張　華　張　茜

（1.山東濰坊凱特工業(yè)控制系統(tǒng)工程有限公司，山東濰坊 261021；2.中石化管道儲運有限公司濰坊輸油處，山東濰坊 261021）

PID調節(jié)在原油長輸管線上的應用

張華1張茜2

（1.山東濰坊凱特工業(yè)控制系統(tǒng)工程有限公司，山東濰坊 261021；2.中石化管道儲運有限公司濰坊輸油處，山東濰坊 261021）

21世紀，隨著社會與經(jīng)濟的發(fā)展。我國原油的需求日益增加，國家建設了大批的商業(yè)儲備庫及國家儲備庫，中石油和中石化也建設了大量的原油長輸管線，將原油輸送到全國各地的煉油廠等化工企業(yè)。因此，對原油儲運經(jīng)濟效益的要求也越來越高，高效的原油管線輸送愈受重視。自動化技術的應用為高效的原油輸送帶來了良好的解決方案。

油氣儲運 原油長輸管線 PID調節(jié) 閉環(huán)控制

如今，自動化技術已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的一部分。石油和天然氣的儲存和運輸簡稱油氣儲運。主要指合格的原油、天然氣及其它產(chǎn)品，從油氣田的油庫、轉運碼頭或外輸首站，通過長距離油氣輸送管線、油罐列車或油輪等輸送到煉油廠、石油化工廠等用戶的過程。自動化技術的應用為油氣儲運管理帶來便捷的同時，還可實現(xiàn)成本的有效控制，同時在提高利用率和輸送率上也有重要意義。PID調節(jié)就是自動化技術的重要應用。本文主要介紹PID調節(jié)在原油長輸管線上的應用。

PID是英文單詞比例（Proportion），積分（Integral），微分（Differential coefficient）的縮寫。PID調節(jié)實際上是由比例、積分、微分三種調節(jié)方式組成，它們各自的作用不再贅述。

1　概述

作為經(jīng)典的控制理論，PID仍然是當今工控行業(yè)的主導控制方式，無論復雜、簡單的控制任務，PID控制都能取得滿意的控制效果，前提是PID參數(shù)必須選擇合適。通過適當給定PID參數(shù)，大多數(shù)的控制任務都可以完成。PID控制器是根據(jù)PID控制原理對整個控制系統(tǒng)進行偏差調節(jié)，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預定值一致。在原油的輸送過程中，對于原油的溫度、壓力、流量等工藝變量常常要求維持在一定的數(shù)值上，以提高原油輸送效率。

在原油長輸管線上，為了增加輸送量，需要增加輸油站的出站壓力，但是又要保證管線安全，防止壓力太大，需要輸油站的出站壓力在一個安全值以下。通過PID的調節(jié)功能，控制輸油泵電機的轉速，調節(jié)輸油泵出口壓力在一定范圍內，即保證了輸油管線的安全，又提高了原油輸送量。同時也要保證輸油泵入口（即喂油泵出口壓力）達到一定值，不至于輸油泵入口變成負壓另外。通過PID的調節(jié)功能，控制喂油泵電機的轉速，調節(jié)喂油泵出口壓力在一定范圍內，保證輸油泵安全穩(wěn)定運行。原油的組份非常復雜，其中石蠟對原油的輸送非常不利，當原油溫度降低時，石蠟的溶解度降低，蠟結晶將會析出并沉積在管壁上，從而減小管道有效過流面積，增大摩阻，所以合理的控制原油溫度也是提高原油輸送率的有效方法。可以通過PID的調節(jié)功能調節(jié)加熱爐的煤油流量，使加熱爐出口的原油溫度在一定范圍內。有時為了完成生產(chǎn)任務，輸油站出站的原油流量也會成為PID調節(jié)的參數(shù)。在實際輸油生產(chǎn)中，很多時候是多個PID調節(jié)回路共同作用，采用低選或高選的方式控制輸出。本文就以輸油泵出口壓力（出站壓力）和進流量需要共同調節(jié)時，采用低選，控制輸油泵電機轉速，調節(jié)出站壓力和進站為例，介紹一下PID的應用。希望為PID的應用提供幫助。

2　PID調節(jié)在原油長輸管線的具體應用

2.1輸油工藝及控制要求

吳起-定邊油房莊輸油管線首起吳起縣新寨鄉(xiāng)姚寺村吳起輸油首站，終至定邊縣磚井鎮(zhèn)閆塘村油房莊生產(chǎn)運行庫，管線沿線設有4座RTU控制閥室，1座高點信號采集點，無中間站。管道長度約83.42km，吳起輸油首站至1#閥室設計壓力8.0 MPa，管線壁厚7.1mm，1#閥室至油房莊輸油末站設計壓力6.3MPa，管線壁厚6.4mm（大河溝跨越段設計壓力8.0MPa）。吳起輸油首站建有變頻喂油泵3臺，變頻輸油泵2臺（P1～P2），每臺泵出口配壓力變送器（PT201～PT202），進站設有流量計3臺（FT101～FT103），出站設有流量計2臺（FT201～FT202）、出站壓力變送器（PT203）、溫度變送器等。

2.2控制要求

喂油泵控制:PID自動調節(jié)時，通過調節(jié)喂油泵變頻器的輸出轉速，將輸油泵進口匯管壓力（PT101）控制在0.3-0.67MPa范圍內；

輸油泵控制:采用一個低選控制器對變頻器的輸出轉速進行調節(jié)控制，被比選的控制信號共有2路:（1）出站壓力控制信號（輸油泵出口匯管壓力）（PT203），（2）鐵三聯(lián)、吳一聯(lián)（吳二聯(lián)）、劉坪輸油站三者來油流量之和（FT101+FT102+FT103）做為任務外輸量的流量調節(jié)信號或人工給定任務外輸量的流量調節(jié)信號，兩者可相互切換。

2.3系統(tǒng)配置

吳起輸油首站站控系統(tǒng)配置2臺DELL工作站和一套美國羅克韋爾自動化公司的AB ControlLogix 系列PLC，CPU 采用LOGIX5573。組態(tài)軟件為施奈德電氣旗下的CITECT SCADA 7.1。

2.4PID雙回路調節(jié)示意圖（圖1）

2.5輸油泵的正常生產(chǎn)保護調節(jié)

本站輸油泵的正常生產(chǎn)保護調節(jié)采用低選控制器，對變頻器的輸出轉速進行調節(jié)控制，被比選的控制信號共有2路，分別如下:

PID1，為PID閉環(huán)調節(jié)的出站壓力控制信號PT203（反作用），出站壓力＜6.45MPa。

PID2，兩種情況:

（1）人工給定任務外輸量的流量調節(jié)信號FIT201（正作用）。該任務外輸量是由站控操作站或控制中心根據(jù)實際生產(chǎn)需求人工設定的，并以外輸流量計FT201、FT202之和作為該PID調節(jié)的反饋值，進行閉環(huán)調節(jié)控制，流量設定范圍是:50～700m3/h；

（2）吳一聯(lián)（吳二聯(lián)）、劉坪輸油站、鐵三聯(lián)來油流量之和（FT101+ FT102+FT103）做為任務外輸量的流量調節(jié)信號給FIT201（正作用），并以外輸流量計FT201、FT202之和作為該PID調節(jié)的反饋值，進行閉環(huán)調節(jié)控制。兩者可相互切換。

2.6PID參數(shù)整定任意多回路的PID調節(jié)都是遵守先易后難的順序，先調單回路，再調多回路。在調試之前應首先確認是正作用PID調節(jié)還是反作用PID調節(jié)在PID的調試過程中，我們應注意以下步驟:

（1）關閉I和D，也就是設為0.加大P，使其產(chǎn)生振蕩；

（2）減小P，找到臨界振蕩點；

（3）加大I，使其達到目標值；

（4）重新上電看超調、振蕩和穩(wěn)定時間是否吻合要求；

（5）針對超調和振蕩的情況適當?shù)脑黾右恍┪⒎猪棧?/p>

（6）注意所有調試均應在最大爭載的情況下調試，這樣才能保證調試完的結果可以在全工作范圍內均有效；

在本應用中，先調節(jié)PID1，確定參數(shù)的順序為P，I，D；再調節(jié)PID2，確定參數(shù)P，I，D。

3　結語

本文通過一個長輸管線的PID應用實例，介紹了PID調節(jié)控制給實際生產(chǎn)帶來的便利。對于先進的控制系統(tǒng)，設備、控制技術、操作人員都是非常重要不可忽視的因素。要實現(xiàn)自動化系統(tǒng)給生產(chǎn)帶來的長期經(jīng)濟效益，對設備的定期保養(yǎng)與維護必不可少，值班人員的及時準確地判斷與處理也是自控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的保障。因此，對設備的定期和不定期的維護保養(yǎng)，以及對值班人員的嚴格管理，才能確保自控系統(tǒng)的安全并順利運行。

［1］關中原《.我國油氣儲運相關技術研究新進展》.2011-06-02.

［2］王麗，劉麗霞，陶勇僌，楊春玲，管軍《.油氣儲運工程項目后評價指標體系及方法》 2012-10-08.

［3］樊國平《.智能PID控制系統(tǒng)的設計與研究》.2005-05-01.