彭立 張欣（中國石油工程建設(shè)公司北京設(shè)計分公司，北京 100101）

聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)設(shè)計與性能分析

彭立 張欣（中國石油工程建設(shè)公司北京設(shè)計分公司，北京 100101）

聯(lián)合站的油水分離工藝有電脫水器和游離水脫除器等，主要是通過手工操作完成，整理、記錄數(shù)據(jù)太過龐大，因此，對自動化油水分離系統(tǒng)設(shè)計的研究顯得十分必要，該系統(tǒng)主要由顯示操作程序和過程控制程序兩部分組成，通過編寫程序代碼建立人機互動界面，實時監(jiān)控控制系統(tǒng)運行狀態(tài)，利用SLC500 PLC軟件模塊實現(xiàn)過程控制功能，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作方便，可實現(xiàn)對油水分離工藝整個過程進行監(jiān)控，并根據(jù)運行情況，進行實時調(diào)節(jié)運行參數(shù)，在降低人員工作量的同時，確保油水分離處理工藝安全、穩(wěn)定地運行，顯著提高了工作效率。

工藝流程；軟件編制；網(wǎng)絡(luò)；自動化

0 前言

目前，大部分油田原油已經(jīng)發(fā)展到高含水階段，而油水的分離主要采取的是沉降脫水和復(fù)合電脫水兩種技術(shù)手段。聯(lián)合站的油水分離工藝包括：電脫水器和游離水脫除器等，主要是通過手工操作完成，數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)記錄太過龐大，這種大數(shù)據(jù)量的工作，一旦一個環(huán)節(jié)處理不當就會出現(xiàn)較大差錯。為了提高工作效率，降低數(shù)據(jù)整理、記錄過程中出錯概率，對油水分離自動化系統(tǒng)進行了探索性的設(shè)計，通過對該系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)在人機互動界面上，用更加直觀形象畫面來監(jiān)視處理工藝整個過程，用自動化的控制系統(tǒng)，來維護、調(diào)節(jié)聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)運行參數(shù)，確保油水分離處理工藝的順利進行［1］。

1 油水分離工藝

按照工藝流程劃分，可將油水分離系統(tǒng)分為：①游離態(tài)水脫除區(qū)，②原油加熱區(qū)，③復(fù)合電脫水區(qū)，④凈化油輸出區(qū)等4個部分［1-2］，如圖1 所示。

圖1 油水分離工藝圖

2 油水分離工藝系統(tǒng)總體框架設(shè)計

油水分離工藝核心要求：由總控室自動監(jiān)控各工作區(qū)，通過工作區(qū)來實時監(jiān)控油水分離各個環(huán)節(jié)儀器設(shè)備的運行狀態(tài)，與正常狀態(tài)下的系統(tǒng)運行參數(shù)作對比，及時更新調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理運行參數(shù)，實現(xiàn)對油水分離工藝系統(tǒng)控制的目的。

在該系統(tǒng)中，上位機主要采用工控機，用RockWell Automation的SLC500 PLC來實現(xiàn)下位機的功能，DH+網(wǎng)連接上位機和下位機，組成總線通信。64個Device Net網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，支持I/O和熱插拔，Device Net網(wǎng)絡(luò)節(jié)點容易擴展，布線較為方便，可實現(xiàn)在線維護網(wǎng)絡(luò)儀器。通過SLC500 PLC的輸入、輸出功能，維護電脫水區(qū)、加熱區(qū)的儀器正常運行，Device Ne和FlexIO功能主要是實現(xiàn)對游離水區(qū)工藝運行壓力和油水混合液位調(diào)整。凈化后的原油向外輸出環(huán)節(jié)，利用變頻器自動控制和調(diào)節(jié)輸出油量，監(jiān)控外輸設(shè)備運行狀態(tài)［3］。

3 程序設(shè)計與性能分析

該套控制系統(tǒng)主要由顯示操作程序和過程控制程序兩部分組成。顯示操作程序功能主要通過上位機和人機接口界面來實現(xiàn)，通過上位機編制程序代碼實現(xiàn)顯示控制功能，將運行參數(shù)數(shù)據(jù)自動生成圖表、報告等；通過Panel-Builder軟件編制顯示界面和控制程序，完成油水分離自動化運行過程中顯示操作程序功能，對油水分離處理工藝運行參數(shù)實時監(jiān)控。其中，利用SLC500模塊來實現(xiàn)過程控制功能，主要是隨時采集并記錄油水分離運行參數(shù)，并進行分析和預(yù)處理［3-4］。

3.1 顯示操作

（1）上位機組態(tài)軟件，即：RSView 32TM軟件，提供單位：羅克韋爾軟件公司，編寫程序代碼建立人機互動界面，主要是對油水分離環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，維護工藝正常運行，對油水分離工藝參數(shù)進行采集，將采集的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化為PLC可以處理的格式，觀察并檢視油水運行參數(shù)是否合理，否則，做相關(guān)調(diào)整，在數(shù)據(jù)采集程序中一般會加入濾波程序，主要是為了降低不同干擾源的干擾，降低出錯率。

（2）其他功能模塊。油水分離工藝運行偏差報警系統(tǒng)、人機友好界面監(jiān)視系統(tǒng)以及手自切換調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)等等，此外，還包括對油水分離運行歷史數(shù)據(jù)記錄和歸納、運行參數(shù)圖件報表打印等功能。將處理工藝圖導入Panel-Builder程序中，充當PanelView的背景顯示，可實現(xiàn)工作站與監(jiān)控室畫面一致，有效避免了漢字顯示不靈活或圖形帶來的偏差，更形象、具體、直觀對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和參數(shù)變量控制［4-5］。

（3）在油水分離過程中，工藝參數(shù)包括：液面高度、運行壓力、輸出流量、運行溫度、油水界面以及閥門開度等，主要通過顯示操作程序，來直觀、具體地顯示出來，根據(jù)參數(shù)運行狀況，有針對性地對相關(guān)偏差參數(shù)進行調(diào)整和重新設(shè)置。如在處理過程中出現(xiàn)事故，報警系統(tǒng)會及時拉響，并啟動防范處理預(yù)案程序。報警系統(tǒng)顯示綠色，表示油水分離工藝運行狀態(tài)正常；報警系統(tǒng)顯示紅色時，油水分離工藝環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，報警聲音提示，預(yù)防應(yīng)急措施啟動，對相應(yīng)環(huán)節(jié)參數(shù)和工藝進行調(diào)整，待恢復(fù)正常運行狀態(tài)，報警系統(tǒng)恢復(fù)顯示綠色。

3.2 過程控制

（1）過程控制主要功能：數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)以及報警系統(tǒng)。通過軟件輸入模塊實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集，油水分離參數(shù)信號格式轉(zhuǎn)化，工藝參數(shù)（壓力、溫度、油水界面）進行實時監(jiān)控，PID實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥控制，PI控制器調(diào)節(jié)油水界面高度，PID控制調(diào)節(jié)運行壓力［3-5］。

（2）油水分離工藝過程中，出現(xiàn)異常狀況時，報警系統(tǒng)會自動進行預(yù)警處理，分為報警上限和報警下限，報警系統(tǒng)設(shè)置紅、黃、綠三種警示燈，一旦油水分離工藝在運行過程中出現(xiàn)偏差，報警系統(tǒng)立即響應(yīng)，根據(jù)報警信號以及級別，應(yīng)急系統(tǒng)及時進行相應(yīng)調(diào)整，主要是在偏差環(huán)節(jié)進行運行參數(shù)數(shù)據(jù)的修正和調(diào)整，穩(wěn)定油水分離工藝安全進行，例如：油水分離工藝輸出端壓力出現(xiàn)異常，系統(tǒng)運行偏離正常軌道，報警系統(tǒng)及時響應(yīng)，并會快速識別出錯環(huán)節(jié)與位置，系統(tǒng)進行運行參數(shù)的判斷和分析，采取相應(yīng)的處理措施：提高閥門開度、加快變頻轉(zhuǎn)速，該套系統(tǒng)的采用有效降低事故的發(fā)生概率，避免相關(guān)設(shè)備損壞，確保油水分離系統(tǒng)正常運行工作。

圖2 油水分離工藝系統(tǒng)設(shè)計過程控制程序

4 結(jié)語

聯(lián)合站油水分離系統(tǒng)主要是根據(jù)現(xiàn)場油水分離工作需求來設(shè)計，目的是維護油水分離作業(yè)正常運行，以及監(jiān)視相關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)，避免事故損壞。其一，該系統(tǒng)考慮的工藝參數(shù)繁多，對運行參數(shù)的調(diào)節(jié)主要是通過PID調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)；其二，完善的系統(tǒng)功能，使得處理工藝流程界面化、形象而具體；其三，該系統(tǒng)對運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時采集和格式轉(zhuǎn)化，降低了數(shù)據(jù)出錯率以及工作量，根據(jù)運行參數(shù)數(shù)據(jù)繪制的相關(guān)報表，可以直觀掌握油水分離系統(tǒng)運行狀態(tài)；最后，Device Net網(wǎng)絡(luò)節(jié)點容易擴展，布線較為方便，可實現(xiàn)在線維護網(wǎng)絡(luò)儀器，該系統(tǒng)功能以及性能均適應(yīng)油水分離自動化要求。該系統(tǒng)的投入使用，能顯著降低工作量，縮短數(shù)據(jù)處理時間，而且能實時監(jiān)控油水分離各個環(huán)節(jié)設(shè)備的運行狀況，顯著提高工作效率，維護油水分離過程的順利進行。

［1］任長江.油田聯(lián)合站控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2008，（07）：205-209.

［2］ Yang Y，Zhang X， Wang Z. Oilfield produced water treatment with surface-modified fiber ball media filtration［J］.Water Science and Technology，2002，46（12）:165-170.

［3］涂乙，吳萌，管麗，等.注水開發(fā)油田結(jié)垢影響因素的分析與研究［J］.油氣儲運，2010，29（2）：97-99.

［4］官英雙，趙希人，于秀萍.自動化控制系統(tǒng)在聯(lián)合站的應(yīng)用［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2008，28（5）:406-409.

［5］賁艷波.PLC在油水分離控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2013，32（5）:78-79.

彭立（1972-），男，河南信陽市人，工程師，1996年畢業(yè)于大慶石油學院石化系化學工程專業(yè)，主要從事海內(nèi)外油氣田地面工程設(shè)計工作。