PLC在石油鉆采撬裝式污水處理設(shè)備的應(yīng)用

陳文海

摘 要：本文對石油鉆采污水處理撬裝設(shè)備的結(jié)構(gòu)工藝流程進(jìn)行簡要分析，立足撬裝設(shè)備應(yīng)用優(yōu)越性，采用成熟的PLC技術(shù)，對撬裝設(shè)備儀表選型、自動控制方案選擇和系統(tǒng)配置等進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：PLC可編程控制器;污水處理;撬裝設(shè)備;自動控制

當(dāng)前，隨著油氣勘探開發(fā)增多，大量鉆采污水產(chǎn)生，這些污水中含有較多污油、泥砂等雜質(zhì)，易造成環(huán)境污染。受制于油田鉆采環(huán)境，并非所有作業(yè)區(qū)域都適合建設(shè)污水處理廠。因此，有必要針對油田污水處理需求，設(shè)計可移動的污水處理撬裝設(shè)備，通過車輛運輸?shù)叫柽M(jìn)行污水處理的區(qū)域，對污水進(jìn)行處理。采用成熟的PLC技術(shù)，實現(xiàn)井場鉆采污水處理撬裝設(shè)備的自動控制。

1 石油鉆采污水處理撬裝設(shè)備處理工藝流程

考慮到油田實際作業(yè)的需求，對于鉆采過程中的污水處理撬裝設(shè)備，需具備可移動、可車載特點，其長、寬、高都有限制，須盡量在設(shè)計中壓縮體積，控制好各單元規(guī)格參數(shù)。

根據(jù)污水處理工藝，主流程主要處理開發(fā)生產(chǎn)采出水，采用“除油+沉降+二級過濾（粗濾、精濾）”工藝，次流程主要處理濾灌反洗水等，其基本構(gòu)造如圖1所示。主要包括旋流預(yù)分離、粗濾、加藥、精濾、反沖洗、水量計量等模塊。

在處理流程上，油田鉆采污水經(jīng)排污管道與設(shè)備入口連接，撬裝設(shè)備配套升壓泵，借助泵壓將污水引入撬裝設(shè)備。污水進(jìn)入旋流預(yù)分離模塊后，將泥沙中的大顆粒先分離，隨后進(jìn)入粗濾模塊進(jìn)行進(jìn)一步的分離。污水進(jìn)入加藥模塊后加入相應(yīng)處理藥液，經(jīng)處理后再借助升壓泵提升壓力進(jìn)入精濾模塊，加藥和精濾模塊主要進(jìn)行排油排污。因污水中雜質(zhì)較多，過濾模塊濾膜易出現(xiàn)堵塞，需進(jìn)行濾膜反沖洗作業(yè)，確保濾膜功能正常。經(jīng)過濾處理的污水流入計量模塊，可測量水量。

污水處理撬裝設(shè)備核心構(gòu)造為加藥模塊，核心技術(shù)是加藥裝置濾芯結(jié)構(gòu)和藥品構(gòu)成，藥品可根據(jù)具體區(qū)塊污水中雜質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。濾膜為反滲透膜，可利用回水對膜上的泥沙及污物進(jìn)行沖洗處理，延長濾膜使用壽命和過濾處理效率。

污水處理的控制系統(tǒng)則采用PLC控制系統(tǒng)?？梢耘鋫渖衔粰C(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運行狀態(tài)和故障的監(jiān)視、報警，并可進(jìn)行現(xiàn)場參數(shù)設(shè)計和更改。

2 撬裝設(shè)備儀控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 撬裝設(shè)備儀表的選型及配置

撬裝設(shè)備在電動閥選擇上要優(yōu)先考慮便于取電，可選擇電動蝶閥。粗濾罐與精濾罐需配套反沖洗濾芯，在罐出入口安裝差壓變送器進(jìn)行壓差測量，通過取壓掌握濾芯情況。反沖洗罐需安裝具有“就地指示”功能的磁性液位計，實時監(jiān)測反沖洗罐水量，將其與出口閥開關(guān)設(shè)置聯(lián)鎖裝置，根據(jù)運行實際對出口開關(guān)實現(xiàn)同步調(diào)整。撬裝設(shè)備內(nèi)部介質(zhì)是污水，測量精度要求不高，在計量模塊可選擇渦輪流量計進(jìn)行應(yīng)用。泵出口和粗濾罐、精濾罐進(jìn)出口都要配套壓力表，因升壓泵運行存在震動，泵出口使用不銹鋼耐震隔膜壓力表，其他部位運行平穩(wěn)，可選擇不銹鋼隔膜壓力表。

2.2 控制系統(tǒng)選型及系統(tǒng)配置

為提升運行控制自動化程度，同時保證控制系統(tǒng)的可靠性要求，需在撬裝機(jī)柜上配套設(shè)置PLC，控制器帶有觸摸屏，通過編程組態(tài)控制和調(diào)整，對撬裝設(shè)備進(jìn)行工藝流程和運行參數(shù)控制。本撬裝設(shè)備選用西門子S7-300設(shè)備的可編程控制器，該型PLC是模塊化中小型控制系統(tǒng)，具有較好的抗震動沖擊性，性價比高，應(yīng)用于廣泛的工業(yè)控制領(lǐng)域。同時配套穩(wěn)壓、變壓裝置和蓄電池，根據(jù)現(xiàn)場污水處理情況合理選擇電源供電方式，長期斷電狀態(tài)下由蓄電池為可編程控制器供電，輔助現(xiàn)場儀器操作;短期斷電時可編程控制系統(tǒng)可等到來電時進(jìn)行邏輯操作，繼續(xù)未完成的污水處理工藝流程。因油田污水中含有大量油污，在現(xiàn)場爆炸危險場所作業(yè)時，要在PLC外部配套防爆箱，在觸摸屏外設(shè)置防護(hù)罩，運行狀態(tài)下只能監(jiān)測觀看操作流程運行、不可進(jìn)行操作。在防爆箱內(nèi)設(shè)置防爆急停按鈕、泵運行狀態(tài)報警燈，確保設(shè)備運行安全。

在有條件的情況下，還可以配備上位機(jī)，以實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)、故障等，并可按照現(xiàn)場情況進(jìn)行參數(shù)設(shè)計。

3 污水處理PLC自動控制方案

根據(jù)現(xiàn)場工況條件，可推薦采用如下兩種控制方案。

3.1 時序控制法

在未設(shè)置聯(lián)鎖和調(diào)節(jié)狀態(tài)下，PLC以時間點為控制對象，對設(shè)備運行進(jìn)行控制，這就是時序控制法，將一天24h看作一個控制單位，分三個階段，借助PLC進(jìn)行控制，實現(xiàn)撬裝設(shè)備往復(fù)運轉(zhuǎn)，直至污水處理達(dá)標(biāo)。在設(shè)備安放就位后將進(jìn)出口管道連接，進(jìn)行第一個8h處理，將升壓泵開啟升壓，打開粗濾罐進(jìn)口閥門，通過3-5min憋壓后將粗濾罐出口閥門打開;隨后打開細(xì)濾罐前升壓泵和細(xì)濾罐進(jìn)口閥門，通過3-5min憋壓處理后將細(xì)濾罐出口閥門打開，隨后利用計量模塊對出水量進(jìn)行計量。隨后進(jìn)行第二個8h處理，粗濾罐、精濾罐依次進(jìn)入排油階段，先關(guān)閉第一個粗濾罐出口閥、打開排油閥進(jìn)行排油，關(guān)閉進(jìn)口閥打開排污閥進(jìn)行排污，同時其他過濾罐保持運轉(zhuǎn)，依次完成上述動作。第二個8h完成后重復(fù)第一個8h完成后的步驟。在24h處理后，首個粗濾罐完成排油排污后開啟反洗泵、打開反洗閥，保持排污閥開啟、排油閥關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)行反洗作業(yè)，其余各罐保持運行狀態(tài)，依次完成反洗作業(yè)。通過上述3個階段處理過程的重復(fù)操作，直到污水處理完成。整個污水處理都通過PLC根據(jù)時間點進(jìn)行控制，由組態(tài)和電氣專業(yè)配合完成的污水處理。

3.2 聯(lián)鎖控制法

在精濾罐、粗濾罐等罐體進(jìn)出口間加裝差壓變送器，在反洗罐液位計與進(jìn)出口閥設(shè)置聯(lián)鎖開關(guān)，以實現(xiàn)聯(lián)鎖控制。先開啟升壓泵隨后打開粗濾罐進(jìn)口閥，實施3-5min憋壓后打開出口閥，開啟精濾罐前升壓泵，打開精濾罐進(jìn)口閥實施3-5min憋壓，利用計量模塊進(jìn)行水量計量，連續(xù)保持8h運行狀態(tài)。隨后粗濾罐和精濾罐進(jìn)入排油狀態(tài)，將第一個粗濾罐出口閥關(guān)閉、打開排油閥排油，關(guān)閉進(jìn)口閥、打開排污閥排污，其余各罐依然保持運行狀態(tài)，并依次完成排污。在上述污水處理中，差壓變送器輸入PLC的壓差超過PLC設(shè)定值時，表示濾芯堵塞，需進(jìn)行反沖洗，要在完成排油排污后進(jìn)行反沖洗操作。在反洗罐水位過低時，將出水回注管線閥門關(guān)閉，使回流水流入反洗罐;水位過高時打開出水回注管線閥門，使水流入回流池。

3.3 兩種控制方法的比較

時序控制法是在污水處理撬裝設(shè)備上設(shè)置固定時間點進(jìn)行處理，在達(dá)到排油排污操作的時間點后就會開啟流程，而這時污水中的油污可能還未達(dá)到需要排出的狀態(tài)，在未監(jiān)測水質(zhì)、達(dá)到反洗作業(yè)時間點后就會開啟反洗操作，在一定程度上造成了資源浪費。

聯(lián)鎖控制法通過對過濾罐兩側(cè)壓差進(jìn)行檢測，確保在濾芯堵塞到一定程度、達(dá)到設(shè)定壓差后才進(jìn)行反洗，反洗時先確保排油排污操作完成，反洗罐水位也經(jīng)過液位計對罐的出入閥門進(jìn)行了精準(zhǔn)控制，所以節(jié)省了資源，可根據(jù)實時工況條件進(jìn)行自動化、智能化控制調(diào)整，具有較強(qiáng)應(yīng)用優(yōu)勢。

4 結(jié)論

綜上所述，采用PLC技術(shù)對油田鉆采污水處理撬裝設(shè)備進(jìn)行自動控制，減少人為干預(yù)，增加系統(tǒng)可靠性，也有利于以最低成本實現(xiàn)鉆采污水處理，使污水達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)，輔助油田在保護(hù)環(huán)境、控制鉆采成本前提下實現(xiàn)高質(zhì)量鉆采作業(yè)。

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