原油集输太阳能加热计算机控制节能系统的设计

摘 要 ：利 用 太阳能 可再 生能 源替代 原 油集输 加 热环 节 消耗 的天 然 气和 燃 油资 源 ，开 辟 了油田 节
能 新途径 。但 是 由于太 阳能资 源 的不稳 定性 以及 原 油集输加 热 过程 中各 种 随机条件 及 物理 参数 的 变化 ，使 太 阳能加 热 的流程 控 制较 为复 杂 ，对 控 制方 式和控 制 算 法提 出了较 高的要 求 ，传 统的 简
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原 油 集输 太 阳能 加 热计 算 机 控 制 节 能 系 统 由
软 硬 件 两 部 分 构 成 ，在 硬件 方 面 采 用 了工 业 控 制 机 、硬 件 接 口模 块 和 相 关 接 口硬 件 ；软 件 平 台为
集输 环 节 加 热 原 油 ，使 原 油 温 度 升 高 ，达 到生 产
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★ ★ ★ ★ ★ ★ ． （
石
油
工
程
建
设
２０ ０ ６年 ８月
陈渝广 ，丁 月华 ，曾宪强 ，李适伦 １ ，李小莹 ２
（． １ 华南理工大学计算机应用工程研究所，广东广州 ５０４ ； ． １６ １ ２ 华南理工大学化工学院，广东广州 ５０４ ） １６ １
互 界 面 、 高效 快 速 的 网 络 通 讯 接 口 、灵 活 的扩 展 接 口功 能
受 气 候条 件 的影 响 ，太 阳辐 射 强 度 具 有 不 稳
定性 和 间 歇性 ，同时 ，原油 产 量 也具 有 不 稳 定性 ，
例 如 原 油 流量 、压 力 、油 水气 混 合 比例 、温度 等
原 油集 输 太 阳能 加 热 计 算 机 控 制 节 能 系 统 包 括 蓄 热 箱 、循 环 泵 、 电 磁 阀 、 温 度 传 感 器 、太 阳 能集 热 器 阵 列 、防冻 液 回路 流 量计 、 电动 调节 阀 、
原油换 热器 、水套 炉 及燃 烧器 、气 路流量计 等设备 。
都 在 随 机 变 化 。 因 此 ，系 统设 计 需 要 保 证 在各 种 外界 环 境 变化 的 情况 下 对 原油 加 热进 行 恒 温 控制 ， 实现 高度 自动化 、智 能化 的安全稳 定 运行 。 采 用 工 业 计 算 机 智 能 控制 技 术 的 原 油 集输 太 阳能加 热 节 能 系 统很 好 地 解决 了上 述 问 题 ，系 统 在 辽河 油 田某 采 油 站 成 功应 用 ，其 安 全性 、稳 定 性 、 自动 化 程度 、智能 化 在实 际应 用 中 得 到 了很 好 的检 验 。该 采 油 站原 油 日产 量 为 液量 １０ｔ ０ ，气
单逻 辑控 制模 式 已不 能满足 需要 。文章 介绍 了采 用 工业计 算机 智能 控 制技 术来 实现原 油 集输太 阳
能加 热的 设计 方案 ， 包括计 算机 控制 系统的 工作 原理 、组 成结 构 、软硬 件模 块设 计 、逻 辑 流程 的 设 计方案 。 该 系统 已在辽 河 油 田某采 油站成 功应 用 。 关 键词 ：原 油 集输 ；太 阳能 ；加 热 ；计 算机控 制 ；设 计 ；硬 件 ；软 件 中图分类 号 ：Ｔ ９ ４２ Ｔ ８ ・ Ｅ ７． Ｅ ９ 文献标 识码 ：Ａ
算 ，每 年可 节省 费 用近 ２ ０万元 。
１ 系统控 制方 案
１１ 系统概 述 ．
并 减少 环 境 污染 。我 们 在 辽 河 油 田进 行 了 太 阳 能
节 能技 术 应 用 研 究 ，开 发 了原 油 集 输 太 阳 能加 热
计 算 机 控 制 节 能 系 统 ，利 用 太 阳能 在 石 油 开采 的
且 节气 率超 过 ４ ％，天然 气平 均 售价 按 ２元／ ０ ｍ 计
油 田 的原 油 开 采 、集 输 等 环 节 需 要 消耗 大 量
能源 。减 少 油 田开 采 能 耗 的一 个 有 效 措 施 是 利 用
替 代 能源 或 余 热 。例 如 利 用 太 阳能 等 可再 生 能源
的 热量 来 加 热 原 油 ，可 为 油 田节 省 大 量 的 天然 气
１２ 系统控 制 方案 （ 图 １ ． 见 ） １２１ 当太 阳辐 射 量足 够 时 －．
开 启 循 环 泵 Ｐ ，防 冻 液从 蓄 热箱 中 抽 出 ，经 １
电磁 阀 Ｖ１进入 太 阳能 集热 器 阵列 ，被太 阳能加 热
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第 ３ 第 ４期 ２卷
陈 渝 广 等 ：原油 集 输 太 阳 能加 热计 算 机 控 制 节 能 系统 的设 计
６ １
．

、
太 阳辐 射 传感 器 ＲＭ 太 集 热 器 阵 列
▲
防冻液 １
Ｔ ～Ｔ １ ８为 温 度信 号 ；Ｖ１ ９为 阀 ｆ ；Ｐ ～Ｐ 一Ｖ １ １ ２为 循 环 泵
图 ｌ 原油集输太阳能加热计算机控制节能系统控制方案
外输要 求 。
利 用 太 阳能 的 关 键 ，是 提 高 太 阳 能 利用 率 以
及 保 证 系统 稳 定 、安 全 地 控 制 加 热 原 油 的 温度 ， 满足 生产需 求 。
基于 Ｎ Ｔ环 境 构 造 的 Ｗｉｄｗ ００操 作 系统 ，软 ｎｏ ｓ２０ 件 模 块 包 括 各 控 制 管 理 子 系 统 以 及 采 集 、报 警 、 监 控 、 网络 通 讯 等 模 块 ，具 有 极 高 的 稳 定 性 ，实 现 了检 测 、 控 制 高 度 智 能 化 ，具 有 丰 富 的人 机 交
０ 引 言
文章 编号 ：１０ — ２ ６ （０ ６ ４ ０ ６ — ５ ０ １ ２ ０ ２ ０ ）０ — ０ ０ ０
量 ２万 ｎ ，原 采用 燃 气 方 式 加 热 原 油 ， 日耗 气 量 １ 为 ６ ０ｍ 。 采用 该 系 流 ，原 油温 度 始 终 控 制 在 ５ ０ ５ ℃ （ 季 ）和 ６ （ 夏 ５ｏ 冬季 ） Ｃ ，满 足 了生 产要 求 ；而