PID調節在原油長輸管線上的應用

張　華　張　茜

（1.山東濰坊凱特工業控制系統工程有限公司，山東濰坊 261021；2.中石化管道儲運有限公司濰坊輸油處，山東濰坊 261021）

PID調節在原油長輸管線上的應用

張華1張茜2

（1.山東濰坊凱特工業控制系統工程有限公司，山東濰坊 261021；2.中石化管道儲運有限公司濰坊輸油處，山東濰坊 261021）

21世紀，隨著社會與經濟的發展。我國原油的需求日益增加，國家建設了大批的商業儲備庫及國家儲備庫，中石油和中石化也建設了大量的原油長輸管線，將原油輸送到全國各地的煉油廠等化工企業。因此，對原油儲運經濟效益的要求也越來越高，高效的原油管線輸送愈受重視。自動化技術的應用為高效的原油輸送帶來了良好的解決方案。

油氣儲運 原油長輸管線 PID調節 閉環控制

如今，自動化技術已經成為工業生產過程中必不可少的一部分。石油和天然氣的儲存和運輸簡稱油氣儲運。主要指合格的原油、天然氣及其它產品，從油氣田的油庫、轉運碼頭或外輸首站，通過長距離油氣輸送管線、油罐列車或油輪等輸送到煉油廠、石油化工廠等用戶的過程。自動化技術的應用為油氣儲運管理帶來便捷的同時，還可實現成本的有效控制，同時在提高利用率和輸送率上也有重要意義。PID調節就是自動化技術的重要應用。本文主要介紹PID調節在原油長輸管線上的應用。

PID是英文單詞比例（Proportion），積分（Integral），微分（Differential coefficient）的縮寫。PID調節實際上是由比例、積分、微分三種調節方式組成，它們各自的作用不再贅述。

1　概述

作為經典的控制理論，PID仍然是當今工控行業的主導控制方式，無論復雜、簡單的控制任務，PID控制都能取得滿意的控制效果，前提是PID參數必須選擇合適。通過適當給定PID參數，大多數的控制任務都可以完成。PID控制器是根據PID控制原理對整個控制系統進行偏差調節，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預定值一致。在原油的輸送過程中，對于原油的溫度、壓力、流量等工藝變量常常要求維持在一定的數值上，以提高原油輸送效率。

在原油長輸管線上，為了增加輸送量，需要增加輸油站的出站壓力，但是又要保證管線安全，防止壓力太大，需要輸油站的出站壓力在一個安全值以下。通過PID的調節功能，控制輸油泵電機的轉速，調節輸油泵出口壓力在一定范圍內，即保證了輸油管線的安全，又提高了原油輸送量。同時也要保證輸油泵入口（即喂油泵出口壓力）達到一定值，不至于輸油泵入口變成負壓另外。通過PID的調節功能，控制喂油泵電機的轉速，調節喂油泵出口壓力在一定范圍內，保證輸油泵安全穩定運行。原油的組份非常復雜，其中石蠟對原油的輸送非常不利，當原油溫度降低時，石蠟的溶解度降低，蠟結晶將會析出并沉積在管壁上，從而減小管道有效過流面積，增大摩阻，所以合理的控制原油溫度也是提高原油輸送率的有效方法。可以通過PID的調節功能調節加熱爐的煤油流量，使加熱爐出口的原油溫度在一定范圍內。有時為了完成生產任務，輸油站出站的原油流量也會成為PID調節的參數。在實際輸油生產中，很多時候是多個PID調節回路共同作用，采用低選或高選的方式控制輸出。本文就以輸油泵出口壓力（出站壓力）和進流量需要共同調節時，采用低選，控制輸油泵電機轉速，調節出站壓力和進站為例，介紹一下PID的應用。希望為PID的應用提供幫助。

2　PID調節在原油長輸管線的具體應用

2.1輸油工藝及控制要求

吳起-定邊油房莊輸油管線首起吳起縣新寨鄉姚寺村吳起輸油首站，終至定邊縣磚井鎮閆塘村油房莊生產運行庫，管線沿線設有4座RTU控制閥室，1座高點信號采集點，無中間站。管道長度約83.42km，吳起輸油首站至1#閥室設計壓力8.0 MPa，管線壁厚7.1mm，1#閥室至油房莊輸油末站設計壓力6.3MPa，管線壁厚6.4mm（大河溝跨越段設計壓力8.0MPa）。吳起輸油首站建有變頻喂油泵3臺，變頻輸油泵2臺（P1～P2），每臺泵出口配壓力變送器（PT201～PT202），進站設有流量計3臺（FT101～FT103），出站設有流量計2臺（FT201～FT202）、出站壓力變送器（PT203）、溫度變送器等。

2.2控制要求

喂油泵控制:PID自動調節時，通過調節喂油泵變頻器的輸出轉速，將輸油泵進口匯管壓力（PT101）控制在0.3-0.67MPa范圍內；

輸油泵控制:采用一個低選控制器對變頻器的輸出轉速進行調節控制，被比選的控制信號共有2路:（1）出站壓力控制信號（輸油泵出口匯管壓力）（PT203），（2）鐵三聯、吳一聯（吳二聯）、劉坪輸油站三者來油流量之和（FT101+FT102+FT103）做為任務外輸量的流量調節信號或人工給定任務外輸量的流量調節信號，兩者可相互切換。

2.3系統配置

吳起輸油首站站控系統配置2臺DELL工作站和一套美國羅克韋爾自動化公司的AB ControlLogix 系列PLC，CPU 采用LOGIX5573。組態軟件為施奈德電氣旗下的CITECT SCADA 7.1。

2.4PID雙回路調節示意圖（圖1）

2.5輸油泵的正常生產保護調節

本站輸油泵的正常生產保護調節采用低選控制器，對變頻器的輸出轉速進行調節控制，被比選的控制信號共有2路，分別如下:

PID1，為PID閉環調節的出站壓力控制信號PT203（反作用），出站壓力＜6.45MPa。

PID2，兩種情況:

（1）人工給定任務外輸量的流量調節信號FIT201（正作用）。該任務外輸量是由站控操作站或控制中心根據實際生產需求人工設定的，并以外輸流量計FT201、FT202之和作為該PID調節的反饋值，進行閉環調節控制，流量設定范圍是:50～700m3/h；

（2）吳一聯（吳二聯）、劉坪輸油站、鐵三聯來油流量之和（FT101+ FT102+FT103）做為任務外輸量的流量調節信號給FIT201（正作用），并以外輸流量計FT201、FT202之和作為該PID調節的反饋值，進行閉環調節控制。兩者可相互切換。

2.6PID參數整定任意多回路的PID調節都是遵守先易后難的順序，先調單回路，再調多回路。在調試之前應首先確認是正作用PID調節還是反作用PID調節在PID的調試過程中，我們應注意以下步驟:

（1）關閉I和D，也就是設為0.加大P，使其產生振蕩；

（2）減小P，找到臨界振蕩點；

（3）加大I，使其達到目標值；

（4）重新上電看超調、振蕩和穩定時間是否吻合要求；

（5）針對超調和振蕩的情況適當的增加一些微分項；

（6）注意所有調試均應在最大爭載的情況下調試，這樣才能保證調試完的結果可以在全工作范圍內均有效；

在本應用中，先調節PID1，確定參數的順序為P，I，D；再調節PID2，確定參數P，I，D。

3　結語

本文通過一個長輸管線的PID應用實例，介紹了PID調節控制給實際生產帶來的便利。對于先進的控制系統，設備、控制技術、操作人員都是非常重要不可忽視的因素。要實現自動化系統給生產帶來的長期經濟效益，對設備的定期保養與維護必不可少，值班人員的及時準確地判斷與處理也是自控系統安全穩定運行的保障。因此，對設備的定期和不定期的維護保養，以及對值班人員的嚴格管理，才能確保自控系統的安全并順利運行。

［1］關中原《.我國油氣儲運相關技術研究新進展》.2011-06-02.

［2］王麗，劉麗霞，陶勇僌，楊春玲，管軍《.油氣儲運工程項目后評價指標體系及方法》 2012-10-08.

［3］樊國平《.智能PID控制系統的設計與研究》.2005-05-01.