陳 漪

（中國石油青海油田通信公司，敦煌 736202）

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智能控制在集輸加藥系統(tǒng)中的應用

陳 漪

（中國石油青海油田通信公司，敦煌 736202）

摘 要：原油集輸系統(tǒng)是油田各區(qū)域單井的油氣進入聯(lián)合站前進行油氣初步處理的地方，屬于生產(chǎn)環(huán)節(jié)中較為重要的部分。其油氣處理過程中的各項參數(shù)是否科學，運營費用是否合理，對總的生產(chǎn)成本有著重要影響。目前，國內(nèi)油田集輸加藥工作基本都由人工給計量泵設置固定值來完成，加藥量只能籠統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗判斷，無法動態(tài)跟蹤原油流量，一些重要參數(shù)也無法進行實時監(jiān)控。為改造目前加藥精度無法控制，技術(shù)參數(shù)無法監(jiān)控的落后作業(yè)方式，本文提出了原油集輸智能加藥數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：油田集輸 智能控制 可視化界面 遠程監(jiān)控

原油脫水是石油生產(chǎn)流程中的重要任務。聯(lián)合站油區(qū)的平穩(wěn)運行，受破乳劑的加入量和加入平穩(wěn)程度等多種因素影響，而合理的加藥是保障正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。因此，利用科學方法研究開發(fā)出智能化的設計軟件，對集輸站各項運行參數(shù)及加藥計量參數(shù)進行精確調(diào)整，是當前油田企業(yè)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，也是石油工業(yè)管理走向科學化的客觀要求。

1 智能控制加藥系統(tǒng)需求分析

長期以來，油田在設計措施及措施對比時，通常采用人工方式；在制定地面工程規(guī)劃方案時，分工協(xié)作。各種設備和運行參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗、手工計算，通過在職工人手工進行調(diào)整，工作量較大，且精度難以考究，很難達到節(jié)能降耗的目的。因此，按照實際生產(chǎn)需求開發(fā)出智能化的控制軟件，減輕人員的工作量，提高工作效率，實現(xiàn)集輸系統(tǒng)的科學化與智能化，達到整體工作的最優(yōu)化是當前的形勢所需。

1.1 加藥現(xiàn)狀分析

目前的加藥，首先需要根據(jù)輸油流量大小向輸油管加入破乳劑，由人工給計量泵設置固定值。流程中，需要人力將藥桶移至提升泵接頭處，打開桶蓋，將皮管放入藥桶中，每天固定時間通過提升泵將藥吸入混合箱內(nèi)，根據(jù)經(jīng)驗按照相應比例加水，通過攪拌器將溶液混合打入油閥組匯管，對油水分離起破乳作用。

從以上流程可知，該加藥系統(tǒng)較為原始，工作量繁復，存在諸多缺點。

（1）加藥過程只能通過人為經(jīng)驗進行判斷，易造成成本浪費；

（2）所加的破乳劑為高閃點易燃液體，敞開的溶液箱易通過攪拌器將混合液揮發(fā)，對人體造成危害。

（3）提升泵吸藥過程中，當?shù)撞坑嗨幬怀鰰r，如果不人工抬動藥桶至加藥間進行傾倒，將造成浪費；

（4）勞動強度大，運行參數(shù)、泵運行情況需要崗位工人24小時值守，無法進行監(jiān)控及協(xié)調(diào)控制。

1.2 業(yè)務需求分析

為解決耗能、耗人力的傳統(tǒng)加藥方法，在總結(jié)油田系統(tǒng)改造經(jīng)驗基礎上，提出“智能界面控制原油集輸系統(tǒng)”項目研究。

1.3 系統(tǒng)總體方案

本文研究的原油集輸自動加藥數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)上位機和下位機通過串口進行通訊，下位機選用可編程控制器進行數(shù)據(jù)采集，通過控制變頻器來對加藥電機的加藥量進行調(diào)整。上位機運用Borland C++ Builder6軟件設計監(jiān)控界面，數(shù)據(jù)庫采用Oracle進行存儲和管理。

2 加藥系統(tǒng)智能化設計

在生產(chǎn)流程中設計的智能控制系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成。一是上位機，即人可以直接發(fā)出操控命令的計算機，通過相關(guān)程序，實現(xiàn)屏幕上顯示各種信號（液壓、水位、溫度等）變化；另一部位為下位機，即直接控制設備獲取設備狀況的PC，一般是單片機、PLC（program logic controller）等。

2.1 上位機系統(tǒng)

本系統(tǒng)設計上位機編程語言為Borland C++Builder 6.0。它采用具世界領(lǐng)先水平的Borland C++編譯器，具有強大的數(shù)據(jù)庫應用程序開發(fā)功能，可開發(fā)出高效和可獨立執(zhí)行的程序[1]。圖2為設計的上位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖。

圖2 上位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖

上位機系統(tǒng)通過C++ builder編程完成，在整個上位機系統(tǒng)中分為前臺進程與后臺進程。后臺進程負責與PLC通訊及對數(shù)據(jù)庫的操作，把PLC傳來的數(shù)據(jù)保存在Oracle數(shù)據(jù)庫中，并定期進行歸檔，同時把上位機設定的控制參數(shù)傳給PLC。前臺進程作為主進程，從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)實時顯示生產(chǎn)過程中的這些參數(shù)，動態(tài)顯示給使用者，從而使使用者可及時、準確地掌握現(xiàn)場的生產(chǎn)情況[2]。

2.2 程序界面設計

程序界面分為系統(tǒng)框圖主界面、集輸流程控制界面、報表、參數(shù)、報警等分頁。

2.2.1 主頁面的實現(xiàn)過程

主頁面為程序啟動后默認顯示的頁面，是用來介紹程序的名稱的初始化界面，以幫助用戶了解程序設計者和設計時間。

圖3 主頁面界面圖

主監(jiān)控頁面主要實現(xiàn)的是顯示集輸站流程，并且能通過下位機串口通訊實時顯示壓力、流量、溫度等參數(shù)值及加藥泵的工作狀態(tài)，包括各個加藥泵的工作電壓、電流、頻率等。

2.2.3 報表顯示界面設計

報表頁面主要是將集輸站管道流量、壓力等參數(shù)，通過Oracle數(shù)據(jù)庫和下位機反饋，以報表的形式顯示出來。

2.3 下位機系統(tǒng)

下位機的主控機可選用兩臺西門子公司生產(chǎn)的57-200系列PLC，分別放在加藥間，用來控制變頻器，調(diào)節(jié)加藥量。實際中，兩臺PLC通過專用電纜組成局域網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，圖4為下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖[3]。

圖4 下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖

下位機系統(tǒng)完成的功能包括兩方面：第一，數(shù)據(jù)采集功能，即通過傳感器把各監(jiān)控量數(shù)據(jù)采集到下位機；第二，通訊功能，即把采集來的數(shù)據(jù)通過串口傳輸給上位機，進行與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊[4]。

下位機系統(tǒng)由PLC、變頻器、加藥電機、計量泵、變送儀表等組成。

（1）PLC：可編程控制器。

鑒于金融開放與經(jīng)濟增長之間關(guān)系的不確定性，很多學者嘗試探究其影響因素。相關(guān)影響因素主要有制度質(zhì)量和宏觀條件、資本流動，匯率波動等。Klein發(fā)現(xiàn)一國制度因素和金融機構(gòu)質(zhì)量影響資本賬戶開放與經(jīng)濟增長之間的互動關(guān)系[7]。Bussiere et al發(fā)現(xiàn)從中長期看，制度質(zhì)量和資本流入構(gòu)成是金融開放促進經(jīng)濟增長的重要因素[8]。榮晨、董瞾以資本積累率分析資本賬戶開放與經(jīng)濟增長的關(guān)系[9]。李麗玲、王曦將匯率波動的作用引入資本賬戶開放和經(jīng)濟增長的關(guān)系中，發(fā)現(xiàn)控制匯率的波動可以促進資本賬戶開放收益[10]。

（2）計量泵：可選用電磁驅(qū)動隔膜計量泵，具有自動、手動控制，外部可編程序控制等控制功能，具有較強的耐腐蝕性。

（3）檢測儀表：現(xiàn)場采用氣動閥、定位器等。傳感器主要有溫度傳感器、壓力傳感器、電位差計、雙轉(zhuǎn)子流量計等儀表。其中，流量采用脈沖編碼器，輸出為脈沖信號[5]。

（4）變頻器：選用富士的1.5KW變頻器。它的主要優(yōu)點是耐用性能強，節(jié)省能源。而選用1.5KW的變頻器主要與加藥電機有關(guān)。因為它要控制電機轉(zhuǎn)數(shù)，所以它的功率要與電機的功率相對應。

3 智能控制系統(tǒng)經(jīng)濟效益評價

集輸站的作用是對區(qū)域所轄作業(yè)區(qū)單井所采原油進行匯合、加熱、初步脫水處理。環(huán)節(jié)是否科學合理，是生產(chǎn)出合格原油的關(guān)鍵?，F(xiàn)在油田生產(chǎn)提倡降本增效，因此如何以最小的成本生產(chǎn)出合格的原油是當前研究的主要課題[6]。

集輸站的運行費用多種多樣。該智能控制系統(tǒng)運行費用則主要包括以下幾種：脫水效果的破乳藥劑費用，水套爐加熱原油所需的燃料費用，控制系統(tǒng)運行的各種設備等。

在不考慮人員工資、通訊費、維修費等各種輔助費用的情況下，集油站的年運行費用可表示為式（1）所示。

式（1）中，x為參數(shù)優(yōu)化變量；F(x)為集輸站系統(tǒng)的運行費用（元/天）；Fyj為藥劑費用（元/天），計算公式為=C×Q×Pyj，且C為加藥濃度（ppm），Q為加入破乳劑的液量（m3/d），Pyj為藥劑價格（元/噸）；Fsl為設備燃料費用（元/天）；Fdf為電費（元/天）；sf%為safety factor，即智能系統(tǒng)運行帶來的人員健康安全環(huán)境系數(shù)。

采用智能可視系統(tǒng)需要增加的費用包括設備燃料費用Fsl和電費Fdf。但是，由于其科學性可通過傳感器對集輸站各項運行參數(shù)進行監(jiān)控并按照經(jīng)濟科學的工作原理進行分析，而選擇更契合實際生產(chǎn)流程運行的參數(shù)x，可使藥劑費用避免因人工經(jīng)驗誤差判斷而產(chǎn)生浪費。

對于不同流程的選擇或流程的改動，可通過可視化界面程序進行優(yōu)化選擇預測，以判斷是否合理和科學。最重要的是，這還可提高人員健康安全環(huán)境系數(shù)?？傮w來說，智能可視系統(tǒng)對于長期的成本預算具有投資少、成本低、見效快的特點，可使有限的資金發(fā)揮最大的效益。工程，2003，（06）：46-52.

[3]萬登峰，康金成，梁亭，等.油田污水處理加藥自動控制技術(shù)[J].計算機工程，2000，（2）：47-49.

[4]劉開培.火電廠自動加藥系統(tǒng)的應用[J].智能控制技術(shù)，2004.

[5]單方威.原油集輸工藝系統(tǒng)研究[J].電工理論與新技術(shù)，2006.

[6]吳曉剛，容毅浜，袁杰.智能變頻控制在電廠爐水系統(tǒng)的應用[J].四川電力技術(shù)，2002，（5）：30-32.

參考文獻

[1]譚浩強.C++程序設計[M].北京：清華大學出版社，2011：39-41.

[2]劉鑫.我國工業(yè)控制自動化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].控制

The Application of Intelligent Control in Gathering Dosing System

CHEN Yi
(QING HAI OILFIELD TELECOMMUNICATIO N COMPANY, Dunhuang 736202)

Abstract:Oil gathering and transportation system is the primary treatment of oil and gas. It’s an important part of the production process. At present, the domestic oil gather ing work basically by manual dosing metering pump to set a fixed value to complete. It can only be general according to experience. Dynamic tracking of crude oil. S ome important parameters can not be monitored in real tim e. Bas ed on the tr ansformation of the current backward operation mode. This paper presents oil gathering intelligent dosing data monitoring system.

Key words:Oilfield Gathering and transportation, intelligent control, Visual interface, remote monitoring