油田联合站自动加药系统

油田联合站自动加药系统

翟　波１，杨　文２

（１．新疆石油勘察设计研究院（有限公司），新疆　克拉玛依　８３４０００

２．中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司物资管理部，辽宁　盘锦　１２４０１０）

摘 要：针对油田联合站现行人工加药方法的缺点，采用ＰＬＣ控制单元，根据监测量及设定浓度控制变频器，通过自动检测输油管流量、温度、油压、泵电流、泵电压，从而控制加药量。下位机与上位机实时通讯，适时显示加药浓度，加药量和原油流量，并设有多种故障报警功能及按键互锁功能。采用该自动加药系统，降低了工人的劳动强度，提高了联合站加药精度和生产效率。关键词：联合站；数据采集；ＰＬＣ可编程控制器

中图分类号：ＴＰ２７４．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２０１１）０５－００１７－０４

Automatical Adding Chemical Medicine

System in the Union Station of an Oil Field

ZHAI Bo1, YANG Wen2

( 1.Xinjiang Oil Geotechnical Institute, Keramayi 834000 China ; 2.Liaohe Oil Field Company of Petrochina, Panjin 124010 China ) Abstract: For the shortcomings of the method of artificial adding medicine in the union station in an oil field, the dosage adding medicine can be controlled by PLC as a control unit. It accords the monitor quatity and given density to control frequency convertor and through the automatic detected data of pipeline flow, temperature, pressure, current and voltage of pump to control the dosage of medicine. The medicine density, dosage and oil flow are displayed by commu-nication between the upper unit and the lower one in the system with the functions of accident alarm and key interlock.

The adding medicine accuracy and production efficiency in the union station are increased, and working intensity is reduced.

Key words: union station; data acquisition; PLC

１ 引言

原油从不同的井站开采出来后，经过一系列工序处理后送到联合站，再集中向原油管道输送出去。原油进入联合站前的最后一道工序就是加药脱水处理。由于原油的特有性质，从地下开采出来的原油必须在油田经过处理后，才能送到原油管道向外输送。合理的加药是原油进入联合站前最后一道工序中能否快速脱水的关键［１］。由于下属井站较多，输油量难以控制，在某些时间段内流量变化较大，以及加药量与流量的比例受温度、压力等因素影响，所以人工很难掌握好加药量。因此，原油温度、压力、流量以及泵电流、电压等参数是原油

收稿日期：２０１０－１２－０９集输过程中的重要参数。在集输过程中及时、准确掌握这些参数，可以实现原油集输过程的最佳控制。

在国内，油田的加药工作多由人工完成或给计量泵设置固定值，加药量无法动态跟踪原油流量，加药工人需２４小时值守，劳动强度大，人工值守相对成本偏高，而且一些重要参数也无法进行实时监控［２］。这样原油集输过程中的重要参数无法及时准确的掌握，很难做到加药浓度的合理配置。

我们通常所面临的一类复杂系统，特别是在石油、化工、冶金等工业生产中，大多都是大时滞、强干扰、非线性、时变，并可能具有耦合的系统。受控系统数学模型的建立并非易事，有时甚至是不可能的，ＰＩＤ调节器

Techniques of Automation & Applications| 17

18 | T echniques of A utomation & A pplications

和现代控制理论方法制方法显得无能为力，不能对那些无法精确建模的复杂控制过程进行有效的控制［３－５］。２００１年，浙江大学流体传动及控制国家重点实验室与杭州星辰石油机械有限公司联合研制了油田用自动加药系统［６］。该系统以可编程控制器为控制单元，自动检测输油管流量，根据流量及设定加药量或浓度值控制计量泵的加药量。该系统只对流量参数进行了现场监测，对温度、压力及泵电流、电压等参数没有监测。没有远程数据通讯、数据库、数据显示及查询等功能。

我们研制的联合站自动加药系统，采用Ｏｒａｃｌｅ数据库系统、Ｂｏｌａｎｄ　Ｃ＋＋编程语言及ＰＬＣ可编程控制器、传感器，对流量及对加药有影响的含水量、压力、温度等参数进行监控，经过ＰＩＤ运算得出变频器频率。通过对电机变频调速，来控制计量泵的加药量。同时将这些参数保存在数据库中，以报表、趋势图等多种方式显示出来，操作者可以查看实时的或历史的数据。该系统对压力等重要参数提供报警功能，并可实现停机功能。通过对多个技术参数的检测，利用上位机与下位机实现自动控制油药配比，使油药配比更合理，实现自动控制油药配比，使油药配比更合理，从而大大提高加药工序的管理水平，降低原油含水率，保证脱水流程的顺利进行和产品质量的提高。

２ 系统组成

如图１所示，自动加药系统分为上位机系统与下位机系统两部分。下位机的主控机西门子Ｓ７－２００ＰＬＣ放在两个加药间，用来控制变频器，调节加药量。两台ＰＬＣ通过专用电缆组成局域网与上位机通讯。上位机为工控机或小服务器，运行Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００或ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ系统，编程语言为Ｂｏｒｌａｎｄ　Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ５．０和Ｏｒａｃｌｅ８．０。在整个系统中主要监控流量、油温、油压、泵电流、泵电压和加药量，其中压力和温度监控具有报警功能。

本系统作为对关键工序的控制和管理具有数据采集、报警、自动／手动控制、通讯、实时监控、数据显示、数据查询、打印等功能。为了保证生产的顺利进行，系统除了完成对加药的自动控制及数据的处理外还特别提供了两种报警功能。一是输油线路的压力报警，能避免由压力过高而引起的事故；二是流量计的故障显示，报警可避免流量计发生故障时可能引起的生产事故。

２．１ 下位机

下位机主控元件采用以计算机技术为基础的工业控制装置可编程控制器（ＰＬＣ）。近年来随着机电一体化

技术的发展，由于可编程控制器（ＰＬＣ）在开关量控制方面具有很强的优势，ＰＬＣ在工业生产的应用越来越广泛。ＰＬＣ具有抗能力强，可靠性高；控制系统结构简单，通用性强［１０］等优点。对于需要检测流量采用流量传感器，它的输出为脉冲信号，可选用模拟量输入模板或高速计数器来采集信号。对于其他需要检测的几种量选用通用的传感器，输出为４－２０ｍＡ信号用模拟量输入模板完成信号采集。两台ＰＬＣ间距离为１５０－２００ｍ，通过一条西门子专用电缆连接，组成小型局域网。

现场通过传感器把信号采集到ＰＬＣ，通过各种量与加药的关系计算出最佳的加药量，这个量经过模拟量输出模板的Ｄ／Ａ转换变为电信号控制变频器的频率，通过调节频率改变电机的转速，从而控制加药量。采集来的监控量与上位机传送来的报警参数进行比较，根据结果输出相应的报警信号。

２．２ 上位机

上位机系统运行环境为Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ系统，编程语言为Ｂｏｒｌａｎｄ　Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ和Ｏｒａｃｌｅ８．０，系统的运行分为前台进程与后台进程。

后台进程负责与ＰＬＣ通讯及对数据库的操作，把ＰＬＣ传来的数据保存在Ｏｒａｃｌｅ数据库中，并定期的进行归档，同时把上位机设定的控制参数传给ＰＬＣ。前台进

图１ 自动加药系统流程图