陳志剛

（中國石化集團江漢石油管理局職工培訓(xùn)中心，湖北 潛江433121）

1 原油生產(chǎn)中油氣水分離過程及原理

1.1 分離過程

采出原油通過油站計量間進行計量及溫度、壓力、排量監(jiān)測后，經(jīng)輸油管線進入不同的三相分離器進行油、水、氣的分離，分離出的原油進入下一級高壓電脫內(nèi)進行進一步精細脫水。分離出的污水和天然氣由氣管線送入壓氣站，而通過高壓脫水、達到外輸要求（含水低于0.5% ）的原油，由緩沖罐進入5＃、6＃成品油罐，然后通過外輸泵輸入加熱爐加熱，加熱后的原油直輸下一級中轉(zhuǎn)站。

1.2 工作參數(shù)

1）外輸出爐參數(shù)：①溫度≥55℃；②壓力≤2.5 MPa；③含水≤0.5% ；④排量≥25m3。

2）原油參數(shù)：①溫度≥30℃；②壓力≥0.35MPa

3）電脫參數(shù)：①電壓1 800V；②電流13A；③壓力≥2.5MPa。

1.3 油水分離原理

在油田開發(fā)過程中，水幾乎成為原油“永遠的伴生者”，尤其是老油田水的含量更高。原油中的水主要有3種存在形式：一是懸浮水，二是乳化水，三是溶解水。含水原油多為“油包水”型乳化液，即水包在油內(nèi)部形成“水池子”，其顆粒直徑范圍為10～20μm。在原油開采中，原油脫水過程至關(guān)重要。

1.3.1 聚集型油水分離器

波紋板式重力加速聚集型油水分離器，避免了油水分離過程中容易堵塞及材料需要再生的缺點。原油從井口采出后經(jīng)管道進入分離器，分離器進口處設(shè)有圍堰配流裝置，含油廢水在改變流動方向后，產(chǎn)生平穩(wěn)流層，緩慢進入水平布置的波紋板。該波紋板具有親油而不粘油且抗老化的特點，每層波紋板之間的距離根據(jù)含水量多少進行調(diào)整，一般在6～12mm之間，小顆粒的油滴在重力的作用下，只需上升6～12mm即可到達上一層波紋板。當液體流過，油滴被波紋板迅速捕獲時，就會聚集在波紋板上。根據(jù)聚集器的工作原理，小顆粒的油滴逐步聚集成大顆粒的油滴后，便會沿著波紋板移動到聚集器隆起部分的頂部，然后通過直徑為12mm的小孔迅速浮到油水分離器的表面，將水留在分離器的下部，從而使油水分離。

1.3.2 高壓脫水

前一級脫水后的原油中還含有少量的乳化液水，脫去油中乳化液的關(guān)鍵是破乳。在眾多的破乳方法中，電破乳方法能耗低、操作簡單且連續(xù)。將配置好的油水乳化液注入脫水罐中，設(shè)定加熱溫度為60℃，當達到設(shè)定溫度點時，通過變壓器施加電場，并分別在施加電場10 min、15min、20min、25min后取樣，進行含水率測定和分析，從而得出測定結(jié)果（表1）。通過高電場脫水后，原油中的水含量有了很大的下降，并達到脫水目的。被脫出的污水經(jīng)水泵抽往污水處理罐進行處理。

表1 不同階段的含水量

1.4 油氣分離原理

油氣混合物經(jīng)進油管線進入油氣分離器后，噴灑在擋油帽上（散油帽），擴散后的油靠重力，沿管壁下滑到分離器的下部，經(jīng)排油管排出；同時，氣體因密度小而上升，經(jīng)分離傘集中向上改變流動方向，將氣體中的小油滴粘附在傘壁上，聚集后附壁而下，脫油后的氣體經(jīng)分離器頂部出氣管由壓縮機抽往壓氣站。為防止油罐被抽成負壓，在油氣分離器上增設(shè)了反饋補氣裝置，當壓力較低時便利用此裝置進入管線循環(huán)。

2 油、氣、水分離裝置自動控制系統(tǒng)

2.1 自動控制系統(tǒng)的組成

一個完整的自動控制系統(tǒng)，由現(xiàn)場機械設(shè)備、自動控制裝置、信息采集裝置、信息傳輸系統(tǒng)和控制監(jiān)控中心組成（圖1）。

圖1 自動控制系統(tǒng)組成圖

2.2 自動控制系統(tǒng)的功能

1）現(xiàn)場機械設(shè)備。是完成生產(chǎn)設(shè)備的動力設(shè)備，包括壓縮機、電動機、執(zhí)行器（電磁閥）等。

2）信息采集裝置。由傳感器和變送器組成，其功能是將現(xiàn)場的壓力、溫度、液位、流量等模擬信號轉(zhuǎn)變成4～20 mA（或0～10V）的電信號傳給PLC的模擬量塊。

3）自動調(diào)節(jié)裝置。完成對生產(chǎn)過程的自動化控制，由6部分組成：①可編程控制器PLC和PID－生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，由微處理器、存儲器、輸入單元、輸出單元、外設(shè)I／O接口、I／O擴展接口、電源等組成，其功能是利用程序控制機械設(shè)備按一定需求運行；②接觸器－自動控制系統(tǒng)的控制開關(guān)；③變頻器－動力系統(tǒng)的軟啟動、調(diào)速控制元件；④中間繼電器，用于中間過渡；⑤熱繼電器，起過載保護作用；⑥位置開關(guān)、接近開關(guān)－檢測距離、位置的電器。

4）信息傳輸系統(tǒng)。信息傳輸系統(tǒng)的功能是將遠程終端信號傳送到控制、監(jiān)控中心。其傳輸方式有：①有線方式，包括電話線、同軸電纜、雙絞線、光纖等；②無線方式，包括甚高頻VHF、超高頻UHF、微波、衛(wèi)星等。

5）控制、監(jiān)控中心。控制、監(jiān)控中心的功能包括監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)、各種參數(shù)變化、各種事故報警，操控遠程終端單元。控制、監(jiān)控中心由計算機、顯示屏（顯示屏具有觸摸控制功能）組成。

2.3 自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2.3.1 油氣罐介質(zhì)工作要求

油罐內(nèi)有油、氣兩種介質(zhì)，上層為氣體，下層為液體。上層的天然氣由防爆壓縮機抽汲，下層的油則由油泵抽汲。氣體的壓力大小用壓力表和壓力傳感器檢測，油罐內(nèi)油位高低用雷達液位檢測裝置檢測（圖2）。

圖2 混合油罐中的油、氣處理流程圖

罐介質(zhì)工作要求為：

1）當油面達到總液面2／3時，啟動油泵抽下部的油，距罐底0.5米時停抽。

2）當油液面達到總液面3／4時報警，并停止進油。

3）當壓力達到0.5MP時，啟動壓縮機抽氣，到0.1 MP時啟動補氣循環(huán)裝置。

4）當壓力達到0.55MPa時，報警裝置啟動，到0.6 MPa停止進油。

5）通過模擬量來控制各液位高度、組態(tài)王軟件設(shè)計動畫；

6）以上傳感器為4～20mA電流（或0～10V電壓 ）信號。

2.3.2 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及功能

根據(jù)工作要求，采用液位、壓力雙閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（圖3）。內(nèi)環(huán)為副環(huán)（也稱壓力控制環(huán)）；外環(huán)為主環(huán)（也稱液位控制環(huán)）。x1、x2分別是液位和壓力的給定值；e1、e2是經(jīng)反饋信號比較后的凈輸入值；z1、z2分別是液位和壓力的模擬反饋量；q為液位和壓力的操控量；f1、f2分別是液位和壓力的干擾量；y1、y2分別是液位和壓力的輸出量。液位控制器和壓力控制器一般由PLC編程進行自動控制（或PID比例積分微分調(diào)節(jié)器控制）；執(zhí)行器分別是液位和壓力調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)，一般由電動（或氣動）執(zhí)行機構(gòu)來控制閥門開關(guān)量的大??；壓力變送器、溫度變送器分別將壓力信號和液位信號轉(zhuǎn)換成4～20mA（或0～10V）的模擬量信號反饋到輸入端與輸入信號進行比較。

圖3 油、氣的壓力、液位串級控制系統(tǒng)方框圖

2.3.3 自動調(diào)節(jié)過程

1）當液位y1上升時，其調(diào)節(jié)過程為：模擬反饋量z1增加→e1＝x1－z1下降→液位控制器分析輸出調(diào)節(jié)量→執(zhí)行器輸出執(zhí)行量→增大抽油泵轉(zhuǎn)速（變頻器改變電源頻率）→液位下降。

2）當液位y2增加時，其調(diào)節(jié)過程為：模擬反饋量z2增加→e2＝x2－z2下降→壓力控制器分析輸出調(diào)節(jié)量→執(zhí)行器輸出執(zhí)行量→關(guān)小一級、二級補氣閥，增大壓縮機轉(zhuǎn)速→使壓力下降。

無論是壓力的上升還是下降、液位的升高還是降低，該系統(tǒng)都能自動調(diào)節(jié)在給定值處，實現(xiàn)了調(diào)節(jié)過程自動化。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

自動控制系統(tǒng)是將現(xiàn)場采集的信號通過總線傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，由S7－300程序進行分析、運算、判斷輸出執(zhí)行命令；同時，通過計算機顯示各種參數(shù)、報警信號和工作過程動畫，使操作者可直觀地監(jiān)控參數(shù)變化、設(shè)備工作狀態(tài)、物位變化及現(xiàn)場的異常現(xiàn)象并迅速做出處理，從而提高了生產(chǎn)效率，減輕了勞動強度，延長了裝置壽命，更易實現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)范化管理。

3.2 建議

自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用對管理者的能力及系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求。

1）利用自動控制裝置處理油、氣、水分離時，管理人員應(yīng)了解系統(tǒng)的工作過程，操作人員應(yīng)熟悉其工藝流程，而維護人員應(yīng)掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理。為此，相關(guān)部門應(yīng)有針對性地對他們進行系統(tǒng)培訓(xùn)，以提高他們的管理能力、理論水平和操作技能。

2）為防止電網(wǎng)停電而影響系統(tǒng)正常運行，應(yīng)采用雙電源回路供電或備用發(fā)電機發(fā)電。

3）為防止油氣泄漏，一是需安裝油氣泄漏檢測設(shè)備和報警裝置；二是所有的用電設(shè)備應(yīng)采用防爆電器。

4）分離出來的水經(jīng)處理后注入地下，以免造成環(huán)境污染。

［1］龔順鎰.電工電子手冊［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］王阿根.西門子編程實例精選［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［3］阮友德.變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用實訓(xùn)［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［4］孫金瑜.儀表維修工［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.