聯(lián)合站自控系統(tǒng)投運故障的應對分析

田欣

（大慶油田第二采油廠工藝研究所，黑龍江 大慶 163000）

油田聯(lián)合站屬于原油生產(chǎn)流程之中的關鍵環(huán)節(jié)，其自動化的生產(chǎn)水平與管理水平與油田的生產(chǎn)效率息息相關，可有效促進油田企業(yè)經(jīng)濟效益的增長。自動控制系統(tǒng)屬于聯(lián)合站生產(chǎn)流程之中不可或缺的重要組成部分，一般情況下，自動控制回路的組成包括四個環(huán)節(jié)，其中任意一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障或者出現(xiàn)問題以后，均會對回路的正常工作產(chǎn)生不利影響。系統(tǒng)投運過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生一些故障，其會影響系統(tǒng)的閉環(huán)控制，對生產(chǎn)安全產(chǎn)生不利影響?？梢?，聯(lián)合站自動控制系統(tǒng)在生產(chǎn)流程之中發(fā)揮著關鍵性效用，其與自動回路的生產(chǎn)安全及正常運行均產(chǎn)生著不利影響。當前，我國聯(lián)合站自動控制系統(tǒng)欠缺完善性，故障發(fā)生幾率較高，極易無法形成閉環(huán)控制，對安全生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，所以，為保障自動控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)運行的正常性，聯(lián)合站工作人員必須將其作為工作的重要任務，努力完成。

1 故障檢測模型設計

人類以眼睛可對顯示世界之中存在的各種故障信號進行識別，為確保計算機可存儲并處理這些故障信號，就必須系統(tǒng)化的進行故障信號的處理，將特征故障信號進行轉化，使其成為計算機可以進行物理世界的反應的景象方式就是聯(lián)合站自控系統(tǒng)故障檢測方式。在計算機之中，采用矩陣及二維數(shù)組方式進行聯(lián)合站自控系統(tǒng)故障的檢測，比如在一張L×R個不可分割成像點所形成的故障中，不同故障所反映的故障信號的強弱就是事故樹值，其可依靠L行及R列矩陣T進行故障模型的給出。

1.1 投運故障檢測處理

由于聯(lián)合站背景下，干擾因素較多，投運故障檢測前，必須采用各種前置處理形式進行故障的檢測處理。在前置處理過程中，可依靠中值濾波法對聯(lián)合站投運故障檢測過程中所形成的離散奇異點噪聲進行去除，該噪聲也有椒鹽噪聲之稱。開展差分的結果為2副故障檢測之間存在差異性。依靠這一形式，可促進聯(lián)合站投運故障檢測中投運信息的強化。研究人員采用模糊技術方式，可對聯(lián)合站故障檢測之中亮度干擾有效縮減，應用最大的模糊熵可實現(xiàn)對應模糊閾值的去除，以此減少由于亮度不均勻所形成的干擾問題。

1.2 自動系統(tǒng)投運檢測

開展聯(lián)合站自控系統(tǒng)檢測過程中，最關鍵的為檢測故障邊緣故障。邊緣故障大都在差異性的事故樹緊鄰區(qū)域之中存在，邊緣故障方向與垂直方向與緊鄰的故障事故樹數(shù)值存在較大差異性，依據(jù)差異幅度的差異性，其主要以斜坡形狀和階躍形狀為常見的故障類型，其具體類型可見圖1所示。

圖1 邊緣故障常見類型

在理想的情況下，邊緣故障大都以階躍型為主，由于故障檢測收集及背景噪聲等因素的影響，會形成邊緣故障，邊緣故障交接位置會呈現(xiàn)漸進過渡表現(xiàn)，其會導致邊緣故障位置形成事故樹斜坡，其導致斜坡邊緣故障的形成。屋頂型邊緣故障指的是兩個斜坡邊緣故障形成組合而形成的故障，但是兩個斜坡邊緣故障中間均存在一定尺寸的平滑過渡區(qū)域，故障檢測中，大都以粗邊緣故障為主要表現(xiàn)。

1.1 邊緣故障基本思想

邊緣故障檢測過程中，所應用的基本思想大都為先依靠增強邊緣故障算子方式及故障檢測，開展卷積計算，對邊緣故障進行拉大處理后，形成與背景事故樹之間的差異性，進而進行閾值的定義，依據(jù)這一閾值，進行邊緣故障背景的劃分。只是由于故障檢測會受到噪聲、采樣或者模糊等因素的影響，導致邊緣故障出現(xiàn)時，可能存在斷斷續(xù)續(xù)的表現(xiàn)。邊緣故障檢測過程中，不僅需要對邊緣故障進行提取，還需要采取一定方式，對初始邊緣故障之中存在的噪聲進行去除，進行簡短微弱邊緣故障的添加，并將邊緣故障連接成線條。

1.2 邊緣故障檢測流程

首先，開展平滑性檢驗，由于邊緣故障檢測過程中，會產(chǎn)生十分嚴重的噪聲干擾，所以在邊緣故障檢測之前，必須采取平滑算子的方式，過濾離散的奇異點，以此開展故障檢測。

其次，進行增強檢測，其可對與鄰域之中存在的事故樹差異較大的點與周邊事故樹的差異進行提升的方式實現(xiàn)，一般情況下，可以采取算子的增強及故障檢測開展卷積運算方式實現(xiàn)。

最后，檢測，由于現(xiàn)實世界之中，必須對邊緣故障進行考量，其必須依據(jù)相鄰點之間的顏色進行故障判斷，開展聯(lián)合站自控系統(tǒng)邊緣故障檢測的過程中，若是單一性的依靠事故樹特征進行判定是遠遠不足的，由于相同的事故樹特征于邊緣故障之中的展示，人們大都以為其為噪聲故障，所以必須依靠多種形式對邊緣故障進行鑒別。

1.3 故障檢測分割

一般的聯(lián)合站自控系統(tǒng)投運故障檢測過程中，開展無損故障檢測所占比例較高，實際拍攝環(huán)境之中，會受到各種干擾，導致原本的聯(lián)合站自控系統(tǒng)投運故障無法被有效檢測，其并不具備明確對自控系統(tǒng)故障檢測特征進行區(qū)分的能力，所以必須預先進行故障檢測的處理，以對外界的干擾進行排除。

開展故障檢測過程中，事故樹直方圖可對各個事故樹級別故障比例進行反應。依據(jù)故障檢測處理角度分析，最理想的事故樹直方圖，指的是北京及目標之間存在顯著的峰值，該直方圖大都為雙峰曲線。只需要進行北京分界位置及目標部位事故樹值的探尋，即可實現(xiàn)北京與目標之間的分離，這一過程就是故障檢測分割。在實際狀況之下，導致故障檢測分割難度形成的原因主要包括：第一，形似目標物干擾物的存在；第二，背景噪聲的存在；第三，故障檢測過程中亮度不均勻；第四，目標在故障檢測過程中所占比例較小，導致無法直觀的展示理想事故樹直方圖。

2 自控系統(tǒng)現(xiàn)狀

當前，油田采油廠大都采取聯(lián)合站形式進行干預，聯(lián)合站建立過程中，其系統(tǒng)擴容形式比較簡潔，僅需要增設IO卡件，依靠系統(tǒng)組態(tài)即可實現(xiàn)，且聯(lián)合站運行維護比較簡便，由于控制系統(tǒng)結構自動化程度較高，僅需要對維護人員進行簡單化的培訓即可開展?，F(xiàn)場測控儀表大都為控制系統(tǒng)之中進行標準信號的接入，其并未存在系統(tǒng)兼容性困擾問題。但是聯(lián)合站自控系統(tǒng)運用中，若是系統(tǒng)規(guī)模較大，將無法保障信號有效接入系統(tǒng)，無法確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，且由于自控系統(tǒng)應用中，已建工程會對控制系統(tǒng)上的通信模塊、操作站、CPU及電源模塊等產(chǎn)生制約，影響運行，導致聯(lián)合站自控系統(tǒng)投運故障時有發(fā)生。

以大慶油田為例，其中聯(lián)合站的數(shù)量共計8個，在自控系統(tǒng)投運過程中，故障發(fā)生幾率較高，極易導致無法進行閉環(huán)控制，對生產(chǎn)安全產(chǎn)生不利影響，合理采取應對措施干預，可確保聯(lián)合站自控系統(tǒng)運行的正常，有效實現(xiàn)自動控制。

3 故障發(fā)生原因分析

一個聯(lián)合站自動控制回路的組成大都包括四個環(huán)節(jié)，其中任意一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障或者異常情況，將對自動回路的正常運行產(chǎn)生不利影響。

3.1 檢測單元故障發(fā)生原因

游離水脫除器界面調節(jié)環(huán)節(jié)及電脫水器界面調節(jié)環(huán)節(jié)可依靠射頻導納物位儀表得以實現(xiàn)。當前，采出液之中含有大量的聚合物硫化物，這一物質應用中，其會在油水界面上下20cm左右乳化帶位置存在，其會導致界面數(shù)值產(chǎn)生無規(guī)律性的變化。除此以外，由于電拖輸氣內(nèi)部電廠的干擾作用影響，其會對界面的檢測效果產(chǎn)生不利影響。

3.2 調節(jié)單元故障發(fā)生原因

由于不同聯(lián)合站來液存在差異性，且容器的容積也存在差異性，調節(jié)閥的響應速度會受到PLC工控機輸出電流變化值的影響，控制參數(shù)比例值及積分制可對電流值變化量進行決定，所以積分制及比例值選擇的不適當性將對自控系統(tǒng)的投運產(chǎn)生負面影響。

3.3 被控對象擾動故障發(fā)生原因

分析游離水脫除器情況，其來液量變化較大及偏流問題時有發(fā)生，會導致游離水分離器無法與其內(nèi)部進行穩(wěn)定界面的建立，若是系統(tǒng)的壓力值升高以后，則必須全部打開總出口調節(jié)閥，在這種情況下，若是多臺游離水界面降低，則放水閥會呈現(xiàn)全部關閉的趨勢，導致系統(tǒng)內(nèi)的壓力值進一步提升。

3.4 執(zhí)行機構部分故障發(fā)生原因

氣動薄膜調節(jié)閥在系統(tǒng)控制中的應用主要作用為執(zhí)行機構，電氣閥門定位器為氣動薄膜調節(jié)閥的最關鍵附件部分，若是風線之中含有雜質，則極易導致電氣閥門定位器氣路堵塞問題的發(fā)生，導致無信號輸出問題的形成，也會導致輸出信號過小，對氣動薄膜調節(jié)閥動作產(chǎn)生不利影響。

4 故障發(fā)生的應對措施

4.1 射頻導納物位儀表問題

若是射頻導納物位儀表發(fā)生故障以后，首先，若是界面的數(shù)值未產(chǎn)生無線性的變化，則需要先對系統(tǒng)進行干預，由自動化向手動化控制轉變，以確保容器內(nèi)液體沉降時間的延長。若是界面值始終保持在一個數(shù)值以內(nèi)且并未發(fā)生改變情況下，或者該數(shù)值改變?yōu)樨摂?shù)以后，則說明潔面儀表出現(xiàn)相關問題，也可能是相關設備發(fā)生問題；其次，為對電脫水器內(nèi)部電場干擾情況進行消除，必須對射頻導納物位信號輸入端及地之間進行電阻的連接，該電阻的阻值應控制為1.5千歐，若是干擾信號發(fā)生突變的情況下，必須瞬間向干擾電壓相接地端傳送。

4.2 調節(jié)單元部分問題

在PLC工控機內(nèi)部，進行積分值及比例值的設置過程中，必須分析聯(lián)合站容器規(guī)格，分析聯(lián)合站的來液量，并采取湊試法進行明確。

除此以外，由于現(xiàn)場檢測信號大都為模擬信號，為確?？刂葡到y(tǒng)自身穩(wěn)定，需要在設定值上進行檢測盲區(qū)的添加，若是檢測值在設定值范圍的盲區(qū)以內(nèi)的情況下，計算機控制系統(tǒng)即可分析設定值與檢測值之間是否存在一致性，以降低調節(jié)閥誤動作問題的發(fā)生。

4.3 被控對象擾動問題

若是來液量不穩(wěn)定的情況下，需要將一部分游離水分離器的進液閥只打開一定的扣數(shù)，另一部分的游離水分離器的進液閥必須全部打開，其開展的關鍵目的為依靠對前部分游離水的進液量進行調節(jié)的形式以對喉部分游離水液量的穩(wěn)定性進行調節(jié)，以此有效降低跑油事故的產(chǎn)生，此時員工必須以手動方式進行控制，也可以重新進行游離水脫除器界面值的設置。

針對二段式脫水聯(lián)合站來說，若是一段系統(tǒng)壓力調節(jié)閥旁邊打開一定扣數(shù)以后，或是系統(tǒng)壓力調節(jié)閥全部關閉以后，則可能存在一定液量由一段位置向二段位置流入。

4.4 執(zhí)行機構部分問題

風險雜質極易對電氣閥門定位器氣路產(chǎn)生堵塞，必須在閥前進行過濾裝置的安裝，以此確保閥門定位器的風為清潔風。

5 結語

為促進聯(lián)合站自控系統(tǒng)投運效率的提升，降低投運時所形成的故障發(fā)生，必須構建聯(lián)合站故障檢測系統(tǒng)模型，以此實現(xiàn)有效的系統(tǒng)故障檢測，依靠邊緣故障檢測方式，促進故障檢測水平及故障綜合控制水平的提升。在此過程中，具有有限的故障預處理效用。若是原始條件比較差的情況下開展故障檢測，即使開展故障預處理后，也無法實現(xiàn)有效的故障預處理分割效果，若是故障預處理中可對背景所產(chǎn)生的目標干擾產(chǎn)生弱化，其會縮減故障檢測分割的實際難度。從聯(lián)合站實際故障情況分析，應用聯(lián)合站故障激光檢測技術，可促進聯(lián)合站信號故障控制及故障檢測能力的提升。