超聲波濾器系統(tǒng)改造研究與應(yīng)用

高德友，楊樹(shù)敏，李預(yù)賓

（中海油服鉆井事業(yè)部，天津 300452）

1 背景

海洋石油某海上平臺(tái)超聲波濾器系統(tǒng)在過(guò)濾期間經(jīng)常出現(xiàn)濾網(wǎng)顆粒物累積，造成入口出口壓差過(guò)大，從而在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)頻繁進(jìn)行反洗，且反洗排污量大，易造成閉排液位高，對(duì)流程影響較大。

近年來(lái)，由于反洗過(guò)頻，超聲波設(shè)備多次發(fā)生故障，其中最嚴(yán)重一次超聲波接觸器燒毀，對(duì)平臺(tái)安全生產(chǎn)造成極為不利的影響，因此，平臺(tái)對(duì)超聲波系統(tǒng)控制流程改造的需求變得格外迫切。

2 濾器現(xiàn)狀介紹

為過(guò)濾注水，該海上平臺(tái)上有兩套超聲波濾器，兩套過(guò)濾器結(jié)構(gòu)和組成一模一樣，平時(shí)為一用一備，單臺(tái)過(guò)濾器基本結(jié)構(gòu)如圖1。

兩臺(tái)過(guò)濾器命名為濾器A和濾器B。兩臺(tái)濾器分別安裝有311A和311B兩臺(tái)電機(jī)；VA3126A和KVA3126B兩個(gè)入口閥；KVA3127A和KVA3127B兩個(gè)出口閥；KVA3128A和KVA3128B兩個(gè)排污閥；一臺(tái)超聲波發(fā)生器（超聲波1和超聲波2共用）。兩臺(tái)電機(jī)不能同時(shí)啟動(dòng)，超聲波1和超聲波2不能同時(shí)啟動(dòng)。

在手動(dòng)模式下，操作人員可以對(duì)控制面板上的KVA3126A、KVA3126B、KVA3127A、KVA3127B、KVA3128A、KVA3128B閥門開(kāi)關(guān)、超聲波啟/停轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、電機(jī)啟/停按鈕分別進(jìn)行操作，相應(yīng)的設(shè)備動(dòng)作并且指示燈有相應(yīng)的指示。

在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)有三種控制方式：時(shí)間控制、壓差控制和過(guò)頻反洗控制，且壓差控制具有優(yōu)先權(quán)。

在自動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)默認(rèn)濾器A為常用，濾器B為備用。

將電控柜面板的手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至“自動(dòng)”位置進(jìn)入過(guò)濾狀態(tài)時(shí)，KVA3126A、KVA3127A處于開(kāi)狀態(tài)，KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B、KVA3128B處于關(guān)狀態(tài)。濾器A過(guò)濾2小時(shí)或50kPa的壓差到達(dá)后開(kāi)始進(jìn)行水力反清洗5分鐘，此時(shí)，KVA3126A、KVA3127A保持打開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)，KVA3128A打開(kāi)，電機(jī)A啟動(dòng)，濾器A處于在線水力反洗階段；反洗結(jié)束后濾器A進(jìn)入過(guò)濾狀態(tài)，此時(shí)，KVA3126A、KVA3127A處于開(kāi)狀態(tài)，KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B、KVA3128B處于關(guān)狀態(tài)。

如果兩次反洗時(shí)間間隔小于所設(shè)定的反洗間隔時(shí)間，則視為頻繁反沖洗，只有在頻繁反沖洗時(shí)超聲波才投入。濾器A的超聲波投入時(shí)，KVA3126A、KVA3127A、KVA3128A關(guān)閉，電機(jī)A停止工作，超聲波A啟動(dòng)。同時(shí)，B切換上線開(kāi)始過(guò)濾，此時(shí)，KVA3126B、KVA3127B處于開(kāi)狀態(tài)，KVA3128B處于關(guān)狀態(tài)；A超聲波工作30分鐘后停止，同時(shí)，進(jìn)入水力反洗5分鐘，此時(shí)，KVA3127A、KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B處于開(kāi)狀態(tài)，KVA3126A、KVA3128B處于關(guān)狀態(tài)，電機(jī)A工作。水力反洗結(jié)束后濾器A轉(zhuǎn)換下線，轉(zhuǎn)為備用，此時(shí)，KVA3126A、KVA3127A、KVA3128A、KVA3128B處于關(guān)閉狀態(tài)，KVA3126B、KVA3127B處于打開(kāi)狀態(tài)。電機(jī)A停止。濾器B與A雷同。

在自動(dòng)狀態(tài)下，可對(duì)正處于過(guò)濾階段的濾器進(jìn)行在線強(qiáng)制水力反沖洗。只需按下強(qiáng)制反沖洗啟動(dòng)按鈕即可，需要停止時(shí)，按下強(qiáng)制反沖洗停止按鈕。如果用戶按下強(qiáng)制反沖洗啟動(dòng)按鈕后10分鐘沒(méi)有按下強(qiáng)制反沖洗停止按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)停止強(qiáng)制反沖洗。

圖1 超聲波濾器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 情況分析與改造思路

3.1 情況分析

由于濾罐內(nèi)雜質(zhì)的快速積累，出入口之間經(jīng)常出現(xiàn)壓差高的情況，造成系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行的情況下經(jīng)常進(jìn)入過(guò)頻反洗狀態(tài)，而時(shí)間啟動(dòng)模式基本不會(huì)觸發(fā)（也就是說(shuō)，在2小時(shí)內(nèi)，濾罐肯定會(huì)出現(xiàn)高壓差的情況）。超聲波振蕩頻繁啟動(dòng)，流程切換頻繁且突然，中控系統(tǒng)Modbus極不穩(wěn)定，導(dǎo)致操作人員無(wú)法及時(shí)了解系統(tǒng)過(guò)濾及反洗的工況，因此，壓差啟動(dòng)反洗的流程已非常不符合平臺(tái)的實(shí)際生產(chǎn)需要。

3.2 優(yōu)化思路

（1）對(duì)超聲波濾器排污流程進(jìn)行維修，拆除原有手動(dòng)球閥，安裝3寸150LB手動(dòng)截止閥2個(gè)，施工單位提供閥門與相應(yīng)法蘭管線接頭并焊接安裝。

（2）系統(tǒng)反洗啟動(dòng)條件改為單純的時(shí)間啟動(dòng)方式，每?jī)尚r(shí)進(jìn)行一次反洗，反洗的流程與過(guò)頻反洗一致，即當(dāng)A罐啟動(dòng)反洗時(shí)，A罐入口閥、出口閥、排污閥關(guān)閉，電機(jī)保持關(guān)閉狀態(tài)，超聲波啟動(dòng)，同時(shí)，B罐切換至過(guò)濾狀態(tài)，即B罐入口閥、出口閥打開(kāi)，排污閥、電機(jī)、超聲波保持關(guān)閉狀態(tài)；A罐進(jìn)行了30分鐘的超聲波振蕩之后，出口閥、排污閥打開(kāi)，電機(jī)開(kāi)啟，超聲波關(guān)閉，入口閥保持關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，B罐保持過(guò)濾狀態(tài)，清水反洗5分鐘后A罐下線，由B罐繼續(xù)進(jìn)行過(guò)濾工作。B罐流程與前者一致。

圖2 超聲波濾器系統(tǒng)工作流程

（3）在反洗啟動(dòng)后，B罐會(huì)在超聲波振蕩結(jié)束前一分鐘自動(dòng)向中控觸發(fā)脈沖報(bào)警，觸發(fā)信號(hào)為超聲波濾器B反洗信號(hào)，該信號(hào)于超聲波振蕩結(jié)束前60秒閉合，2秒鐘后斷開(kāi)觸發(fā)中控報(bào)警，超聲波振蕩結(jié)束前30秒再次閉合，2秒鐘后信號(hào)跳開(kāi)觸發(fā)中控報(bào)警。中控收到報(bào)警后便可以提醒操作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配合監(jiān)護(hù)工作。A罐和B罐會(huì)在反洗結(jié)束后向中控再次觸發(fā)一次報(bào)警，以提示反洗結(jié)束。

4 改造實(shí)施

針對(duì)改造思路，對(duì)系統(tǒng)控制程序進(jìn)行修改，以實(shí)現(xiàn)控制需要。

（1）當(dāng)A罐過(guò)濾計(jì)時(shí)累計(jì)到120分鐘（當(dāng)C1大于等于變量VW1024內(nèi)設(shè)定120）時(shí)，狀態(tài)位M0.3啟動(dòng)，A罐觸發(fā)反洗流程。

圖3 A罐反洗流程觸發(fā)程序

（2）修改原程序中M0.3的觸發(fā)流程，原程序中M0.3觸發(fā)M8.0，由后者輸出A罐時(shí)間反洗的執(zhí)行信號(hào)，修改后新建變量M13.0，由M13.0觸發(fā)A罐過(guò)頻反洗的執(zhí)行信號(hào)M1.4，并執(zhí)行A罐過(guò)頻反洗流程。

圖4 A罐觸發(fā)流程的變動(dòng)

（3）修改反洗啟動(dòng)狀態(tài)位M0.3復(fù)位條件，由反洗結(jié)束（當(dāng)C2大于等于變量VW1022內(nèi)設(shè)定5時(shí)）時(shí)復(fù)位，修改為超聲波反洗結(jié)束（當(dāng)C4大于等于變量VW1026內(nèi)設(shè)定30時(shí)）時(shí)復(fù)位。其他主要控制流程基本不變。

（4）B罐程序修改和A罐類似，A罐的M0.3對(duì)應(yīng)B罐的M4.6，A罐的M8.0對(duì)應(yīng)B罐的M8.5，A罐的M13.0對(duì)應(yīng)B罐的M13.1，A罐的C1對(duì)應(yīng)B罐的C6，A罐的C2對(duì)應(yīng)B罐的C7，A罐的C4對(duì)應(yīng)B罐的C9，其他主要控制流程基本不變。程序如圖5 Row2所示。

圖5 B罐反洗流程觸發(fā)程序

圖6 B罐觸發(fā)流程的變動(dòng)

（5）B罐超聲波結(jié)束前1分鐘預(yù)警的控制流程，輸出通道為Q4.6（輸出到中控的B反洗信號(hào)）。反洗前60秒反洗輸出信號(hào)置1，反洗前58秒反洗輸出信號(hào)跳開(kāi)置0，觸發(fā)中控系統(tǒng)報(bào)警；反洗前30秒反洗輸出信號(hào)置1，報(bào)警暫時(shí)取消，反洗開(kāi)始前28秒反洗輸出信號(hào)再次跳開(kāi)置0，再次觸發(fā)中控系統(tǒng)報(bào)警；反洗開(kāi)始后反洗輸出信號(hào)置1，報(bào)警信號(hào)取消，系統(tǒng)正式進(jìn)入反洗狀態(tài)。對(duì)應(yīng)程序如圖7所示。

（6）對(duì)Q4.5和Q4.6所在的輸出語(yǔ)句進(jìn)行修改，原程序重復(fù)觸發(fā)這兩個(gè)線圈，為PLC編程的大忌，現(xiàn)對(duì)程序進(jìn)行了歸并和調(diào)整，并增加（5）所述流程。

對(duì)應(yīng)程序如圖8 Row3所示。

圖7 A罐反洗狀態(tài)輸出信號(hào)

圖8 B罐反洗狀態(tài)輸出及報(bào)警信號(hào)

（7）修改原PLC程序中Modbus程序的Error信息存放變量，原先的變量引用的MB11和MB12與流程控制程序中的控制變量M11.0至M11.7、M12.0、M12.1相重疊，為PLC程序的流程帶來(lái)一定隱患，現(xiàn)修改為MB14和MB15。

表1 流程手動(dòng)測(cè)試記錄

5 結(jié)果調(diào)試

程序下裝后，手動(dòng)調(diào)試流程正常。具體調(diào)試過(guò)程如表1所示。

調(diào)試期間，每個(gè)設(shè)備至少啟停兩次，設(shè)備動(dòng)作均正常。

經(jīng)過(guò)一系列聯(lián)調(diào)，自動(dòng)流程可實(shí)現(xiàn)既定要求。具體調(diào)試過(guò)程如表2所示。

表2 流程自動(dòng)測(cè)試記錄

調(diào)試期間，整體流程至少運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)周期（即從步驟1～7為一個(gè)周期），設(shè)備動(dòng)作正常，可以正常實(shí)現(xiàn)過(guò)濾、反洗的運(yùn)行以及A、B罐的切換。

6 結(jié)語(yǔ)

緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，按照改造思路對(duì)系統(tǒng)實(shí)施改造完畢后，對(duì)超聲波濾器進(jìn)行功能調(diào)試、驗(yàn)證，確認(rèn)超聲波自動(dòng)運(yùn)行功能滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝流程使用要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。