海上油田海水过滤器反洗功能自动控制的优化改造

现阶段由于投用时间过长，自动反洗功能已不能实现，完
全依靠操作人员进行手动启动反洗，不但耗费人力，且反洗时间不易把控，影响反洗效果。

同时由于现场原有控制器为继电器控制回路，线路繁杂，且缺少图纸，防保性能和防护等级均不能满足要求。

另一方面，海水管网直连平台消防管网，当海水粗过滤器进行反洗时，启动反洗马达，同时打开反洗排放阀，反洗的海水会经过排放阀排海，在一定程度上造成海水管网压力下降，从而造成消防管网压力下降。

消防管网上装有两个压力低开关，设点分别是830 kPa 和760 kPa ，若消防管网压力低于830 kPa 时，火气系统会自动启动海水提升泵C 泵；若继续低于760 kPa 时，会继续自动启动柴油消防泵。

所以如何规避反洗时导致海水提升泵和柴油消防泵的自动启动风险也是此次改造需要考虑的问题之一。

综合以上所述，海水粗过滤器自动反洗功能亟需改造，同时在改造时候又要考虑给消防管网所带来的影响。

2 改造实施
鉴于以上情况，要想从根本上改善海水粗过滤器的使用状态，利用当下比较成熟的PLC 控制是最稳妥的。

而结合现场实际
0 引言
某油田设置海水公用系统，为海上石油生产平台提供水源。

海水粗过滤器是海水系统中的重要组成部分，起到过滤海水中杂质的作用。

海水粗过滤器的工作原理较为简单，在过滤一段时间之后进行反洗，或者是当粗过滤器进出口差压高时，自动进行反洗，之后再循环进入过滤状态，如此循环往复。

1 改造背景
某油田海水粗过滤器的反洗控制分为两种，一种是手动控制，即手动启动反洗电机、打开反洗阀，强制进行反洗；第二种是自动反洗，自动反洗又受控于压差和定时两个信号，即是在以下两种情况下，海水粗过滤器会自动启动反洗。

(1)在海水粗过滤器上装有差压开关，分别从海水粗过滤器的进出口引压。

当进口压力和出口压力之间的压差高于差压开关的设定值时，压力开关动作，输出信号到控制器，从而启动反洗，该控制模式由于在后期的应用中存在一定的局限性，很少采用。

(2)定时反洗采用了周期循环反洗的模式，过滤器在过滤状态运行4 h 后，自动进入反洗状态进行反洗，并保持10 min ，10 min 后自动进行过滤。

海上油田海水过滤器反洗功能自动控制的优化改造
李孝岭，邵伟民，李振宇，李明海(中海石油中国有限公司湛江分公司，广东 湛江 524000)
摘要：石油是现代企业和社会发展的必备物资，近些年，海上油气田开发发展迅速，成为中国石油增储上产的主战场。

在海上石油生产平台，海水系统作为共用设施之一，可以为海上生产平台消防水和冷却水等。

而海水粗过滤器作为整个海水系统的过滤装置，在海水系统中起着举足轻重的作用。

由于该海水粗过滤器服役时间已久，其原有的反洗功能已经失效，不能正常运行，只能依赖于手动反洗。

且原有的反洗控制为现场继电器控制，控制模式不稳定，不便故障排查，与现有的自动控制水平差距较大。

油田仪表部门针对此弊端进行改造，利用现有的污水深度处理装置的现场控制PLC 实现对海水粗过滤器反洗功能的自动控制。

改造后运行稳定，在不增加现场控制器的情况下实现了资源共享，节省成本。

关键词：粗过滤器；自动反洗；PLC
中图分类号：TH86 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2021)14-0136-02
DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2021.14.067
Automatic Control Optimization of Backwashing Function of
Seawater Filter in Offshore Oilf i eld
LI Xiao-ling, SHAO Wei-min, LI Zhen-yu, LI Ming-hai
(Zhanjiang Branch of CNOOC China Limited, Zhanjiang 524000, China)
Abstract: Oil is an essential material for the development of modern enterprises and society. In recent years, the development of offshore oil and gas f i elds has developed rapidly, and has become the main battlef i eld for China’s oil reserves and production. In offshore oil production platform, seawater system, as one of the common facilities, can provide f i re water and cooling water for offshore oil production platform. As the f i ltering device of the whole seawater system, the seawater coarse f i lter plays an important role in the seawater system. Due to its long service time, the original backwashing function of the seawater coarse f i lter has been invalid and cannot operate normally, so it can only rely on manual backwashing. And the original backwash control is f i eld relay control, the control mode is not stable, it is inconvenient for troubleshooting, and there is a big gap with the existing automatic control level. In order to solve this problem, the instrument department of oilf i eld reformed the existing sewage advanced treatment device to realize the automatic control of backwashing function of seawater coarse f i lter by using the f i eld control PLC. After the transformation, it runs stably, realizes the resource sharing and saves the cost without adding the f i eld controller.Keywords: coarse f i lter; automatic backwashing; PLC
程序编辑后经多次测试，完全符合最初的逻辑要求[1]。

②现场硬件设施安装。

③PLC输出模式改进。

原有的污水深度处理装置控制
PLC端子排上可用的DO点皆为110 V交流有源输出点，而海
水粗过滤器需要一个DO无源触点和一个24 V的有源触点，
因此需要对该输出点加以改进。

具体操作步骤如下[2]：(a)从控制柜里面引出一路220 V的
电源，并加装空气开关；(b)空气开关下游安装一个24 V稳压
电源，用于提供24 V直流电；(c)另外安装一个110 V的继电器，
继电器线圈接110 V的有源输出点；一组常开触点(NO)直接
输出到配电柜，用于启动反洗电机；另外一组常开触点(NO)连
接
24 V稳压电源输出，用于将24 V直流电输出到反洗排放阀，
打开反洗排放阀。

PLC输出接线示意图如图3所示。

图3 PLC输出接线示意图
(3)下装程序并进行调试，经测试无误后投用。

(4)在中控操作站上对通过通信采集来数据进行组态，包
括管网压力的历史趋势，以及反洗状态启动时的报警提示。

3 结语
经过以上改造后，细过滤器的自动反洗功能一直运转良好。

对比以前，具有以下四个优点。

(1)控制方式采取当下主流的
PLC控制，代替原来的继电器回路控制，故障率低。

(2)PLC控
制程序直观，线路简单，便于后期故障的排查。

(3)引入压力变
送器信号，有效的规避了反洗时造成消防管网压力过低的风
险，保障油田安全。

(4)将海水粗过滤器的运行状态信号引至中
控，便于操作人员及时了解设备运行情况，更好的把控整个平
台的平稳生产[3]。

综合以上，经过此次改造，可以更深层次的认识到控制方
式对于平稳生产的重要性。

对于许多老油田，在投产建造的早
期，受制于技术等各个方面的原因，很多控制方式不合理。

尤其
是随着技术不断进步，现在我们再反思之前的控制模式时，有
许多可以改进的地方，而对其进行改造是彻底解决此类问题的
有效办法，也是确保设备本质安全的可靠手段。

这也是此次改
造可以带给我们的更深层次的意义。

参考文献：
[1]廖常初. S7-200 PLC基础教程[M].北京：机械工业出版社，
2006.
[2]谢梅波，赵金洲，王永清.海上油气田开发工程技术和
管理[M].北京：石油工业出版社，2005.
[3]翟天嵩. IFIX基础教程[M].北京：清华大学出版社，2013.情况，可以有两个选择。

(1)首先考虑的是利用中控系统的生产控制PLC—PCS
系统，将采集的信号送到中控进行逻辑控制，同时进行相应的
输出到现场设备。

但受制于海水粗过滤器的位置，此项工作需
要铺设电缆到中控，且要穿越底层甲板的反底，施工难度大，距
离较远，不符合经济性的要求；优点是海水粗过滤器的工作状
况可以直观的反映在中控室操作站上，便于中控操作人员监测
运行状态。

(2)利用污水深度处理装置的现场控制PLC，该现场控制
PLC距离海水粗过滤器较近，便于铺设电缆，易于实施；缺点是
运行状态需要通过串口通信到中控系统，从而才能在操作站监
控画面上进行组态，需要对通信进行配置。

综合分析以上利弊后，决定采取第二种方案进行改造，改
造步骤如下：①PLC控制程序编写，污水深度处理装置的控制
PLC为西门子的S7-200。

在程序编写时，需要实现以下功能：
反洗分别具有手动和自动功能：
(a)考虑到实际应用，自动启动只实现定时反洗功能即可，
要求每过滤3h后就进行3 min的反洗，反洗过后循环进行过
滤，如图1所示。

图1 过滤和反洗状态的定时程序
(b)为有效避免反洗时造成消防管网压力过低，需将消防
管网的压力实时检测值引入PLC，当管网压力值低于830 kPa
时，强制停止反洗功能，待压力值高于850 kPa后方能进入正
常的过滤和反洗的工作周期。

(c)程序当中需对压力变送器的量程进行转换，
比较时直接
比较工程量，需要指出的是，在此次程序编写中，工程量转换利用
原有程序当中的转换子程序，极大减小了工作量，如图2所示。

图2 压力量程转换子程序
(d)手动反洗优先级最高，不管何时启动手动反洗时，过滤
器都强制进入反洗模式，并反洗 3 min。