摘 要 本文通過分析某井天然氣回收處理分離器電動閥三種不同的自動排液控制方式，通過對比人員素質要求、閥門壽命的長短、可實現(xiàn)的附加功能等，比較三種PLC控制程序的優(yōu)劣，為今后類似工程項目提供參考。

關鍵詞 電動閥;PLC程序;優(yōu)劣

氣井采出流體中含有油、氣、水等成分，在天然氣集輸前需要對氣液進行粗分離。使用兩相分離器實現(xiàn)氣液分離，通過閥門開關控制氣液界面，需要避免采出水進入集氣管道，同時也要需要避免天然氣進入輸水管道。

1前期控制狀況

分離器投用初期，采用人工控制閥門開啟度，定時巡檢的方式運行。為防止氣相進入輸水管道，常采用比較保守的開啟度，分離器中的液位緩慢升高。工人根據(jù)經(jīng)驗確定閥門開啟的圈數(shù)，在下一個巡檢點之前，控制液位不能高于液位計上的最高液位。在實際運行過程中，由于巡檢不及時、閥門開啟圈數(shù)誤差、井內產(chǎn)水速度不均勻等因素，常常造成分離器液位高過最高限，俗稱“漫罐”;由于容器內壓力不穩(wěn)定，排水速度時快時慢，偶爾會造成分離器排空，造成天然氣進入輸水管道;在安全可靠性差的同時也造成人力資源浪費[1]。

2應用PLC程序控制狀況

后期隨著電源的接入，公司采用PLC程序控制，同時使用了三種不同的控制程序，現(xiàn)進行簡要介紹。

2.1 “上限開閥，排完關閉”的控制方式

這種方式模擬人工觀察分離器液位，在液位上升到設定高度時，打開電動閥門使液體排出，液位下降;當液位下降到設定下限高度時，全部關閉閥門，隨著井內不斷產(chǎn)水，液位持續(xù)上升;液位升高到設定高度，重復開閥步驟……

程序說明：此種程序比較簡單，一旦液位上升到達設定值，開啟閥門;液位下降到指定高度，關閉閥門。運行曲線圖如圖1。

此種控制方式的優(yōu)勢：由于設定的開閥液位與關閥液位是固定值，對應的分離器體積可通過計算得出，通過計數(shù)閥門開啟的次數(shù)可以計量單位時間內的產(chǎn)液量，計量準確;由于閥門開關動作是間歇性執(zhí)行，有利于執(zhí)行電機的散熱。

此種控制方式的劣勢：由于閥門每次動作都是由全關到開，需要走完設定行程，閥門動作距離長，閥門所走的行程較長，如：設定閥開為12000，閥門關閉為5530，在一個開關過程中，閥門需要行走的行程為：（12000-5530）x2=12940，每個循環(huán)為5分鐘，即平均每分鐘所走行程為：12940÷5=2588/分鐘。

2.2 “兩級限位，上下調整”的控制方式

這種控制方式是根據(jù)運行數(shù)據(jù)，設定一個大致合理的閥的開度，將液位維持在設定的高度上，一旦液位上升，超過設定高度，輸出更大一級的開度，使液位下降到設定值;液位下降到設定值后，恢復原來的閥開度……這樣，閥門在兩級開度之間動作，圍繞設定液位值進行微調。

程序說明：程序中“二液位”為設定維持液位，實際液位可能上升超過“二液位”，也可能下降低于“二液位”，程序分別就兩種方式觸發(fā)控制狀態(tài)調整。為防止液位在設定高度周圍的微小波動造成閥門的反復調整，增加了延時定時器T37，當液位高于設定液位40秒后，才改變控制狀態(tài)，程序輸出更高一級閥門開度。運行曲線圖如圖2。

此種控制方式的優(yōu)勢：首先，這種控制方式可以根據(jù)氣井產(chǎn)水速度，將閥門維持在一定的開度下，保持產(chǎn)水與輸水的平衡，減少閥門所走的行程，延長使用壽命;最后，這種控制方式可通過設置“第一級開度為全關”兼容前一種“上限開閥，排完關閉”的控制方式，達到計量目的。

此種控制方式的劣勢：對數(shù)據(jù)監(jiān)控人員的要求較高，在產(chǎn)水量變化時做出閥門開度相應調整，否則會引起閥門在兩個開度之間反復切換，反而降低使用壽命。

2.3 “PID自動找平衡”的控制方式

比例積分微分控制，簡稱PID控制，是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應用于工業(yè)過程控制，至今仍有90%左右的控制回路具有PID結構。

程序說明：主要控制程序非常簡單，將液位控制在總量程的35%，由輸出模塊根據(jù)不同的液位輸出不同的控制值。此種控制方式的運行曲線圖如圖3。

此種控制方式的優(yōu)勢：不需要人工干預，PLC自動維持液位，安全可靠。

此種控制方式的劣勢：通過觀察運行曲線，發(fā)現(xiàn)此項目中PID控制方式的輸出不穩(wěn)定，頻繁調整閥門開度，對門閥壽命有不利影響[2]。

3控制方式的優(yōu)選

“人工控制”方式不可選，只供特殊情況下臨時選用。

“上限開閥，排完關閉”的控制方式可實現(xiàn)產(chǎn)水量的計量，但閥門壽命短，可被 “兩級限位，上下調整”的控制方式兼容，故后者更優(yōu)。

“PID自動找平衡”的工作方式對參數(shù)的維護穩(wěn)定可靠，但需要頻繁對閥門發(fā)出動作指令，影響閥門壽命;在消除傳感器階躍誤差、調整整定參數(shù)后可獲得更好的應用。

綜上所述，目前已成熟使用“兩級限位，上下調整”控制方式，增加了低液位保護、高液位保護、高液位報警等輔助程序保障分離器平穩(wěn)運行，氣體進入輸水管道或排空，運行平穩(wěn)，此種方式更優(yōu)。在條件允許的情況下，可改進分離器實現(xiàn)PID控制。

參考文獻

[1] 李權，戴麗娟，沈赟.關于輸氣站場過濾分離器常見問題分析及應對措施探討[J].化工管理，2019，（26）：146-147.

[2] 蔚生軍，米燕華，曹凱麗，等.天然氣疏水閥排液效果優(yōu)化[J].石油化工應用，2018，37（3）：107-109.

作者簡介

張長清（1969-），男，重慶長壽區(qū)人;學歷：大學本科，工程師，現(xiàn)就職單位：川慶鉆探工程有限公司重慶運輸總公司，研究方向：機械工程。