแจ้งเตือนล่วงหน้านี้ทำให้ทีมบำรุงรักษาสามารถแก้ไขปัญหาก่อนที่จะกลายเป็นปัญหาร้ายแรง ทำให้ความร้อนกระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดเครือข่ายท่อส่งที่ซับซ้อน
ท่อส่งน้ำมันดิบตอนเหนือที่มีความยาว 900 ไมล์ ประสบกับการลดลงอย่างมากในการใช้พลังงานในช่วงฤดูหนาว ลดลงรวม 31% เมื่อเปลี่ยนระบบไอน้ำเดิมที่ล้าสมัยมาใช้สายเคเบิลควบคุมผ่าน IoT อัจฉริยะที่สามารถปรับตัวเองได้ สายเคเบิลใหม่นี้จะปรับการทำงานตามข้อมูลที่ตรวจจับเกี่ยวกับความหนืดของน้ำมัน และยังตรวจสอบพยากรณ์อากาศเพิ่มเติมด้วย ในช่วงที่อากาศหนาวจัดซึ่งเกิดขึ้นเป็นครั้งคราว ระบบนี้สามารถลดความต้องการพลังงานสูงสุดได้เกือบครึ่งหนึ่ง คิดเป็นประมาณ 41% หากมองภาพรวมในระยะเวลานานห้าปี โครงการทั้งหมดสามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ถึง 12,000 ตันเมตริก ซึ่งเทียบเท่ากับการนำรถยนต์ทั่วไปที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงกว่า 2,600 คันออกจากถนนในแต่ละปี ถือเป็นผลลัพธ์ที่น่าประทับใจอย่างมาก โดยที่ตลอดระยะเวลาดังกล่าวไม่เคยเกิดปัญหาใดๆ ในการรักษาน้ำมันให้ไหลผ่านท่อส่งอย่างราบรื่น
การติดตั้งระบบติดตามความร้อนสำหรับท่อส่งน้ำมันในปัจจุบันรวมอุปกรณ์ตรวจสอบระยะไกลเข้ากับตัวควบคุมอัจฉริยะ เพื่อให้สามารถรักษาอุณหภูมิให้เหมาะสมตลอดเส้นทางท่อที่ทอดยาวได้อย่างแม่นยำ เซ็นเซอร์ไร้สายที่ติดตั้งไว้ตามจุดต่างๆ ของท่อจะส่งข้อมูลการอ่านค่ากลับไปยังศูนย์ควบคุม ซึ่งผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับแต่งส่วนการให้ความร้อนได้ตามต้องการ ไม่จำเป็นต้องส่งพนักงานไปยังพื้นที่อันตรายหรือสถานที่ห่างไกลเพื่อทำการตรวจสอบตามปกติอีกต่อไป นอกจากนี้ยังช่วยลดการสูญเสียพลังงานเมื่อส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบมีอุณหภูมิต่ำเกินไป หรือให้ความร้อนสูงเกินความจำเป็น บริษัทต่างๆ จึงประหยัดค่าใช้จ่ายและรักษาระบบการทำงานให้ดำเนินไปอย่างราบรื่น โดยไม่เกิดการหยุดทำงานกะทันหันจากปัญหาอุณหภูมิ
แพลตฟอร์มการวิเคราะห์ประมวลผลข้อมูลความหนืดและอัตราการไหล เพื่อปรับแต่งเอาต์พุตของระบบให้ความร้อนแบบไดนามิก ข้อความเชิงลึกจากอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องทำนายจุดเกิดแว็กซ์ในท่อส่งน้ำมันดิบหนัก โดยจะเพิ่มการให้ความร้อนโดยอัตโนมัติก่อนที่อุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าระดับวิกฤต กลยุทธ์เชิงรุกนี้ช่วยป้องกันความสูญเสียประจำปีจากการรับประกันการไหลที่มูลค่า 2.3 พันล้านดอลลาร์ (Flow Assurance Institute 2024)
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตสามารถตรวจจับปัญหาในสายเคเบิลทำความร้อนได้ก่อนที่จะกลายเป็นปัญหาร้ายแรง เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถตรวจจับสิ่งต่าง ๆ เช่น เมื่อฉนวนเริ่มเสื่อมสภาพ หรือพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งร้อนเกินไป เมื่อผู้ดูแลระบบตรวจสอบข้อมูลจากเซ็นเซอร์ร่วมกับประวัติการเสียหายในอดีต พวกเขาก็จะทราบได้อย่างแม่นยำว่าควรซ่อมแซมเมื่อใดในช่วงเวลาบำรุงรักษาตามปกติ แทนที่จะต้องรับมือกับการหยุดทำงานอย่างไม่คาดคิด บริษัทที่เปลี่ยนมาใช้วิธีการเชิงรุกแบบนี้พบว่าอุปกรณ์เสียหายลดลงประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์โดยรวม และค่าใช้จ่ายในการซ่อมยังลดลงด้วย โดยใช้เงินไปกับการซ่อมน้อยลงประมาณ 18% หลังจากสามปี ตามรายงานของอุตสาหกรรม ถือว่าไม่เลวเลยสำหรับแค่การเฝ้าติดตามค่าอุณหภูมิอย่างใกล้ชิด
แม้ว่าคอนโทรลเลอร์อัจฉริยะจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ แต่ระบบเชื่อมต่อกันก็ทำให้เกิดช่องโหว่ ผลสำรวจปี 2023 พบว่า 42% ของบริษัทพลังงานประสบกับการโจมตีที่พยายามเข้าถึงอุปกรณ์อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ ในอุตสาหกรรม มาตรการเข้ารหัสข้อมูลอย่างเข้มงวด สถาปัตยกรรมแบบศูนย์ความไว้วางใจ (zero-trust) และการควบคุมสำรองที่แยกเครือข่าย (air-gapped) จึงเป็นสิ่งจำเป็นในการปกป้องเครือข่ายการติดตามความร้อนจากการโจมตีด้วยแรนซัมแวร์หรือการก่อวินาศกรรม
ความจริงก็คือ ท่อส่งน้ำมันนอกชายฝั่งต้องใช้พลังงานเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 23 เพียงเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิเมื่อเทียบกับท่อส่งบนบก ซึ่งเกิดจากอุณหภูมิใต้น้ำที่หนาวจัดและปัญหาด้านลอจิสติกส์มากมายในการบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่อยู่ห่างไกลออกไปในทะเล ตามผลการศึกษาจากวารสารวิศวกรรมพลังงานเมื่อปีที่แล้ว เมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของท่อส่งต่างๆ ในด้านการฉนวนความร้อน ปริมาณพลังงานที่ใช้ และความถี่ในการซ่อมบำรุง การมีเกณฑ์มาตรฐานช่วยให้ผู้ดำเนินการสามารถมองเห็นจุดที่สามารถปรับปรุงได้อย่างชัดเจน บริษัทชั้นนำบางแห่งที่ดำเนินงานในเขตอาร์กติกสามารถลดการใช้พลังงานลงได้ประมาณร้อยละ 18 หลังจากศึกษาแนวทางที่ประสบความสำเร็จในสภาพแวดล้อมแบบทะเลทราย ซึ่งใช้ในการจัดการความร้อนในท่อส่ง จากนั้นพวกเขาได้นำแนวทางที่ได้ผลจากสภาพอากาศร้อนมาประยุกต์ใช้กับสภาพอากาศหนาวเย็น
การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับประสิทธิภาพของท่อระบบที่แสดงให้เห็นว่า การใช้ฉนวนที่ดีขึ้นสามารถลดการสูญเสียความร้อนได้ตั้งแต่ 25 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ เมื่อนำไปใช้ร่วมกับระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้า วัสดุใหม่ๆ เช่น แผ่นหุ้มแอโรเจล และแผงฉนวนสุญญากาศ มีประสิทธิภาพในการกักเก็บความร้อนได้ดีกว่าวัสดุฉนวนไฟเบอร์กลาสแบบเดิมประมาณ 2.5 เท่า สิ่งนี้ส่งผลอย่างไรต่อการดำเนินงานในอุตสาหกรรมน้ำมัน? พนักงานในสนามสามารถรักษาน้ำมันดิบหนักให้อยู่ในระดับความหนืดที่เหมาะสม โดยใช้สายเคเบิลทำความร้อนขนาดเล็กลงที่มีค่าเรตติ้งระหว่าง 8 ถึง 12 กิโลวัตต์ต่อเมตร แทนที่จะต้องใช้โมเดลขนาดใหญ่ที่ใช้พื้นที่และพลังงานมากถึง 15 ถึง 20 กิโลวัตต์ต่อเมตร
เมื่อมองภาพรวมในช่วงเวลาประมาณ 15 ปี ระบบที่ให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าจะปล่อยคาร์บอนออกสู่สิ่งแวดล้อมน้อยกว่าระบบไอน้ำแบบเดิมประมาณร้อยละ 40 แม้ว่าในขั้นตอนการผลิตเริ่มต้นจะใช้พลังงานมากกว่าก็ตาม การศึกษาล่าสุดจากหลายอุตสาหกรรมสนับสนุนข้อเท็จจริงนี้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ระบบที่ทำงานร่วมกับพลังงานแสงอาทิตย์สามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้ประมาณสองในสาม เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตไอน้ำด้วยแก๊สแบบดั้งเดิมในกระบวนการผลิตน้ำมันเชลล์ ผู้จัดการสถาน facility จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กำลังเริ่มพึ่งพาตัวเลขประเภทนี้ในการตัดสินใจเกี่ยวกับการปรับปรุงระบบทำความร้อนของพวกเขา ในท้ายที่สุด การลดการปล่อยมลพิษทางอ้อมผ่านเทคโนโลยีที่ดีกว่าไม่เพียงแต่มีเหตุผลทางธุรกิจที่ดี แต่ยังช่วยสนับสนุนเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อมโดยรวมตลอดห่วงโซ่อุปทาน