聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能分析

彭立 張欣（中國石油工程建設(shè)公司北京設(shè)計(jì)分公司，北京 100101）

聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能分析

彭立 張欣（中國石油工程建設(shè)公司北京設(shè)計(jì)分公司，北京 100101）

聯(lián)合站的油水分離工藝有電脫水器和游離水脫除器等，主要是通過手工操作完成，整理、記錄數(shù)據(jù)太過龐大，因此，對(duì)自動(dòng)化油水分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究顯得十分必要，該系統(tǒng)主要由顯示操作程序和過程控制程序兩部分組成，通過編寫程序代碼建立人機(jī)互動(dòng)界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，利用SLC500 PLC軟件模塊實(shí)現(xiàn)過程控制功能，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作方便，可實(shí)現(xiàn)對(duì)油水分離工藝整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)運(yùn)行情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，在降低人員工作量的同時(shí)，確保油水分離處理工藝安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，顯著提高了工作效率。

工藝流程；軟件編制；網(wǎng)絡(luò)；自動(dòng)化

0 前言

目前，大部分油田原油已經(jīng)發(fā)展到高含水階段，而油水的分離主要采取的是沉降脫水和復(fù)合電脫水兩種技術(shù)手段。聯(lián)合站的油水分離工藝包括：電脫水器和游離水脫除器等，主要是通過手工操作完成，數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)記錄太過龐大，這種大數(shù)據(jù)量的工作，一旦一個(gè)環(huán)節(jié)處理不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)較大差錯(cuò)。為了提高工作效率，降低數(shù)據(jù)整理、記錄過程中出錯(cuò)概率，對(duì)油水分離自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了探索性的設(shè)計(jì)，通過對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在人機(jī)互動(dòng)界面上，用更加直觀形象畫面來監(jiān)視處理工藝整個(gè)過程，用自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，來維護(hù)、調(diào)節(jié)聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，確保油水分離處理工藝的順利進(jìn)行［1］。

1 油水分離工藝

按照工藝流程劃分，可將油水分離系統(tǒng)分為：①游離態(tài)水脫除區(qū)，②原油加熱區(qū)，③復(fù)合電脫水區(qū)，④凈化油輸出區(qū)等4個(gè)部分［1-2］，如圖1 所示。

圖1 油水分離工藝圖

2 油水分離工藝系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

油水分離工藝核心要求：由總控室自動(dòng)監(jiān)控各工作區(qū)，通過工作區(qū)來實(shí)時(shí)監(jiān)控油水分離各個(gè)環(huán)節(jié)儀器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，與正常狀態(tài)下的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)作對(duì)比，及時(shí)更新調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油水分離工藝系統(tǒng)控制的目的。

在該系統(tǒng)中，上位機(jī)主要采用工控機(jī)，用RockWell Automation的SLC500 PLC來實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的功能，DH+網(wǎng)連接上位機(jī)和下位機(jī)，組成總線通信。64個(gè)Device Net網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，支持I/O和熱插拔，Device Net網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容易擴(kuò)展，布線較為方便，可實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)網(wǎng)絡(luò)儀器。通過SLC500 PLC的輸入、輸出功能，維護(hù)電脫水區(qū)、加熱區(qū)的儀器正常運(yùn)行，Device Ne和FlexIO功能主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)游離水區(qū)工藝運(yùn)行壓力和油水混合液位調(diào)整。凈化后的原油向外輸出環(huán)節(jié)，利用變頻器自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)輸出油量，監(jiān)控外輸設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)［3］。

3 程序設(shè)計(jì)與性能分析

該套控制系統(tǒng)主要由顯示操作程序和過程控制程序兩部分組成。顯示操作程序功能主要通過上位機(jī)和人機(jī)接口界面來實(shí)現(xiàn)，通過上位機(jī)編制程序代碼實(shí)現(xiàn)顯示控制功能，將運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成圖表、報(bào)告等；通過Panel-Builder軟件編制顯示界面和控制程序，完成油水分離自動(dòng)化運(yùn)行過程中顯示操作程序功能，對(duì)油水分離處理工藝運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中，利用SLC500模塊來實(shí)現(xiàn)過程控制功能，主要是隨時(shí)采集并記錄油水分離運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行分析和預(yù)處理［3-4］。

3.1 顯示操作

（1）上位機(jī)組態(tài)軟件，即：RSView 32TM軟件，提供單位：羅克韋爾軟件公司，編寫程序代碼建立人機(jī)互動(dòng)界面，主要是對(duì)油水分離環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，維護(hù)工藝正常運(yùn)行，對(duì)油水分離工藝參數(shù)進(jìn)行采集，將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為PLC可以處理的格式，觀察并檢視油水運(yùn)行參數(shù)是否合理，否則，做相關(guān)調(diào)整，在數(shù)據(jù)采集程序中一般會(huì)加入濾波程序，主要是為了降低不同干擾源的干擾，降低出錯(cuò)率。

（2）其他功能模塊。油水分離工藝運(yùn)行偏差報(bào)警系統(tǒng)、人機(jī)友好界面監(jiān)視系統(tǒng)以及手自切換調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)等等，此外，還包括對(duì)油水分離運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)記錄和歸納、運(yùn)行參數(shù)圖件報(bào)表打印等功能。將處理工藝圖導(dǎo)入Panel-Builder程序中，充當(dāng)PanelView的背景顯示，可實(shí)現(xiàn)工作站與監(jiān)控室畫面一致，有效避免了漢字顯示不靈活或圖形帶來的偏差，更形象、具體、直觀對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和參數(shù)變量控制［4-5］。

（3）在油水分離過程中，工藝參數(shù)包括：液面高度、運(yùn)行壓力、輸出流量、運(yùn)行溫度、油水界面以及閥門開度等，主要通過顯示操作程序，來直觀、具體地顯示出來，根據(jù)參數(shù)運(yùn)行狀況，有針對(duì)性地對(duì)相關(guān)偏差參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和重新設(shè)置。如在處理過程中出現(xiàn)事故，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)及時(shí)拉響，并啟動(dòng)防范處理預(yù)案程序。報(bào)警系統(tǒng)顯示綠色，表示油水分離工藝運(yùn)行狀態(tài)正常；報(bào)警系統(tǒng)顯示紅色時(shí)，油水分離工藝環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)，報(bào)警聲音提示，預(yù)防應(yīng)急措施啟動(dòng)，對(duì)相應(yīng)環(huán)節(jié)參數(shù)和工藝進(jìn)行調(diào)整，待恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，報(bào)警系統(tǒng)恢復(fù)顯示綠色。

3.2 過程控制

（1）過程控制主要功能：數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)以及報(bào)警系統(tǒng)。通過軟件輸入模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，油水分離參數(shù)信號(hào)格式轉(zhuǎn)化，工藝參數(shù)（壓力、溫度、油水界面）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，PID實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥控制，PI控制器調(diào)節(jié)油水界面高度，PID控制調(diào)節(jié)運(yùn)行壓力［3-5］。

（2）油水分離工藝過程中，出現(xiàn)異常狀況時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行預(yù)警處理，分為報(bào)警上限和報(bào)警下限，報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置紅、黃、綠三種警示燈，一旦油水分離工藝在運(yùn)行過程中出現(xiàn)偏差，報(bào)警系統(tǒng)立即響應(yīng)，根據(jù)報(bào)警信號(hào)以及級(jí)別，應(yīng)急系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，主要是在偏差環(huán)節(jié)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的修正和調(diào)整，穩(wěn)定油水分離工藝安全進(jìn)行，例如：油水分離工藝輸出端壓力出現(xiàn)異常，系統(tǒng)運(yùn)行偏離正常軌道，報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)，并會(huì)快速識(shí)別出錯(cuò)環(huán)節(jié)與位置，系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的判斷和分析，采取相應(yīng)的處理措施：提高閥門開度、加快變頻轉(zhuǎn)速，該套系統(tǒng)的采用有效降低事故的發(fā)生概率，避免相關(guān)設(shè)備損壞，確保油水分離系統(tǒng)正常運(yùn)行工作。

圖2 油水分離工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程控制程序

4 結(jié)語

聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)主要是根據(jù)現(xiàn)場油水分離工作需求來設(shè)計(jì)，目的是維護(hù)油水分離作業(yè)正常運(yùn)行，以及監(jiān)視相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免事故損壞。其一，該系統(tǒng)考慮的工藝參數(shù)繁多，對(duì)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)主要是通過PID調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)；其二，完善的系統(tǒng)功能，使得處理工藝流程界面化、形象而具體；其三，該系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集和格式轉(zhuǎn)化，降低了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率以及工作量，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)繪制的相關(guān)報(bào)表，可以直觀掌握油水分離系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；最后，Device Net網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容易擴(kuò)展，布線較為方便，可實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)網(wǎng)絡(luò)儀器，該系統(tǒng)功能以及性能均適應(yīng)油水分離自動(dòng)化要求。該系統(tǒng)的投入使用，能顯著降低工作量，縮短數(shù)據(jù)處理時(shí)間，而且能實(shí)時(shí)監(jiān)控油水分離各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀況，顯著提高工作效率，維護(hù)油水分離過程的順利進(jìn)行。

［1］任長江.油田聯(lián)合站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2008，（07）：205-209.

［2］ Yang Y，Zhang X， Wang Z. Oilfield produced water treatment with surface-modified fiber ball media filtration［J］.Water Science and Technology，2002，46（12）:165-170.

［3］涂乙，吳萌，管麗，等.注水開發(fā)油田結(jié)垢影響因素的分析與研究［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2010，29（2）：97-99.

［4］官英雙，趙希人，于秀萍.自動(dòng)化控制系統(tǒng)在聯(lián)合站的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2008，28（5）:406-409.

［5］賁艷波.PLC在油水分離控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2013，32（5）:78-79.

彭立（1972-），男，河南信陽市人，工程師，1996年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石化系化學(xué)工程專業(yè)，主要從事海內(nèi)外油氣田地面工程設(shè)計(jì)工作。