海上平臺(tái)油水處理系統(tǒng)自動(dòng)控制研究

劉政偉，張笑龍

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司天津作業(yè)公司，天津 300000）

隨著21 世紀(jì)的到來(lái)，社會(huì)發(fā)展對(duì)于能源依賴程度進(jìn)一步加深，海上油田開(kāi)采模式成為能源領(lǐng)域全新的發(fā)展方向。由此來(lái)說(shuō)，期望海上能源的穩(wěn)定供給，就需要保證海洋權(quán)益不受到侵犯。一般來(lái)說(shuō)，海上采油會(huì)面臨較多的技術(shù)挑戰(zhàn)，其中，同水處理技術(shù)密切關(guān)聯(lián)的有以下幾點(diǎn)：首先，是油田在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)含油廢水，如何對(duì)其有效處理已是解決海洋污染的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；其次，油田在注水環(huán)節(jié)中會(huì)面臨結(jié)垢等影響，這一問(wèn)題直接關(guān)系到海上油田是否可以順利開(kāi)采。同時(shí)，海上油田普遍具有高風(fēng)險(xiǎn)、低周期的特點(diǎn)，所以注水開(kāi)發(fā)過(guò)程必不可少。

為了確保海上油田可以順利開(kāi)采并且有效把控環(huán)境污染，其中最有效的途徑就是將經(jīng)過(guò)處理的采出水再次回注。但實(shí)際來(lái)說(shuō)，采出水中的含油比重、礦化程度以及懸浮雜質(zhì)較多，并且在采油過(guò)程和油水破乳環(huán)節(jié)中，會(huì)添加部分化學(xué)試劑，導(dǎo)致采出水難以有效處理。此外，采出水量和注水量并不能完全匹配，應(yīng)當(dāng)借助打水井和直接注入等方式進(jìn)行補(bǔ)償。其中打水井需要較高的成本投入，同時(shí)，水源的礦化程度難以滿足需要，并且相較于儲(chǔ)層水來(lái)說(shuō)，鹽度偏差較大，導(dǎo)致儲(chǔ)層水中的部分顆粒物會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)，影響到滲流孔正常工作。而采用直接注入的方式則會(huì)面臨結(jié)垢影響。綜合來(lái)說(shuō)，如何有效完成水處理并將其實(shí)際應(yīng)用意義重大。

1 某海上平臺(tái)油水處理系統(tǒng)介紹

對(duì)于某海上采油產(chǎn)能項(xiàng)目建設(shè)來(lái)說(shuō)，油氣處理系統(tǒng)是較為核心的組成部分，其能力參數(shù)為250X104t/a，對(duì)應(yīng)的脫水參數(shù)為：原油平均含水率≤5%，污水平均含油量≤20mg/L。具體的工藝步驟如下：首先，將采油平臺(tái)單井提供的井液輸入生產(chǎn)匯管中。其次，把油液經(jīng)由熱爐進(jìn)行升溫加熱后，完成換熱操作。借助三相分離裝置和電脫水設(shè)備對(duì)換熱后的油液進(jìn)行處理，可以得到標(biāo)準(zhǔn)原油。將其通過(guò)泵向外輸送，其中，分出水被轉(zhuǎn)移到污水處理系統(tǒng)中，脫出天然氣完成除液操作后可以作為熱爐原料，也能夠經(jīng)由壓縮設(shè)備和輸送系統(tǒng)傳送到終端系統(tǒng)?；趪?guó)家發(fā)布的規(guī)程體系，嚴(yán)格按照國(guó)家下發(fā)的行業(yè)準(zhǔn)則，利用先進(jìn)的工藝設(shè)備，保證開(kāi)采環(huán)節(jié)能夠滿足安全環(huán)保需求，這也是海上采油平臺(tái)自動(dòng)化油氣處理系統(tǒng)最基礎(chǔ)的要求。設(shè)計(jì)方案中，主要借助自動(dòng)控制技術(shù)和數(shù)字技術(shù)來(lái)完成系統(tǒng)數(shù)控操作，達(dá)成無(wú)人值守或少人值班的任務(wù)目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化管理水平。

系統(tǒng)中最核心的部分是中控室內(nèi)的PLC 系統(tǒng)，可以有效實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、分級(jí)調(diào)節(jié)的任務(wù)。通過(guò)在中控室內(nèi)搭建完整的工控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)油水處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和工況測(cè)定，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)全面把控。這套系統(tǒng)能夠完成線上參數(shù)調(diào)整、功能優(yōu)化、問(wèn)題檢測(cè)和故障警報(bào)等功能，同時(shí)，還為用戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢等服務(wù)。

2 集輸部分

（1）在生產(chǎn)匯管處增設(shè)檢測(cè)溫度和壓力參數(shù)的設(shè)備，實(shí)時(shí)顯示并向終端傳輸。

（2）三相分離裝置加裝溫度和壓力參數(shù)的檢測(cè)設(shè)備，完成實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)傳輸；在天然氣出口位置增設(shè)壓力測(cè)定裝置，向中控設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)完成控制，同時(shí)，在該位置還要加設(shè)流量參數(shù)的測(cè)定裝置，完成數(shù)值顯示。油、水室要配備液位測(cè)定裝置，有效顯示液位參數(shù)并實(shí)現(xiàn)高低限位警報(bào)。基于實(shí)際的液位數(shù)據(jù)設(shè)置相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥門，確保液位始終滿足要求；對(duì)油水室向外輸送的位置也要搭建壓力和溫度參數(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)，并配備流量參數(shù)測(cè)定設(shè)備，完成實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)傳送。同時(shí)，要在出口處借助含水量分析設(shè)備進(jìn)行參數(shù)顯示。

（3）熱爐出口位置也要加裝壓力、溫度參數(shù)的測(cè)定裝置，向終端發(fā)送數(shù)據(jù)。

（4）為原油罐配備液位顯示模塊，并提供高低限位警報(bào)功能。

（5）對(duì)于除油設(shè)備來(lái)說(shuō)，也要對(duì)液位參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和限位警告，基于實(shí)際的液位數(shù)據(jù)可以自動(dòng)調(diào)整出口閥門，確保液位參數(shù)處于標(biāo)準(zhǔn)范圍，并對(duì)溫度、壓力參數(shù)進(jìn)行測(cè)定顯示。

（6）分液罐需要裝設(shè)液位測(cè)定模塊和溫度、壓力檢測(cè)模塊。

（7）基于三相分離設(shè)備反饋的液位參數(shù)，系統(tǒng)中的主控設(shè)備經(jīng)由分析后對(duì)原油外輸泵進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，根據(jù)實(shí)際情況有效改變泵的頻率參數(shù)，保證液位正常。

發(fā)電廠電氣設(shè)備檢修是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它其中所涉及的因素比較多。隨著我國(guó)特高壓、超大容量電網(wǎng)的快速發(fā)展，電氣設(shè)備的安全運(yùn)行越來(lái)越重要。要做好檢修這項(xiàng)工作，不僅需要電廠的各個(gè)部門及科室積極配合，而且需要通過(guò)嚴(yán)格的監(jiān)督管理體系和管理制度來(lái)制約相關(guān)人員，同時(shí)加強(qiáng)電力檢修人員的培訓(xùn)。只有這樣，才能提高設(shè)備檢修的可靠性，促進(jìn)電力企業(yè)更好的發(fā)展。

（8）對(duì)于原油外輸泵的出入口位置都需要裝設(shè)溫度和壓力測(cè)定裝置，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，同時(shí)，在總管位置增設(shè)相同檢測(cè)設(shè)備，向控制系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)。

（9）在三相分離裝置進(jìn)口位置和原油泵出口位置，均增設(shè)自動(dòng)切斷閥，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖調(diào)節(jié)。

（10）針對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)中的可燃?xì)怏w進(jìn)行測(cè)定。

（11）將PLC 控制系統(tǒng)分別添加化學(xué)試劑注入系統(tǒng)和壓縮機(jī)中，針對(duì)各自工作環(huán)境中的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定；利用通信協(xié)議將這兩套PLC 系統(tǒng)同E1 設(shè)備交互，實(shí)現(xiàn)參數(shù)和主控室的信息共享。

3 熱工部分

為熱爐操作過(guò)程增設(shè)可燃?xì)怏w測(cè)定裝置，將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送到主控室中，由可燃?xì)饩瘓?bào)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)分析，將可燃?xì)怏w比重實(shí)時(shí)顯示并提供超限警報(bào)功能，同時(shí)，要和電動(dòng)閥門進(jìn)行聯(lián)鎖控制。一旦可燃?xì)怏w比重超出標(biāo)準(zhǔn)范圍以后，排風(fēng)系統(tǒng)自啟動(dòng)；如果可燃?xì)怏w比重達(dá)到極限區(qū)間，就主動(dòng)關(guān)斷控制閥門，防止火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

4 污水處理部分

（1）為污水提升泵出入口加裝壓力參數(shù)測(cè)定裝置，完成實(shí)時(shí)顯示；E1 出口位置設(shè)定壓力參數(shù)檢測(cè)設(shè)備，將數(shù)據(jù)發(fā)送到主控系統(tǒng)中，同時(shí)，數(shù)據(jù)信息傳入污水泵電機(jī)系統(tǒng)中，并對(duì)變頻器進(jìn)行控制，保證壓力參數(shù)滿足要求。

（2）對(duì)污油泵和排污泵的出入口位置均加裝壓力參數(shù)檢測(cè)設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)就地顯示功能。

（4）對(duì)注水泵出入口位置加設(shè)壓力參數(shù)測(cè)定裝置，實(shí)時(shí)顯示；在污水泵出口位置借助壓力參數(shù)測(cè)定設(shè)備向控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)，注水泵的變頻裝置接收到數(shù)據(jù)信號(hào)后，完成電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，保證壓力達(dá)標(biāo)。

（5）污水緩沖罐需要加設(shè)液位參數(shù)檢測(cè)模塊，并完成實(shí)時(shí)顯示和限位警告。

（6）凈化污水罐加裝液位參數(shù)檢測(cè)模塊，并完成實(shí)時(shí)現(xiàn)實(shí)和限位警告。

（7）污油池增加液位測(cè)定裝置，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示并向終端發(fā)送，提供限位警報(bào)功能，根據(jù)參數(shù)聯(lián)鎖調(diào)節(jié)污油泵。污油泵變頻系統(tǒng)接收到液位數(shù)據(jù)后，自主調(diào)整電機(jī)頻率，保證液位處在標(biāo)準(zhǔn)范圍。

（8）污水池加裝液位檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)，完成限位警報(bào)功能，同排污泵聯(lián)鎖調(diào)節(jié)，直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而確保污水池液位達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（9）凈化污水罐進(jìn)入位置需要加裝流量監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示；同時(shí)，在污水泵出口位置同樣裝設(shè)流量檢測(cè)設(shè)備，將數(shù)據(jù)向終端傳輸。

（10）通過(guò)給污水處理系統(tǒng)配備完整的PLC 控制系統(tǒng)，有效監(jiān)管工作過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息，并利用通信模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制，確保各類參數(shù)信息能夠在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)共享。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）本工程根據(jù)建筑和工藝使用的情況，主要為C類火災(zāi)和E 類帶電火災(zāi)場(chǎng)所，建筑耐火等級(jí)二級(jí)。按《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50140—2005）》之要求，配置手提式干粉滅火器及推車式干粉滅火器，滅火級(jí)別為中危級(jí)別。

（2）對(duì)油氣處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最核心的一環(huán)就是PLC 控制設(shè)備，可以有效實(shí)現(xiàn)綜合管控，分級(jí)調(diào)節(jié)的功能，在中控室內(nèi)搭建完整的工控系統(tǒng)，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)、相關(guān)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)線上參數(shù)修訂、功能優(yōu)化、問(wèn)題檢測(cè)和故障警報(bào)等功能，為用戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢等服務(wù)。

（3）該油氣處理系統(tǒng)單體工程主要負(fù)荷等級(jí)為2 級(jí)。用電負(fù)荷電壓等級(jí)為380/220V。電源由自建的6.3kV 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提供。該平臺(tái)設(shè)低壓配電室，室內(nèi)安裝GGD2 型低壓配電屏及無(wú)功補(bǔ)償屏。配電屏內(nèi)設(shè)置雙電源（設(shè)電氣互鎖）手動(dòng)切換裝置，任何情況下只有一路電源向負(fù)荷供電。