高強(qiáng)

摘 要 變頻控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于輸油場(chǎng)站，本文以油庫(kù)輸油變頻控制系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析變頻系統(tǒng)存在問(wèn)題，并提出改進(jìn)和優(yōu)化措施。從而為下一步徹底解決變頻調(diào)節(jié)不穩(wěn)定、系統(tǒng)誤報(bào)，提高機(jī)泵運(yùn)行安全性能提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 輸油泵；變頻；匯管壓力；信號(hào)源；PLC系統(tǒng)

1 油庫(kù)3#泵房輸油泵變頻控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

吐哈油庫(kù)主要承擔(dān)油田原油儲(chǔ)運(yùn)外銷任務(wù)，年均儲(chǔ)運(yùn)外銷原油200萬(wàn)噸。工區(qū)現(xiàn)有輸油泵房2座，分別為2#泵房、3#泵房，其中2#泵房輸送輕質(zhì)原油，3#泵房輸送重質(zhì)原油。2002年，為解決油庫(kù)棧橋裝車壓力不穩(wěn)定問(wèn)題，事業(yè)部組織對(duì)3#泵房4臺(tái)輸油泵進(jìn)行了變頻調(diào)速技術(shù)改造，2005年又對(duì)3#泵房4臺(tái)輸油泵進(jìn)行了變頻調(diào)速系統(tǒng)升級(jí)改造。使用初期，確實(shí)解決了輸油管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)節(jié)能降耗取得顯著效果。但隨著外輸方式和管輸工藝的變化，原有的變頻控制系統(tǒng)已不能滿足工藝要求，暴露出一些問(wèn)題。一是變頻器調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定，機(jī)泵轉(zhuǎn)速異常。二是機(jī)泵變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)有誤報(bào)現(xiàn)象，造成非正常停泵。變頻控制系統(tǒng)停用，一旦出現(xiàn)工藝管線憋壓、機(jī)泵或管線振動(dòng)等突發(fā)狀況，輸油泵將無(wú)法自動(dòng)停泵，這就給設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)、儲(chǔ)輸安全運(yùn)行埋下了安全隱患。

2 變頻控制系統(tǒng)存在問(wèn)題

2.1 工藝方面

2005年機(jī)泵變頻調(diào)速系統(tǒng)改造至今，油庫(kù)原油外輸方式和外輸工藝發(fā)生了很大變化。2005年開(kāi)始油庫(kù)輸油方式由鐵路槽車發(fā)運(yùn)逐漸向管道輸油方向發(fā)展；同時(shí)投用了原油計(jì)量間內(nèi)刮板流量計(jì)對(duì)輸油過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)量，為保護(hù)流量計(jì)，在流量計(jì)前段安裝過(guò)濾器。近年來(lái)，進(jìn)庫(kù)稠油品質(zhì)欠佳，雜質(zhì)較多，每外輸二至三批稠油，過(guò)濾器就會(huì)堵塞；在外輸過(guò)程中，過(guò)濾器輕微堵塞時(shí)，此時(shí)就會(huì)造成輸油泵出口壓力波動(dòng)。

2.2 設(shè)備方面

管輸方式變化前，外輸匯管出口壓力0.32MPa，變送器型SLDYB-20，測(cè)量范圍0-0.6MPa。匯管實(shí)際壓力波動(dòng)范圍為0.3～0.35；輸油方式變化后，外輸匯管出口壓力0.5MPa，匯管實(shí)際測(cè)量壓力波動(dòng)范圍為最高為0.62。由此可見(jiàn)，壓力變送器明顯與其不匹配。我們知道在對(duì)儲(chǔ)輸系統(tǒng)壓力測(cè)量和處理過(guò)程中，如果壓力有峰值或持續(xù)不規(guī)則波動(dòng)，會(huì)對(duì)選型不當(dāng)量程過(guò)小的壓力傳感器造成破壞。上述壓力波動(dòng)主要原因是因工藝流程的改變?cè)斐晒芫W(wǎng)壓力不穩(wěn)定，再沿用之前的信號(hào)采集源，這顯然也是不合理的。

2.3 安全方面

一是低壓保護(hù)功能缺失。未設(shè)置低壓緊急停泵功能。未考慮機(jī)泵進(jìn)口壓力過(guò)低，機(jī)泵不上量產(chǎn)生汽蝕，也會(huì)對(duì)機(jī)泵造成危害從而影響安全生產(chǎn)。二是緊急停泵造成輸油管網(wǎng)發(fā)生“水擊”。目前，系統(tǒng)具有超壓保護(hù)功能，即輸油匯管壓力超過(guò)PLC內(nèi)部設(shè)定的超壓保護(hù)值（0.75MPa），PLC將發(fā)出緊急停泵命令快速停泵。但機(jī)泵立即停止會(huì)帶來(lái)輸油流速的突然變化，使輸油管網(wǎng)發(fā)生“水擊”現(xiàn)象，對(duì)輸油工藝系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患。

3 變頻控制系統(tǒng)優(yōu)化研究

3.1 更換變送器

考慮到工藝系統(tǒng)變化后，系統(tǒng)中測(cè)量壓力的最大值可達(dá)0.7MPa，需要重新選擇一個(gè)具有比工藝最大工作壓力值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器才能滿足要求。如果量程選型過(guò)小，當(dāng)儲(chǔ)輸系統(tǒng)中壓力波動(dòng)時(shí)，變送器反饋回來(lái)的電流信號(hào)也會(huì)因變送器選型量程的不同而不同，量程小的變送器反饋回的電流值相對(duì)過(guò)大（即不同量程的變送器測(cè)量相同的壓力波動(dòng)值，其區(qū)間比不同），造成的后果是量程小的變送器反饋給PLC電流值過(guò)大，造成與PLC內(nèi)部PID運(yùn)算值不配套，運(yùn)算輸出值相對(duì)增大，造成變頻器調(diào)節(jié)信號(hào)過(guò)大而失調(diào)，導(dǎo)致變頻器工作不穩(wěn)定[1]。

基于以上原因分析，我們將匯管測(cè)量壓力變送器替換為羅斯蒙特公司出產(chǎn)的3051GP系列，工作壓力范圍為0-1.6MPa。量程測(cè)量區(qū)間是原設(shè)計(jì)的2.5倍，基本滿足現(xiàn)有工藝需求。

3.2 實(shí)現(xiàn)外輸匯管壓力在線監(jiān)測(cè)

在3#泵房PLC控制柜上增加一臺(tái)歐姆龍公司的NB10W-TW01B型觸摸屏和CPM1A-40CDR-A-V1型可編程控制器（PLC）機(jī)組，在觸摸屏和PLC內(nèi)部同時(shí)安裝組態(tài)監(jiān)控程序。

（1）PLC編程：該P(yáng)LC組件主要執(zhí)行任務(wù)為監(jiān)控取樣。因此本次PLC編程分為采樣存儲(chǔ)控制和取樣區(qū)間設(shè)定及間隔時(shí)間控制兩個(gè)部分。

（2）觸摸屏（也叫可編程終端接口人機(jī)互動(dòng)界面）編程組態(tài)：觸摸屏編程軟件中有多種功能塊元件可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)用組態(tài)，在觸摸屏上生成控制單元，并通過(guò)RS232C通信接口訪問(wèn)PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)，參與PLC輸入輸出控制，另外PLC傳送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)還可存儲(chǔ)在觸摸屏內(nèi)部形成歷史數(shù)據(jù)。

通過(guò)以上編程及組態(tài)，我們將得到批次輸油壓力曲線圖，綜合分析批次輸油壓力曲線，即可確定合理壓力報(bào)警值。

3.3 完善泵房輸油匯管壓力保護(hù)功能

在原有的超壓緊急停泵的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，合理修改PLC內(nèi)部軟件運(yùn)行程序，設(shè)計(jì)出一種主要由連鎖停泵操作來(lái)完成的壓力保護(hù)。即當(dāng)輸油工藝系統(tǒng)中出現(xiàn)匯管壓力過(guò)低、匯管壓力過(guò)高這兩種情況時(shí)，首先停一臺(tái)工頻運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)泵，然后PLC輸出給變頻器降頻停機(jī)信號(hào)，控制機(jī)泵轉(zhuǎn)速在30秒內(nèi)從工作轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，直至機(jī)泵完全停止，這樣在壓力保護(hù)的同時(shí)避免了“水擊”帶來(lái)的傷害。

3.4 重新選取變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)信號(hào)源

在工藝系統(tǒng)不變的前提條件下，變頻器的調(diào)節(jié)頻率原設(shè)計(jì)思路是根據(jù)輸油系統(tǒng)出口匯管的壓力反饋值來(lái)穩(wěn)定工藝系統(tǒng)中的流量?？紤]到新增計(jì)量間刮板流量計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)的4-20Ma流量反饋信號(hào)。因此，建議新的調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用流量反饋信號(hào)做變頻調(diào)節(jié)計(jì)算的參考值，將“恒壓變頻調(diào)節(jié)”工作模式為“恒流速變頻調(diào)節(jié)”工作模式。原設(shè)計(jì)的壓力變送器只負(fù)責(zé)輸油匯管超壓或低壓連鎖保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）實(shí)時(shí)記錄壓力數(shù)據(jù)。安裝組態(tài)監(jiān)控軟件后，可真實(shí)記錄每批原油外輸?shù)膲毫?shù)據(jù)，為壓力保護(hù)設(shè)定值提供充實(shí)的數(shù)據(jù)支持和操作平臺(tái)。

（2）提升儲(chǔ)輸系統(tǒng)安全性能。增加低壓保護(hù)功能，重設(shè)連鎖停泵程序，提高工藝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

（3）延長(zhǎng)機(jī)泵使用周期。合理設(shè)置參數(shù)，調(diào)速變頻穩(wěn)定，消除電機(jī)頻繁變速隱患，延長(zhǎng)機(jī)泵密封使用周期。

（4）節(jié)約用電費(fèi)用，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。調(diào)速變頻系統(tǒng)恢復(fù)使用，一是節(jié)約手動(dòng)調(diào)節(jié)截流帶來(lái)的電能損耗，對(duì)工區(qū)節(jié)能降耗意義較大；二是不需要手動(dòng)頻繁調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。三是單臺(tái)機(jī)泵年可節(jié)電1.2萬(wàn)度，2臺(tái)年節(jié)電2.2萬(wàn)度。

（5）通過(guò)對(duì)3#泵房輸油泵變頻控制系統(tǒng)的研究，分析出了變頻控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，指明了可實(shí)施的變頻系統(tǒng)優(yōu)化方向，具有一定的理論研究?jī)r(jià)值和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 白志剛.自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析與PID整定[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：42.