油庫原油輸油變頻控制系統(tǒng)研究與優(yōu)化

高強

摘 要 變頻控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于輸油場站，本文以油庫輸油變頻控制系統(tǒng)為主要研究對象，結(jié)合生產(chǎn)實際分析變頻系統(tǒng)存在問題，并提出改進和優(yōu)化措施。從而為下一步徹底解決變頻調(diào)節(jié)不穩(wěn)定、系統(tǒng)誤報，提高機泵運行安全性能提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 輸油泵；變頻；匯管壓力；信號源；PLC系統(tǒng)

1 油庫3#泵房輸油泵變頻控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

吐哈油庫主要承擔(dān)油田原油儲運外銷任務(wù)，年均儲運外銷原油200萬噸。工區(qū)現(xiàn)有輸油泵房2座，分別為2#泵房、3#泵房，其中2#泵房輸送輕質(zhì)原油，3#泵房輸送重質(zhì)原油。2002年，為解決油庫棧橋裝車壓力不穩(wěn)定問題，事業(yè)部組織對3#泵房4臺輸油泵進行了變頻調(diào)速技術(shù)改造，2005年又對3#泵房4臺輸油泵進行了變頻調(diào)速系統(tǒng)升級改造。使用初期，確實解決了輸油管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定問題，同時節(jié)能降耗取得顯著效果。但隨著外輸方式和管輸工藝的變化，原有的變頻控制系統(tǒng)已不能滿足工藝要求，暴露出一些問題。一是變頻器調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定，機泵轉(zhuǎn)速異常。二是機泵變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)有誤報現(xiàn)象，造成非正常停泵。變頻控制系統(tǒng)停用，一旦出現(xiàn)工藝管線憋壓、機泵或管線振動等突發(fā)狀況，輸油泵將無法自動停泵，這就給設(shè)備安全運轉(zhuǎn)、儲輸安全運行埋下了安全隱患。

2 變頻控制系統(tǒng)存在問題

2.1 工藝方面

2005年機泵變頻調(diào)速系統(tǒng)改造至今，油庫原油外輸方式和外輸工藝發(fā)生了很大變化。2005年開始油庫輸油方式由鐵路槽車發(fā)運逐漸向管道輸油方向發(fā)展；同時投用了原油計量間內(nèi)刮板流量計對輸油過程進行精準(zhǔn)計量，為保護流量計，在流量計前段安裝過濾器。近年來，進庫稠油品質(zhì)欠佳，雜質(zhì)較多，每外輸二至三批稠油，過濾器就會堵塞；在外輸過程中，過濾器輕微堵塞時，此時就會造成輸油泵出口壓力波動。

2.2 設(shè)備方面

管輸方式變化前，外輸匯管出口壓力0.32MPa，變送器型SLDYB-20，測量范圍0-0.6MPa。匯管實際壓力波動范圍為0.3～0.35；輸油方式變化后，外輸匯管出口壓力0.5MPa，匯管實際測量壓力波動范圍為最高為0.62。由此可見，壓力變送器明顯與其不匹配。我們知道在對儲輸系統(tǒng)壓力測量和處理過程中，如果壓力有峰值或持續(xù)不規(guī)則波動，會對選型不當(dāng)量程過小的壓力傳感器造成破壞。上述壓力波動主要原因是因工藝流程的改變造成管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，再沿用之前的信號采集源，這顯然也是不合理的。

2.3 安全方面

一是低壓保護功能缺失。未設(shè)置低壓緊急停泵功能。未考慮機泵進口壓力過低，機泵不上量產(chǎn)生汽蝕，也會對機泵造成危害從而影響安全生產(chǎn)。二是緊急停泵造成輸油管網(wǎng)發(fā)生“水擊”。目前，系統(tǒng)具有超壓保護功能，即輸油匯管壓力超過PLC內(nèi)部設(shè)定的超壓保護值（0.75MPa），PLC將發(fā)出緊急停泵命令快速停泵。但機泵立即停止會帶來輸油流速的突然變化，使輸油管網(wǎng)發(fā)生“水擊”現(xiàn)象，對輸油工藝系統(tǒng)帶來安全隱患。

3 變頻控制系統(tǒng)優(yōu)化研究

3.1 更換變送器

考慮到工藝系統(tǒng)變化后，系統(tǒng)中測量壓力的最大值可達0.7MPa，需要重新選擇一個具有比工藝最大工作壓力值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器才能滿足要求。如果量程選型過小，當(dāng)儲輸系統(tǒng)中壓力波動時，變送器反饋回來的電流信號也會因變送器選型量程的不同而不同，量程小的變送器反饋回的電流值相對過大（即不同量程的變送器測量相同的壓力波動值，其區(qū)間比不同），造成的后果是量程小的變送器反饋給PLC電流值過大，造成與PLC內(nèi)部PID運算值不配套，運算輸出值相對增大，造成變頻器調(diào)節(jié)信號過大而失調(diào)，導(dǎo)致變頻器工作不穩(wěn)定[1]。

基于以上原因分析，我們將匯管測量壓力變送器替換為羅斯蒙特公司出產(chǎn)的3051GP系列，工作壓力范圍為0-1.6MPa。量程測量區(qū)間是原設(shè)計的2.5倍，基本滿足現(xiàn)有工藝需求。

3.2 實現(xiàn)外輸匯管壓力在線監(jiān)測

在3#泵房PLC控制柜上增加一臺歐姆龍公司的NB10W-TW01B型觸摸屏和CPM1A-40CDR-A-V1型可編程控制器（PLC）機組，在觸摸屏和PLC內(nèi)部同時安裝組態(tài)監(jiān)控程序。

（1）PLC編程：該PLC組件主要執(zhí)行任務(wù)為監(jiān)控取樣。因此本次PLC編程分為采樣存儲控制和取樣區(qū)間設(shè)定及間隔時間控制兩個部分。

（2）觸摸屏（也叫可編程終端接口人機互動界面）編程組態(tài)：觸摸屏編程軟件中有多種功能塊元件可根據(jù)實際需要進行調(diào)用組態(tài)，在觸摸屏上生成控制單元，并通過RS232C通信接口訪問PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)，參與PLC輸入輸出控制，另外PLC傳送的實時數(shù)據(jù)還可存儲在觸摸屏內(nèi)部形成歷史數(shù)據(jù)。

通過以上編程及組態(tài)，我們將得到批次輸油壓力曲線圖，綜合分析批次輸油壓力曲線，即可確定合理壓力報警值。

3.3 完善泵房輸油匯管壓力保護功能

在原有的超壓緊急停泵的設(shè)計基礎(chǔ)上，合理修改PLC內(nèi)部軟件運行程序，設(shè)計出一種主要由連鎖停泵操作來完成的壓力保護。即當(dāng)輸油工藝系統(tǒng)中出現(xiàn)匯管壓力過低、匯管壓力過高這兩種情況時，首先停一臺工頻運轉(zhuǎn)的機泵，然后PLC輸出給變頻器降頻停機信號，控制機泵轉(zhuǎn)速在30秒內(nèi)從工作轉(zhuǎn)速開始下降，直至機泵完全停止，這樣在壓力保護的同時避免了“水擊”帶來的傷害。

3.4 重新選取變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)信號源

在工藝系統(tǒng)不變的前提條件下，變頻器的調(diào)節(jié)頻率原設(shè)計思路是根據(jù)輸油系統(tǒng)出口匯管的壓力反饋值來穩(wěn)定工藝系統(tǒng)中的流量?？紤]到新增計量間刮板流量計有標(biāo)準(zhǔn)的4-20Ma流量反饋信號。因此，建議新的調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用流量反饋信號做變頻調(diào)節(jié)計算的參考值，將“恒壓變頻調(diào)節(jié)”工作模式為“恒流速變頻調(diào)節(jié)”工作模式。原設(shè)計的壓力變送器只負(fù)責(zé)輸油匯管超壓或低壓連鎖保護。

4 結(jié)束語

（1）實時記錄壓力數(shù)據(jù)。安裝組態(tài)監(jiān)控軟件后，可真實記錄每批原油外輸?shù)膲毫?shù)據(jù)，為壓力保護設(shè)定值提供充實的數(shù)據(jù)支持和操作平臺。

（2）提升儲輸系統(tǒng)安全性能。增加低壓保護功能，重設(shè)連鎖停泵程序，提高工藝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

（3）延長機泵使用周期。合理設(shè)置參數(shù)，調(diào)速變頻穩(wěn)定，消除電機頻繁變速隱患，延長機泵密封使用周期。

（4）節(jié)約用電費用，降低操作人員勞動強度。調(diào)速變頻系統(tǒng)恢復(fù)使用，一是節(jié)約手動調(diào)節(jié)截流帶來的電能損耗，對工區(qū)節(jié)能降耗意義較大；二是不需要手動頻繁調(diào)節(jié)閥門開度，降低操作人員勞動強度。三是單臺機泵年可節(jié)電1.2萬度，2臺年節(jié)電2.2萬度。

（5）通過對3#泵房輸油泵變頻控制系統(tǒng)的研究，分析出了變頻控制系統(tǒng)存在的問題，指明了可實施的變頻系統(tǒng)優(yōu)化方向，具有一定的理論研究價值和社會效益。

參考文獻

[1] 白志剛.自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析與PID整定[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：42.