劉志芳 張家珍 劉志強(qiáng)

(1.海洋石油工程股份有限公司；2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司)

基于PLC的海洋平臺(tái)核桃殼濾器控制系統(tǒng)①

劉志芳1張家珍1劉志強(qiáng)2

(1.海洋石油工程股份有限公司；2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司)

基于S7-300 PLC系統(tǒng)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了海洋石油平臺(tái)中后期污水處理3臺(tái)核桃殼濾器“兩用一備”的控制方案，滿足了海洋平臺(tái)污水處理的需求。

PLC 海洋平臺(tái) 核桃殼濾器 自動(dòng)控制

我國(guó)海洋石油大多采用注水開采，隨著大部分海上油田開采進(jìn)入中后期，采出油液的含水率高達(dá)90%左右，含油污水越來越多，因此污水處理也成了海洋石油生產(chǎn)過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)[1]。核桃殼濾器用經(jīng)過特殊處理的核桃殼作為過濾介質(zhì)，其表面粗糙且面積大、吸附能力強(qiáng)、去油率高、耐酸堿且容易再生，因而在海洋石油平臺(tái)污水處理系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

隨著海洋石油平臺(tái)中后期污水處理量的增大，為實(shí)現(xiàn)多臺(tái)核桃殼濾器的聯(lián)控功能，筆者基于S7-300 PLC，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了某海洋平臺(tái)3臺(tái)核桃殼濾器“兩用一備”的控制方案。

1 核桃殼濾器工藝流程

核桃殼濾器是利用經(jīng)過特殊處理的野生核桃殼的多孔和大表面積，將污水中的懸浮物和油珠攔截在濾料層表面或吸附在濾料表面，運(yùn)行至濾料飽和出水水質(zhì)惡化時(shí)，停止進(jìn)水進(jìn)行反洗，使濾料恢復(fù)原有特性，由反洗水將截留物帶走，最終實(shí)現(xiàn)過濾油和機(jī)械雜質(zhì)的目的。因此，核桃殼濾器工藝流程一般包括3個(gè)程序：過濾、反洗和正洗。

過濾。用過濾介質(zhì)截留水中所含的懸浮顆粒，以獲得低濁度的水。隨著過濾的進(jìn)行，被濾出的懸浮物在濾料濾層中堆積，濾層的水流阻力逐漸增大，當(dāng)濾層運(yùn)行水頭損失達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，濾池就要停止運(yùn)行，進(jìn)入反洗流程。

反洗。為了清除過濾過程中積聚于過濾層中的污物，恢復(fù)過濾層的截污能力，在反洗時(shí)，濾層在反洗水的作用下充分松動(dòng)，因而會(huì)發(fā)生濾料顆粒間的相互碰撞和摩擦，使包覆在濾料周圍的污物脫落，并被水流帶走，使濾層重新恢復(fù)正常的截污能力。核桃殼濾器反沖洗頻度和時(shí)間不足導(dǎo)致核桃殼濾器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、篩管被粘附污油的濾料堵塞、濾料層填充不符合技術(shù)要求等因素是導(dǎo)致核桃殼濾器運(yùn)行效果不佳的主要原因。

正洗。正洗的目的是將積累在濾層中的污物清洗干凈，保證過濾時(shí)的出水質(zhì)量。核桃殼濾料藥劑再生的適宜周期為5～10天，藥劑再生周期內(nèi)濾料的水力反洗周期不宜超過二十四小時(shí)；廢棄的污染核桃殼濾料經(jīng)適量的藥劑清洗再生，其過濾性能基本能夠恢復(fù)，使用壽命將大幅延長(zhǎng)。

2 硬件系統(tǒng)

筆者設(shè)計(jì)的海洋平臺(tái)核桃殼濾器控制系統(tǒng)為“兩用一備”方案，即兩臺(tái)過濾一臺(tái)反洗，流程之間的轉(zhuǎn)換由時(shí)間和壓差控制。核桃殼濾器控制系統(tǒng)硬件組成主要包括：觸摸屏、S7-300 PLC、攪拌機(jī)、反洗泵、氣動(dòng)蝶閥、差壓變送器、流量變送器及調(diào)節(jié)閥等。

S7-300 PLC具有模塊化結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式配置、性價(jià)比高、電磁兼容性強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)及安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)[2]，完全可以滿足海洋石油平臺(tái)污水處理系統(tǒng)的要求。筆者設(shè)計(jì)的海洋平臺(tái)核桃殼濾器控制系統(tǒng)的S7-300 PLC硬件配置見表1，網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 S7-300 PLC硬件配置

圖1 S7-300 PLC網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)

3 核桃殼濾器的控制邏輯設(shè)計(jì)

基于PLC的海洋平臺(tái)核桃殼濾器控制系統(tǒng)共由3臺(tái)核桃殼濾器組成，實(shí)現(xiàn)“兩用一備”的污水處理方式，每臺(tái)核桃殼濾器都有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式。手動(dòng)控制由操作人員撥動(dòng)面板上相應(yīng)的KV閥開關(guān)、攪拌器開關(guān)和油泵電機(jī)開關(guān)，對(duì)相應(yīng)濾器的KV閥、攪拌器和油泵電機(jī)進(jìn)行控制，并通過指示燈和報(bào)警燈觀察其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工藝控制；自動(dòng)控制當(dāng)LCP操作面板四位選擇開關(guān)位于“自動(dòng)”時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)。控制面板觸摸屏的主界面如圖2所示。

圖2 控制面板觸摸屏主界面

本系統(tǒng)為“兩用一備”(熱備)控制。自動(dòng)控制下，流程之間的轉(zhuǎn)換由時(shí)間和壓差控制，時(shí)間控制為過濾流程二十四小時(shí)后反洗，時(shí)間可調(diào)。壓差控制為壓差到達(dá)150kPa時(shí)，立刻進(jìn)行反洗。每次只允許一臺(tái)過濾器進(jìn)行反洗流程，反洗流程結(jié)束75min后才允許另一臺(tái)濾器進(jìn)行反洗。反洗原則為先到先洗。以A和C核桃殼濾器過濾、B核桃殼濾器反洗為例的“兩用一備”控制流程如圖3所示。

圖3 “兩用一備”控制流程

單臺(tái)核桃殼濾器過濾(圖4)時(shí)，相應(yīng)的KV-3051、3056閥打開，其余KV閥門關(guān)閉，污水進(jìn)入核桃殼內(nèi)，進(jìn)入污油系統(tǒng)的KV-3054每?jī)蓚€(gè)小時(shí)打開5min，整個(gè)過程持續(xù)二十四小時(shí)后，系統(tǒng)進(jìn)入反洗流程。

圖4 單機(jī)過濾工作流程

單臺(tái)核桃殼濾器反洗設(shè)計(jì)(圖5)時(shí)，先攪拌10min，之后相應(yīng)的KV-3052、3053閥打開，攪拌機(jī)、油泵和反洗泵開，其余KV閥門關(guān)閉，反洗15min，隨后進(jìn)入正洗，KV-3051、3055和反洗泵開，其余全關(guān)閉，正洗3min后，所有開關(guān)關(guān)閉，靜置2min后，等待進(jìn)入過濾流程。

圖5 單機(jī)反洗工作流程

4 結(jié)束語

在海洋石油平臺(tái)中后期污水處理中，基于S7-300 PLC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的3臺(tái)核桃殼濾器“兩用一備”控制方案，既實(shí)現(xiàn)了污水處理橇塊的集中控制，又節(jié)省了高額的設(shè)備維修費(fèi)，并且在污水處理量很大的情況下未擴(kuò)大設(shè)備占用空間，同時(shí)減輕了操作人員的工作量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì).海洋石油工程設(shè)計(jì)概念與工藝設(shè)計(jì)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[2] 李剛,李輝.基于PLC的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].石油化工自動(dòng)化,2016,52(6):69～70.

PLC-basedControlSystemforWalnutShellFilteronOffshorePlatform

LIU Zhi-fang1, ZHANG Jia-zhen1, LIU Zhi-qiang2

(1.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.; 2.TianjinBranchCo.,CNOOCChinaLimited)

Based on S7-300 PLC, the control scheme of “two-use and one for standby” was designed for three walnut shell filters in the sewage treatment as required.

PLC, offshore platform,walnut shell filter, auto-control

劉志芳(1976-)，工程師，從事海洋石油工程中的電儀控設(shè)計(jì)工作，liuzhif@mail.cooec.com.cn。

TH862

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1000-3932(2017)06-0531-03

2017-02-17，

2017-03-21)