王智超 王全治

(1.長(zhǎng)江大學(xué)電信學(xué)院 湖北荊州) (2.青海油田采油一廠 青?；ㄍ翜?

油田污水處理加藥測(cè)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

王智超1王全治2

(1.長(zhǎng)江大學(xué)電信學(xué)院 湖北荊州) (2.青海油田采油一廠 青?；ㄍ翜?

文章介紹了基于物理化學(xué)法的油田污水處理工藝流程,論述了工業(yè)控制中的均流控制,提出了三段式的磁滯回線的流體均流控制方法,并提出了基于PPM比值控制的污水加藥控制方法及控制系統(tǒng)。

油田污水處理;磁滯回線;比值控制

0 引 言

隨著油田注水開(kāi)采石油的采用,油田污水的大量產(chǎn)生,污水處理的問(wèn)題也變得更加重要。目前油田污水處理的技術(shù)方法大致有以下幾種:物理處理法,重點(diǎn)是去除廢水中的礦物質(zhì)和大部分固體懸浮物、油類(lèi)等,包括重力分離、離心分離、過(guò)濾、粗?；?、膜分離和蒸發(fā)等方法;化學(xué)法,主要用于處理廢水中不能單獨(dú)用物理法或生物法去除的一部分膠體和溶解性物質(zhì),特別是含油廢水中的乳化油,包括混凝沉淀、化學(xué)轉(zhuǎn)化和中和法;物理化學(xué)法,通常包括氣浮法和吸附法兩種;另外還有生物法,是利用微生物的生化作用,將復(fù)雜的有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的物質(zhì),將有毒的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì),從而使廢水得以凈化[1、2]。

1 污水處理工藝流程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的污水處理方法是物理化學(xué)法,通過(guò)向污水中加入化學(xué)藥品,再通過(guò)分離的方法將產(chǎn)生的絮狀物除去。由于油田污水的成份比較特別,加入的藥藥劑量必須根據(jù)當(dāng)前污水來(lái)水量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,所以就必須設(shè)計(jì)自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)加藥量的準(zhǔn)確性。

污水處理工藝流程如圖1所示。

如圖1所示,污水經(jīng)輸送管道進(jìn)入調(diào)儲(chǔ)罐進(jìn)行一次沉降,經(jīng)提升泵作用將調(diào)儲(chǔ)罐中的污水送至預(yù)反應(yīng)器,同時(shí)加藥泵將污水處理藥劑加入預(yù)反應(yīng)器中,在預(yù)反應(yīng)器中短暫的停留后直接進(jìn)入旋流分離器中進(jìn)行充分反應(yīng),在離心力的作用下,污水與藥劑充分接觸反應(yīng),產(chǎn)生絮狀物。反應(yīng)后的水以旋流形式上走,產(chǎn)生的絮狀物因相互吸附而沉淀,形成污泥,通過(guò)排污閥定時(shí)開(kāi)關(guān)將污泥排到污泥池中,同時(shí)處理出水分離器上部管道口輸送到清水儲(chǔ)罐。

圖1 污水處理工藝流程圖

2 預(yù)反應(yīng)器入口污水流量控制

要保證加藥系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理效果良好,首先要控制的是進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器的污水流量的穩(wěn)定。同時(shí)還要考慮到每天進(jìn)入調(diào)儲(chǔ)罐的污水量并非固定,因此在控制污水流量的穩(wěn)定的同時(shí)還要考慮調(diào)儲(chǔ)罐的液位,根據(jù)調(diào)儲(chǔ)罐的液位值來(lái)控制提升泵出口流量,即預(yù)反應(yīng)器入口污水流量。提升泵控制原理方框圖如圖2所示。

圖2 提升泵出水控制方框圖

如果過(guò)采取將液位直接分為三段來(lái)對(duì)應(yīng)三個(gè)檔位,將會(huì)出現(xiàn)如下情況:當(dāng)液位處于段分割點(diǎn)時(shí),由于控制檔位也處于臨界點(diǎn),系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài),將出現(xiàn)檔位來(lái)回跳動(dòng)的情況,不能滿足來(lái)水一定時(shí)間內(nèi)基本穩(wěn)定的要求。更合理的控制方法是采用磁滯回線的處理方法,在控制中加入了當(dāng)前控制檔位這個(gè)控制量。提升泵出口流量控制法的磁滯回線圖如圖3所示。

圖3 提升泵出口流量控制法的磁滯回線圖

圖3中箭頭向右的線為液位上升時(shí)的控制線,箭頭向左的線為液位下降時(shí)的控制線。圖中包含了三段磁滯回線,分別對(duì)應(yīng)低頻,中頻,高頻三段。為停泵液位線,當(dāng)液位低于此值時(shí)提升泵停止工作。例如當(dāng)前提升泵工作在低頻檔,當(dāng)液位上升至?xí)r,提升泵轉(zhuǎn)入中頻段;當(dāng)提升泵工作于中頻段時(shí),液位下降至?xí)r,提升泵并不轉(zhuǎn)如低頻段,而是等到液位下降到低于時(shí)才轉(zhuǎn)入低頻段。這種控制方法同簡(jiǎn)單的三段式分段相比較,如果出現(xiàn)液位在附近來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí),不會(huì)出現(xiàn)在低頻和高頻之間來(lái)回跳動(dòng),保證了提升泵出口在一定時(shí)間內(nèi)的基本穩(wěn)定。同樣中頻,高頻也采取此方法,確保了預(yù)處理器入口污水量的穩(wěn)定,保證了加藥控制系統(tǒng)的處理效果。

3 化學(xué)藥劑加藥量控制

在來(lái)水穩(wěn)定的保證下,整個(gè)工藝流程中最重要的部分即加藥量的控制才能得以實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中采用的加藥量的控制算法是基于PPM的比值控制法[3]。PPM的計(jì)算公式為:

公式中的兩個(gè)流量同為瞬時(shí)流量,上下兩個(gè)流量的單位相同,PPM的單位為mg/L(毫克/升)。當(dāng)藥劑濃度確定時(shí),通過(guò)設(shè)定PPM值就能計(jì)算出當(dāng)前提升泵出口流量所需的加藥量。在計(jì)算出當(dāng)前所需的加藥量后,采取PI調(diào)節(jié)器[4],把當(dāng)前加藥泵出口流量作為反饋量進(jìn)行一階閉環(huán)反饋控制。選取合適參數(shù)后,使得系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度和準(zhǔn)確性都能滿足工藝要求,這樣就達(dá)到了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥的設(shè)計(jì)目的。

加藥控制系統(tǒng)方框圖如4所示。

圖4 加藥控制系統(tǒng)方框圖

圖4中的比值控制器的參數(shù)為PPM計(jì)算公式中的三個(gè)變量,PPM設(shè)定值和濃度設(shè)定值通過(guò)人機(jī)界面輸入,提升泵出口來(lái)水流量通過(guò)電磁流量計(jì)來(lái)檢測(cè)。對(duì)于不同的藥劑,PPM設(shè)定值和濃度設(shè)定值都不相同,因此三個(gè)控制器的輸出量也各不相同。

4 結(jié) 論

油田污水處理加藥測(cè)控系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)主要包括兩個(gè)部分,用于人機(jī)交互的上位機(jī)和基于集成電路板的下位機(jī)。集成電路板包括了模擬量輸入輸出電路,開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路和串口通信電路三部分,上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信采用RS232格式,完成控制命令的傳輸,信號(hào)采集的返回等功能。

該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于青海油田采油一廠聯(lián)合站和采油三廠聯(lián)合站,并取得了良好的運(yùn)行效果,預(yù)反應(yīng)器入口污水流量與加藥量均滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)要求,確保了污水處理效果的達(dá)標(biāo)。

[1] 沈 琛.油田污水處理工藝技術(shù)新進(jìn)展[M].北京:中國(guó)石化出版社,2008

[2] 張 翼,林玉娟,范洪富,等.石油石化工業(yè)污水分析與處理[M].北京:石油工業(yè)出版社,2006

[3] 邵裕森.過(guò)程控制及儀表[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2000

[4] 方康玲.過(guò)程控制系統(tǒng)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2002

Wang Zhichao and Wang Quanzhi.Design of test-control method for adding medicine in oilfield sewage disposal.PI,2010,24(3):49～50

This introduces the process of oilfield sewage disposal based on physicochemical method,describes the flow balance control in the industrial control,proposes fluid flow balance control by three-segment hysteresis loop,and puts forward the control method of adding medicine in sewage based on ratio control by PPM.

oilfield sewage disposal;hysteresis loop;ratio control

TE99

B

1004-9134(2010)03-0049-02

王智超,男,1984年生,長(zhǎng)江大學(xué)電信學(xué)院在讀碩士研究生,研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理。郵編:434023

2009-10-20 編輯:梁保江)

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