聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)

吉林工商學(xué)院

聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)

宮婷吉林工商學(xué)院

聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)按照工藝流程可劃分為游離態(tài)水脫除區(qū)、加熱區(qū)、復(fù)合電脫水區(qū)及凈化油輸出區(qū)等4個(gè)部分。油水分離自動(dòng)化控制系統(tǒng)程序主要有兩部分組成，包括顯示操作程序和過程控制程序。顯示操作通過程序代碼建立人機(jī)界面，來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)監(jiān)控；過程控制主要通過SLC500PLC來實(shí)現(xiàn)，主要功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)以及報(bào)警系統(tǒng)。該油水分離自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，不僅能減小工作人員工作量，而且能實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行狀況，在提高工作效率的同時(shí)，保證了處理工藝的正常運(yùn)作。

聯(lián)合站；工藝流程；油水分離；自動(dòng)化

聯(lián)合站的油水分離設(shè)備主要有電脫水器和游離水脫除器，但是在原油脫水的許多環(huán)節(jié)上還是采取手工操作，比如數(shù)據(jù)采集、報(bào)表整理等，工作人員工作量大、數(shù)據(jù)繁多，難以保證數(shù)據(jù)采集和記錄的準(zhǔn)確性，最終影響作業(yè)效果。為了建立高效的油水分離系統(tǒng)，引進(jìn)了自動(dòng)化改造技術(shù)，改造后的系統(tǒng)不但能自動(dòng)控制油水分離，并且能實(shí)現(xiàn)用屏幕上的直觀形象畫面取代主控儀器顯示，用自動(dòng)化的控制系統(tǒng)來維護(hù)聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高了工作效率[1]。

1 工藝流程

聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)按照工藝流程可劃分為游離態(tài)水脫除區(qū)、加熱區(qū)、復(fù)合電脫水區(qū)及凈化油輸出區(qū)等4個(gè)部分，如圖1所示。根據(jù)工藝流程，第一步是將中轉(zhuǎn)站的高含水原油，經(jīng)過游離態(tài)水脫除器脫水；第二步是將來自第一步處理的剩余液體用加熱爐加熱，使其溫度達(dá)到30～40℃；第三步原油進(jìn)入復(fù)合電脫水器再次脫水，獲得的凈化油經(jīng)緩沖罐后，緩沖罐的出口流量應(yīng)該與調(diào)節(jié)閥開度以及輸油泵轉(zhuǎn)速相匹配，凈化油根據(jù)生產(chǎn)需要輸送到相關(guān)環(huán)節(jié)[2]。

2 建設(shè)總體架構(gòu)

油田聯(lián)合站一般是由幾個(gè)工作區(qū)組成，工作區(qū)之間相距100m左右，總體要求是聯(lián)合站的總控室能自動(dòng)監(jiān)控各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備運(yùn)行情況，根據(jù)獲取的運(yùn)行參數(shù)調(diào)整系統(tǒng)，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，一般采用工控機(jī)為上位機(jī)，下位機(jī)則采用RockwellAutomation的SLC500PLC。上位機(jī)與下位機(jī)之間利用DH+網(wǎng)組成總線通信，有時(shí)需要搭建DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，主要是為了實(shí)現(xiàn)總控室與工作區(qū)的通信需求，DeviceNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展到64個(gè)，且都支持I/O和熱插拔，具有節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展容易與布線方便等優(yōu)勢(shì)，而且便于在線維護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在油水分離現(xiàn)場(chǎng)，SLC500PLC和工控機(jī)均位于總控室，通過SLC的輸入、輸出功能，可以自動(dòng)控制電脫水區(qū)和加熱區(qū)的儀器正常運(yùn)行，游離水區(qū)通過DeviceNe和FlexIO，將液位、壓力和調(diào)節(jié)閥連接。原油凈化外輸區(qū)可以通過變頻器控制輸油量，通過系統(tǒng)的PanelView1400模塊來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控外輸運(yùn)行工況[3]。

圖1 聯(lián)合站油水分離工藝流程

3 油水分離程序設(shè)計(jì)

油水分離自動(dòng)化控制系統(tǒng)程序主要有兩部分組成，包括顯示操作程序和過程控制程序。上位機(jī)和人機(jī)接口界面屬于顯示操作程序，上位機(jī)主要負(fù)責(zé)顯示控制程序的編制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、自動(dòng)生成報(bào)表等作用；界面的顯示和控制程序通過Panel-Builder軟件編制，通過上位機(jī)和人機(jī)接口界面協(xié)作完成顯示操作程序功能，實(shí)現(xiàn)油水分離遠(yuǎn)程監(jiān)視。過程控制主要通過SLC500來實(shí)現(xiàn)，完成油水分離過程數(shù)據(jù)采集以及實(shí)時(shí)監(jiān)控[4]。

3.1 顯示操作程序

上位機(jī)組態(tài)軟件（RSView32TM軟件）由羅克韋爾軟件公司提供，主要功能是通過程序代碼建立人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)監(jiān)控，將采集數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)化設(shè)置變?yōu)镻LC可以處理的數(shù)字，通過圖形、動(dòng)畫等多種形式展現(xiàn)出來，使數(shù)據(jù)生動(dòng)、形象、具體，在數(shù)據(jù)采集程序中考慮到不同干擾源的干擾，使數(shù)據(jù)有可能出現(xiàn)偏差，因此加入濾波程序以避免這一現(xiàn)象發(fā)生。

在自動(dòng)化控制油水分離過程中，主要是通過上位機(jī)和人機(jī)界面的幾個(gè)功能模塊來實(shí)現(xiàn)，包括參數(shù)圖形顯示，回路控制PID調(diào)節(jié)，報(bào)警系統(tǒng)，監(jiān)視界面以及手動(dòng)、自切換控制等，此外，上位機(jī)還包括有歷史數(shù)據(jù)的記錄與整理、參數(shù)歸納與設(shè)置以及圖件報(bào)表打印等功能。經(jīng)過RSView32TM軟件編程，實(shí)現(xiàn)游離態(tài)脫水區(qū)和加熱爐區(qū)工作流程圖界面化，可以直接設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)的參數(shù)，將流程圖導(dǎo)入Panel-Builder程序中，作為PanelView的背景顯示，這樣不僅工作站與監(jiān)控室畫面一致，而且彌補(bǔ)軟件圖形或漢字顯示不靈活等缺點(diǎn)，使遠(yuǎn)程控制室能直觀、實(shí)時(shí)監(jiān)控過程與控制變量[5]。

油水分離系統(tǒng)包括很多參數(shù)，比如液面高度、壓力、流量、溫度、油水界面以及閥門開度等，通過顯示操作程序可以實(shí)現(xiàn)顯示界面化，可以根據(jù)界面上運(yùn)行的狀況進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整與設(shè)置，如遇緊急情況時(shí)，通過報(bào)警系統(tǒng)功能可以實(shí)施自動(dòng)化處理措施。油水分離正常運(yùn)行時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)顯示綠色；不正常時(shí)，不僅顯示紅色還伴隨有報(bào)警聲音提示，等待處理調(diào)整完畢后，恢復(fù)綠色顯示，完成自動(dòng)化調(diào)節(jié)。

3.2 過程控制程序

過程控制程序主要是通過PLC控制程序來實(shí)現(xiàn)，主要功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)以及報(bào)警系統(tǒng)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集主要是通過軟件輸入模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使數(shù)據(jù)滿足顯示操作程序需要。油水分離系統(tǒng)里的壓力、溫度、油水界面可以通過調(diào)節(jié)閥控制，調(diào)節(jié)控制主要采取PID來實(shí)現(xiàn)，PI控制調(diào)節(jié)液面高度，PID控制調(diào)節(jié)壓力數(shù)值。

報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置包括報(bào)警上限與報(bào)警下限。油水分離現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置有紅、黃、綠3種指示燈，當(dāng)油水分離出現(xiàn)異常時(shí)，還伴隨有警報(bào)提示聲，系統(tǒng)接收?qǐng)?bào)警信號(hào)后，會(huì)對(duì)油水分離處理環(huán)節(jié)出現(xiàn)的異常實(shí)施自動(dòng)化處理措施，調(diào)整關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，確保油水分離系統(tǒng)安全。例如在油水分離現(xiàn)場(chǎng)，出口管匯壓力出現(xiàn)異常過高時(shí)，過程控制系統(tǒng)會(huì)快速識(shí)別，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警程序，自動(dòng)采取提高閥門開度、加快變頻轉(zhuǎn)速來緩解異常情況。報(bào)警系統(tǒng)的及時(shí)識(shí)別和處理避免了嚴(yán)重事故的發(fā)生，同時(shí)保護(hù)了相關(guān)設(shè)備，起到了維護(hù)油水分離系統(tǒng)正常運(yùn)行的作用。

4 結(jié)論

油水分離自動(dòng)化監(jiān)控與處理系統(tǒng)，在維護(hù)油水分離作業(yè)運(yùn)行和設(shè)備方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮到工藝參數(shù)的復(fù)雜變化，采用PID調(diào)節(jié)器能隨時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)，維護(hù)正常運(yùn)行工作；其次，系統(tǒng)設(shè)置的功能相對(duì)完備，操作簡(jiǎn)單，直觀形象化；再次，采用該系統(tǒng)可以減輕工作人員數(shù)據(jù)處理的工作量，并且系統(tǒng)能夠及時(shí)繪制報(bào)表曲線，能夠讓管理人員隨時(shí)掌握油水分離工藝運(yùn)行狀況，提高了工作效率；最后，利用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，系統(tǒng)控制方案可以隨時(shí)調(diào)整，增添新的節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大監(jiān)控范圍，適應(yīng)油水分離技術(shù)發(fā)展需求。該油水分離自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，不僅能減小工作人員工作量，而且能實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行狀況，在提高工作效率的同時(shí)，保證了處理工藝的正常運(yùn)作。

[1]王慧敏，于振威，吳邦彥，等．油田脫水轉(zhuǎn)油站計(jì)算機(jī)集散型控制系統(tǒng)[J]．熱能動(dòng)力工程，1998，13（4）:124-126.

[2]馮志強(qiáng)．LKS油田集輸聯(lián)合站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)[J]．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2003，22（70：43-47.

[3]陳新建．PIC系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[4]牛國(guó)新，王育欣，姜國(guó)強(qiáng)．油水分離控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]．裝備制造技術(shù)，2008（3）：48-49.

[5]賁艷波．PLC在油水分離控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2013，32（5）：78-79.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.056