聯合站集輸系統的自動控制

吉林電子信息職業技術學院

聯合站集輸系統的自動控制

李俊濤吉林電子信息職業技術學院

油田是由油井、氣井、水井、計量站、配水站、轉油站、聯合站等組成的一個綜合系統，其中聯合站是這個系統中的最主要組成部門。集輸系統自動控制過程主要通過現場數據采集系統實現，利用現場采集網、前置數據網、信息平臺數據管理網三級網絡系統，進行遠程數據分析及運行參數調控優化，實現集輸系統自動控制。本自動控制系統硬件分為現場控制層、基層控制監督層、上位機計算控制層、全局聯網控制層4層。軟件系統主要實現現場數據采集、工藝過程控制操作等，完成數據顯示、報表打印、記錄查詢、限值報警、人機對話和遠程控制。

聯合站；集輸系統；自動控制；工藝

聯合站集輸系統是油田生產過程中最主要的工作系統，擔負著油田開采出的原油和天然氣的收集、預處理、計量、輸送等任務，集輸系統包含脫水系統、加熱處理系統、污水處理系統、清水輸入系統、注水系統和油氣分離系統等子系統，是集油田生產各項功能于一體的整體。聯合站集輸系統具有連續生產、工序多、工藝復雜、緊密相連等特點，工藝過程涉及設備、裝置較多，自動化操作環節多，技術控制要求比較高[1-2]。

1 自控系統結構

油田是由油井、氣井、水井、計量站、配水站、轉油站、聯合站等組成的一個綜合系統，其中聯合站是這個系統中的最主要組成部門[3]。聯合站集輸系統對各轉油站輸送過來的原油進行處理和轉輸，主要包括對含水原油的自然沉降系統、電脫水系統、污水處理系統、合格油外輸系統、清水回注系統等。

聯合站集輸系統自動控制是指通過計算機和相關儀器設備，對集輸系統工藝和現場的所有數據、參數進行采集、運算、集中顯示、處理分析、運行保護、安全報警等；同時，實現遠程自動操作集輸系統現場設備開關機、操作泵運轉，實現外輸系統、油罐區系統、泵系統、油氣分離器系統、分水注水系統的調節。除此之外，對集輸系統現場工藝參數進行實時監測，形成各種數據報表和安全生產記錄，對數據進行處理分析和信息平臺優化，實現集輸系統參數共享。

集輸系統自動控制過程主要通過現場數據采集系統實現，利用現場采集網、前置數據網、信息平臺數據管理網三級網絡系統，進行遠程數據分析及運行參數調控優化，實現集輸系統自動控制。集輸系統監控技術三級網絡結構如圖1所示，一級是系統優化平臺，它由控制泵站、加熱爐站、參數監測工作站、運行調控站、負責人指揮站組成，主要功能是對來自前置采集數據進行處理和優化；二級是負責將采集到的信息進行收集、判斷、分類、處理后傳輸到服務器和各聯合站；三級是負責聯絡各個測控單元和測控點數據傳輸，實現數據報表、管理和查詢等。

圖1集輸系統監控技術三級網絡結構

圖1 所示監控系統是集輸系統自動控制技術的主要組成部分，也是自動控制的核心和前提，三級調控單元獨立運行，可以脫離主控機運行且相互間互不干擾，對集輸系統現場每個環節、每個設備進行監測監控。主要監控內容包括：①集輸系統各工藝環節壓力、溫度、濕度、流量、液位、濃度、純度等參數的實時變化數據，上行傳輸和下限報警；②實現原油外輸量監控和調控；③對聯合站數據監測參數進行保存、調用、處理等；④實現聯合站技術工況遠程監控和調節。

2 自動控制技術

2.1 加熱爐

加熱爐自動控制出口溫度非常困難，波動幅度比較大，控制對象比較復雜，針對此時變、大時滯、多干擾的復雜系統，本文采用無模型算法控制技術進行方案設計。采用串聯控制減小時滯帶來的負擔，使整個控制系統克服時滯能力提高；考慮到加熱爐容易受到干擾影響自動控制效果，增加合適的前饋設備，抑制或消除干擾；由于溫度系統大時滯一般在5min左右，對溫度進行實時監測。加熱爐自動控制技術方案設計如圖2所示。

圖2 加熱爐自動控制技術方案

對加熱爐出口溫度的控制采用爐膛溫度與爐出口溫度進行串聯的方式，克服各種干擾，以最大限度減輕加熱爐對集輸系統自動控制技術的影響，同時加設反饋信號裝置和溫度監測裝置可以達到控制加熱爐溫度的目的。

2.2 油水分離系統

油水分離處理是集輸系統一項主要的工藝過程，主要控制指標是脫水器壓力。原油脫水是典型的多變量關聯復雜系統，以游離態脫水和電脫水器為主，對分離器內的油水界面進行控制具有一定難度，自動控制系統主要考慮脫水器壓力、油出口含水率、油出口流量、原油含水率等。

本文主要以調節游離水脫水器出油閥門開度，出油匯管的油流量進行壓力控制；調節游離水脫水器放水閥門的開度，控制油水界面。由于油水分離器是多輸入、多輸出的操作過程，干擾因素和影響因素比較多，對集輸系統自動控制具有較大影響，為此對各個參數和變量實行耦合控制，對簡化后的油水分離器增加耦合補償器，使得各個變量影響因素減小。

2.3 沉降罐系統

沉降罐是油田聯合站集輸系統的主要環節，其主要操作指標是沉降罐出口含水率、油水界面高度、出口壓力。這些參數的自動控制對集輸工藝影響較大，采用自動控制方法控制沉降罐溢流閥孔門的開度，改變油層厚度；控制沉降罐放水閥開度，以控制油水界面高度。采用該方法對沉降罐油水界面高度和油層厚度進行自動化控制。

自動控制技術設計方案時應采用沉降罐的油水等效界面作為輸出變量，操縱閥門開度，通過偏差和偏差變化來控制和調整規則因子，使得沉降罐的工藝系統能夠平穩、正常運行，且可以自動監測、操控和調節。

2.4 污水緩沖罐

集輸系統污水緩沖工藝是集輸污水處理的一大環節，根據污水緩沖罐內情況進行變頻器調節，改變泵轉數，以此改變排水量大小，保持緩沖罐內液位恒定不變，從而達到污水緩沖罐自動控制的目的。

對聯合站集輸系統污水處理工藝進行自動化控制，就是通過檢測污水液面，對其電機頻率進行調節和控制，從而改變泵轉數，以此控制污水處理罐的排量和污水處理的速率，確保罐內液位和水量正常。

3 系統設計

根據上述聯合站集輸系統自動控制技術方案，對現場集輸工藝實施自動化控制以達到標準要求，設計開發科學的自動控制硬件系統和軟件系統進行遠程連接和統一操控，即完成整個聯合站集輸系統自動控制。

本自動控制系統硬件分為：現場控制層、基層控制監督層、上位機計算控制層、全局聯網控制層4層。

軟件系統主要實現現場數據采集、工藝過程控制操作等，完成數據顯示、報表打印、記錄查詢、限值報警、人機對話和遠程控制。

硬件系統將聯合站集輸系統工藝環節、設備進行連接，軟件系統對其進行操作和控制，組成集輸自動化控制技術系統。

4 結語

（1）從聯合站集輸系統加熱爐自動控制技術、油水分離自動控制技術、沉降罐自動控制技術、緩沖罐自動控制技術等4個核心環節進行自動控制技術方案設計，確定其控制參數和控制方法。

（2）從自動控制技術硬件系統、自動控制技術軟件系統兩個方面對集輸系統自動控制要求和操作方法進行設計，構成自動控制集輸系統。

[1]李繼述，劉義敏．聯合站密閉集輸系統自動控制方法探討[J]．油氣田地面工程．1996，15（1）：62-63.

[2]龔欽霞．聯合站自動控制系統的整合[J]．油氣田地面工程，2008，27（6）：57-58.

[3]朱益飛．油田集輸系統自動監控系統的研制與應用[J]．石油和化工節能，2009，（3）：16-18.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.041