基于PLC的海洋平臺核桃殼濾器控制系統①

劉志芳 張家珍 劉志強

(1.海洋石油工程股份有限公司；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司)

基于PLC的海洋平臺核桃殼濾器控制系統①

劉志芳1張家珍1劉志強2

(1.海洋石油工程股份有限公司；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司)

基于S7-300 PLC系統，設計實現了海洋石油平臺中后期污水處理3臺核桃殼濾器“兩用一備”的控制方案，滿足了海洋平臺污水處理的需求。

PLC 海洋平臺 核桃殼濾器 自動控制

我國海洋石油大多采用注水開采，隨著大部分海上油田開采進入中后期，采出油液的含水率高達90%左右，含油污水越來越多，因此污水處理也成了海洋石油生產過程中的重點與難點[1]。核桃殼濾器用經過特殊處理的核桃殼作為過濾介質，其表面粗糙且面積大、吸附能力強、去油率高、耐酸堿且容易再生，因而在海洋石油平臺污水處理系統中被廣泛應用。

隨著海洋石油平臺中后期污水處理量的增大，為實現多臺核桃殼濾器的聯控功能，筆者基于S7-300 PLC，設計實現了某海洋平臺3臺核桃殼濾器“兩用一備”的控制方案。

1 核桃殼濾器工藝流程

核桃殼濾器是利用經過特殊處理的野生核桃殼的多孔和大表面積，將污水中的懸浮物和油珠攔截在濾料層表面或吸附在濾料表面，運行至濾料飽和出水水質惡化時，停止進水進行反洗，使濾料恢復原有特性，由反洗水將截留物帶走，最終實現過濾油和機械雜質的目的。因此，核桃殼濾器工藝流程一般包括3個程序：過濾、反洗和正洗。

過濾。用過濾介質截留水中所含的懸浮顆粒，以獲得低濁度的水。隨著過濾的進行，被濾出的懸浮物在濾料濾層中堆積，濾層的水流阻力逐漸增大，當濾層運行水頭損失達到一定數值時，濾池就要停止運行，進入反洗流程。

反洗。為了清除過濾過程中積聚于過濾層中的污物，恢復過濾層的截污能力，在反洗時，濾層在反洗水的作用下充分松動，因而會發生濾料顆粒間的相互碰撞和摩擦，使包覆在濾料周圍的污物脫落，并被水流帶走，使濾層重新恢復正常的截污能力。核桃殼濾器反沖洗頻度和時間不足導致核桃殼濾器超負荷運轉、篩管被粘附污油的濾料堵塞、濾料層填充不符合技術要求等因素是導致核桃殼濾器運行效果不佳的主要原因。

正洗。正洗的目的是將積累在濾層中的污物清洗干凈，保證過濾時的出水質量。核桃殼濾料藥劑再生的適宜周期為5～10天，藥劑再生周期內濾料的水力反洗周期不宜超過二十四小時；廢棄的污染核桃殼濾料經適量的藥劑清洗再生，其過濾性能基本能夠恢復，使用壽命將大幅延長。

2 硬件系統

筆者設計的海洋平臺核桃殼濾器控制系統為“兩用一備”方案，即兩臺過濾一臺反洗，流程之間的轉換由時間和壓差控制。核桃殼濾器控制系統硬件組成主要包括：觸摸屏、S7-300 PLC、攪拌機、反洗泵、氣動蝶閥、差壓變送器、流量變送器及調節閥等。

S7-300 PLC具有模塊化結構、易于實現分布式配置、性價比高、電磁兼容性強、現場抗干擾能力強及安裝維護方便等特點[2]，完全可以滿足海洋石油平臺污水處理系統的要求。筆者設計的海洋平臺核桃殼濾器控制系統的S7-300 PLC硬件配置見表1，網絡配置結構如圖1所示。

表1 S7-300 PLC硬件配置

圖1 S7-300 PLC網絡配置結構

3 核桃殼濾器的控制邏輯設計

基于PLC的海洋平臺核桃殼濾器控制系統共由3臺核桃殼濾器組成，實現“兩用一備”的污水處理方式，每臺核桃殼濾器都有手動控制和自動控制兩種模式。手動控制由操作人員撥動面板上相應的KV閥開關、攪拌器開關和油泵電機開關，對相應濾器的KV閥、攪拌器和油泵電機進行控制，并通過指示燈和報警燈觀察其運行狀態，實現系統工藝控制；自動控制當LCP操作面板四位選擇開關位于“自動”時，系統進入自動控制狀態。控制面板觸摸屏的主界面如圖2所示。

圖2 控制面板觸摸屏主界面

本系統為“兩用一備”(熱備)控制。自動控制下，流程之間的轉換由時間和壓差控制，時間控制為過濾流程二十四小時后反洗，時間可調。壓差控制為壓差到達150kPa時，立刻進行反洗。每次只允許一臺過濾器進行反洗流程，反洗流程結束75min后才允許另一臺濾器進行反洗。反洗原則為先到先洗。以A和C核桃殼濾器過濾、B核桃殼濾器反洗為例的“兩用一備”控制流程如圖3所示。

圖3 “兩用一備”控制流程

單臺核桃殼濾器過濾(圖4)時，相應的KV-3051、3056閥打開，其余KV閥門關閉，污水進入核桃殼內，進入污油系統的KV-3054每兩個小時打開5min，整個過程持續二十四小時后，系統進入反洗流程。

圖4 單機過濾工作流程

單臺核桃殼濾器反洗設計(圖5)時，先攪拌10min，之后相應的KV-3052、3053閥打開，攪拌機、油泵和反洗泵開，其余KV閥門關閉，反洗15min，隨后進入正洗，KV-3051、3055和反洗泵開，其余全關閉，正洗3min后，所有開關關閉，靜置2min后，等待進入過濾流程。

圖5 單機反洗工作流程

4 結束語

在海洋石油平臺中后期污水處理中，基于S7-300 PLC設計實現的3臺核桃殼濾器“兩用一備”控制方案，既實現了污水處理橇塊的集中控制，又節省了高額的設備維修費，并且在污水處理量很大的情況下未擴大設備占用空間，同時減輕了操作人員的工作量，經濟效益顯著。

[1] 《海洋石油工程設計指南》編委會.海洋石油工程設計概念與工藝設計[M].北京:石油工業出版社,2008.

[2] 李剛,李輝.基于PLC的污水處理自動控制系統設計[J].石油化工自動化,2016,52(6):69～70.

PLC-basedControlSystemforWalnutShellFilteronOffshorePlatform

LIU Zhi-fang1, ZHANG Jia-zhen1, LIU Zhi-qiang2

(1.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.; 2.TianjinBranchCo.,CNOOCChinaLimited)

Based on S7-300 PLC, the control scheme of “two-use and one for standby” was designed for three walnut shell filters in the sewage treatment as required.

PLC, offshore platform,walnut shell filter, auto-control

劉志芳(1976-)，工程師，從事海洋石油工程中的電儀控設計工作，liuzhif@mail.cooec.com.cn。

TH862

B

1000-3932(2017)06-0531-03

2017-02-17，

2017-03-21)