第二章2聯(lián)合站自動化

1、13:131第三節(jié) 聯(lián)合站自動化 聯(lián)合站的任務(wù) 集油、計量、油氣水分離、脫水穩(wěn)定、儲存、外輸、污水處理等 主要設(shè)備： 三相分離器、電脫水器、加熱爐、原油穩(wěn)定裝置、天然氣處理系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)13:13213:13313:134一、聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀一、聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀國外在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)方面比我國發(fā)展的快速，早在上世紀的50年代，美國就建成第一套自動化監(jiān)控輸送系統(tǒng)解決了原油的自動收集、處理、計量、輸送問題。60年代，Arco油田公司就已經(jīng)將PLC用于注水控制，并很快發(fā)展到報警、泵控等其它領(lǐng)域。隨著監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越多的應用于油田生產(chǎn)控制與管理中，

2、它與油田開采中的處理設(shè)備上的檢測儀表和控制設(shè)備直接連接，能夠?qū)崟r和不斷的獲取檢測儀表所檢測到的運行信息。國外有些油田還實現(xiàn)了注氣、注水的優(yōu)化控制。13:13513:136自從美國Honeywell公司于1975年成功的推出世界上第一套DCS以來，經(jīng)歷了20多年的時間，DCS已走向成熟。目前的DCS發(fā)展成為基于計算機技術(shù)（Computer）、控制技術(shù)（control）、通信技術(shù)和圖形技術(shù)即4C技術(shù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)將分布在工業(yè)現(xiàn)場（附近）的現(xiàn)場控制站、檢測站和操作控制中心的操作管理站、控制管理站及工程師站等聯(lián)接起來，共同完成分散控制和集中操作、管理和綜合控制系統(tǒng)。目前國外已經(jīng)將自動化技術(shù)提升到對原油

3、的生產(chǎn)、儲運、銷售等環(huán)節(jié)進行全面監(jiān)控的現(xiàn)代化管理水平的高度。英國石油公司建立的自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)地質(zhì)情況自動控制產(chǎn)量。美國油田甚至將銷售差也考慮在自動化管理系統(tǒng)中。13:137國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀 目前的聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)主要分為人工監(jiān)測控制、常規(guī)儀表自動監(jiān)測控制、計算機檢測控制等三種方法。 上世紀九十年代，計算機控制開始應用于聯(lián)合站生產(chǎn)過程，尤其是西部塔里木、吐哈、準格兒三大盆地的開發(fā)和建設(shè)，油田生產(chǎn)過程中的自動控制和管理得到了迅速的發(fā)展。 1992年5月，鄯善油田就使308口油水井、19座計量站全部實現(xiàn)了由單井、單個裝置，單站自動化向全油田，全線自動化的轉(zhuǎn)變。13:138 隨著油田開采的深入，

4、油田已經(jīng)進入到高含水及日產(chǎn)量不穩(wěn)定的階段，因此對油田的自動化水平要求亦越來越高，系統(tǒng)的控制策略已不適合當前中轉(zhuǎn)站來液量大且波動大的實際情況，監(jiān)控軟件中的先進控制方法以及軟硬件交互的開放性應用也不夠。隨著DCS向計算機網(wǎng)絡(luò)控制發(fā)展，集輸系統(tǒng)生產(chǎn)過程控制不僅限于聯(lián)合站范圍內(nèi)的操作和控制，還向過程控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合方向發(fā)展，即控制和管理一體化。因此，聯(lián)合站采用DCS是最佳選擇，目前絕大多數(shù)聯(lián)合站采用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)是聯(lián)合站采用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)是DCS。13:139 二、二、聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 根據(jù)過程控制集中維護、統(tǒng)一管理的基本模式，監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是一個多

5、級的分布式計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一般可分為三級，即監(jiān)控中心（SCSupervision Center）、監(jiān)控站（SSSupervision Station）、監(jiān)控單元（SUSupervision Unit）。 其中監(jiān)控中心和監(jiān)控站中監(jiān)控主機為PC機或工控機，監(jiān)控單元通常由現(xiàn)場儀表構(gòu)成。監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控中心和監(jiān)控站人員可以通過本地中心監(jiān)控主機，監(jiān)視其監(jiān)控范圍內(nèi)的所有被監(jiān)控對象的工作狀態(tài)、運行參數(shù)。同時監(jiān)控系統(tǒng)還提供生成規(guī)定的各種統(tǒng)計資料、圖表等功能。系統(tǒng)各組成部分的主要功能如下： 1. 監(jiān)控單元的功能 設(shè)備監(jiān)控單元直接與被控設(shè)備相連，主要完成以下功能： （1）周期性的實時采集被監(jiān)控設(shè)備的運行參數(shù)與工作

6、狀態(tài)，并對其進行諸如存儲、顯示等方面的處理，并實時主動的向監(jiān)控站發(fā)送被監(jiān)控對象的狀態(tài)； （2）隨時接收和執(zhí)行上一級計算機下達的對被控設(shè)備的控制命令； （3）接受上一級下達的配置信息，刷新配置文件；13:1310 2. 監(jiān)控站的功能 監(jiān)控站是監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集和處理的關(guān)鍵計算機，它向下與各設(shè)備監(jiān)控單元相連，通過串行通信接口接收各設(shè)備監(jiān)控單元傳送的數(shù)據(jù)，進行處理后向上一級傳送。其主要功能有： （1）實時監(jiān)視站內(nèi)各監(jiān)控單元的工作狀態(tài)，同時與監(jiān)控中心通信，實時的向監(jiān)控中心轉(zhuǎn)發(fā)報警信息，并接收來自各監(jiān)控單元的故障信息； （2）設(shè)置各監(jiān)控單元的參數(shù)如告警門限制、告警等級等等； （4）實時顯示監(jiān)控單元采集的

7、各種監(jiān)測數(shù)據(jù)和告警信息； （5）具有統(tǒng)計功能，能生成所需的各種統(tǒng)計報表及曲線，如告警統(tǒng)計報表、設(shè)備運行參數(shù)曲線等等。13:1311 3. 監(jiān)控中心的功能 監(jiān)控中心是監(jiān)控系統(tǒng)中最高一級計算機。它除具有監(jiān)控站的功能以外，還應具有實時監(jiān)視各監(jiān)控站的工作狀態(tài)并根據(jù)需要顯示或打印監(jiān)控站的數(shù)據(jù)和報警信息的功能。 隨著工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，綜合自動化控制系統(tǒng)的水平在不斷提高；從單機控制發(fā)展到分布式控制系統(tǒng)（DCS），隨著可編程控制器（PLC）性能不斷完善，在DCS中得到了廣泛的應用。近期又發(fā)展了新的全開放、全分散、可操作的系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），已開始應用于DCS的過程控制層。13:1312 4

8、、聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點、聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點 聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)充分體現(xiàn)信息化和集成化（Information & Integration）聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)可以采集整個聯(lián)合站和過程控制的信息數(shù)據(jù)，這些大量的數(shù)據(jù)能夠以合適的方式體現(xiàn)，并幫助決策過程。 監(jiān)控系統(tǒng)的集成性則體現(xiàn)在兩個方面：功能的集成和產(chǎn)品的集成。過去，聯(lián)合站應用的監(jiān)控系統(tǒng)基本上是以廠商自主開發(fā)為主所提供的系統(tǒng)。當今的聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)更強調(diào)系統(tǒng)本身的集成性和解決方案能力，監(jiān)控系統(tǒng)中除保留傳統(tǒng)DCS所實現(xiàn)的過程控制功能之外，還集成了PLC、RTU（Remote Terminal Unit，遠程終端設(shè)備）、FCS、各種多回路調(diào)節(jié)器

9、、各種智能采集或控制單元等。13:1313 5、聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求、聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求 對于不同的應用對象有不同的具體要求，但對大多數(shù)監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)計來說， 運行上可靠、技術(shù)上先進、使用上方便、應用上靈活、時間上節(jié)省、經(jīng)濟上合理是共同的基本要求。13:131413:1315三、三相分離器三、三相分離器一、一、 工作原理工作原理 油氣水混合物進入脫氣室，靠旋流分離及重力作用脫出大量的原油伴生氣，脫氣后的油水混合物經(jīng)導流管進入水洗室，在含有破乳劑的活性水層內(nèi)洗滌破乳，再經(jīng)聚結(jié)整流后，流入沉降分離室進一步沉降分離，脫氣原油翻過隔板進入油室，脫出水靠壓力平衡經(jīng)導管進入水室，再經(jīng)各自出

10、口管匯導出，從而達到油氣水三相分離的目的。13:1316三相分離器工藝流程示意圖三相分離器工藝流程示意圖沉降室油室水室水洗聚結(jié)整流天然氣出口水出口油出口排污來油天然氣放空淹管調(diào)節(jié)13:1317三、三相分離器三、三相分離器二、二、 自控系統(tǒng)自控系統(tǒng) 分離器自控系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：氣路、油路和水路，分別采用常規(guī)儀表對三相分離器油（水）室液位及壓力進行控制。 控制系統(tǒng)由被控對象（液位、壓力）測量單元、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成。壓力檢測采用電動壓力變送器，油（水）室液位檢測采用雷達液位計，遠程調(diào)節(jié)器采用電動調(diào)節(jié)閥；現(xiàn)場顯示采用磁翻板（柱）液位計，現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)采用浮球液面調(diào)節(jié)閥。13:1318 三相分離器測

11、控系統(tǒng) 1、天然氣計量與測控系統(tǒng) 維持罐內(nèi)壓力并計量天然氣流量、安全保護（超壓) 2、油水界面測控系統(tǒng) 調(diào)節(jié)油水界面、出水計量 3、油氣界面控制系統(tǒng) 維持油氣界面、出油計量 2、油水界面測控系統(tǒng) 調(diào)節(jié)油水界面、出水計量13:131913:1320三、三相分離器三、三相分離器三、運行參數(shù)三、運行參數(shù) 設(shè)備規(guī)格：300014600 操作壓力：0.25MPa 處理液量：1500m3/d 出口原油含水：0.5 出口污水含油：200mg/l 13:1321三相分離器三相分離器 四、四、 工作特點工作特點 三相分離器將原油的脫氣、脫水結(jié)合在一起綜合處理，工藝簡單，投資少，管理和維護簡單，有利于實現(xiàn)原油處理

12、工藝的密閉。 適用于油田原油脫水、脫氣等工藝，既能將含水原油處理為凈化油，也可用于高含水油田原油的預脫水工藝，可人為控制出口原油含水率，操作方便簡單。 13:1322四、電脫水器測控系統(tǒng) 主要內(nèi)容 1、自動監(jiān)控參數(shù) 油水界面位置、出油含水率、壓力、溫度、電場電壓與電流 2、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 保持油水界面、保持電場電壓 3、自動報警與保護 超高、超低壓力、超溫 油水界面位置控制系統(tǒng) 油水界面控制主要就是把油水過過渡區(qū)保持在電極之下，進液分配頭之上，該系統(tǒng)采用差壓變送器測量等效界面高度，信號送至液位指示控制報警環(huán)節(jié)LICA按PID規(guī)律調(diào)節(jié)，同時判斷界面超高超低報警，通過電氣轉(zhuǎn)換器I/P控制調(diào)節(jié)閥開度，

13、這屬于簡單調(diào)節(jié)。13:132313:1324五、加熱爐自動調(diào)節(jié) 主要內(nèi)容 1、參數(shù)測量 溫度、壓力 2、控制系統(tǒng) 進油量、風量 3、自動報警與保護 超高13:1325六、典型加熱爐的控制方案 常用的控制方法有簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)、前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 1、簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng) (1) 用自力式調(diào)節(jié)裝置，TT0,TIC,TCV一體 (2)就地式調(diào)節(jié)裝置，TT0與TIC一體 (2)單元組合儀表式，各有對應的儀表與裝置13:1326圖中，簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)由爐出口溫度變送器TT0、溫度指示控制環(huán)節(jié)TIC、電氣轉(zhuǎn)換器I/P、調(diào)節(jié)閥TCV組成。TIC根據(jù)出口溫度PV與給定值SP之偏差按PID 規(guī)律改變?nèi)加土縬m。13

14、:1327 一種由主、副兩個調(diào)節(jié)器彼此串接的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 主調(diào)節(jié)器根據(jù)主參數(shù)與給定值的偏差輸出信號，作為副調(diào)節(jié)器的給定值,副調(diào)節(jié)器同時接受副參數(shù)信號和給定值并控制調(diào)節(jié)機構(gòu)。副調(diào)節(jié)器的工作是隨動調(diào)節(jié)，主調(diào)節(jié)器的工作是定值調(diào)節(jié)。 在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用時，先投副回路，后投主回路 2、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)13:132813:13293、前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 利用輸入或2917:36擾動信號的直接控制作用構(gòu)成的開環(huán)控制系統(tǒng)。 13:13304、復雜調(diào)節(jié)系統(tǒng) 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng) 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 串級+前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的作用控制系統(tǒng)的作用 - 抑制擾動抑制擾動13:1331串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)由主回路和副回路組成。加熱

15、爐控制主回路由爐出口溫度變送器TT0,調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)TIC1組成。13:1332 副回路由爐膛溫度變送器TT、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)TIC2、電氣轉(zhuǎn)換器I/P、調(diào)節(jié)閥TCV組成。 副回路對擾動有抑制作用。 影響加熱爐出口的擾動2個： 擾動1：影響爐膛溫度變化的干擾因素 擾動2：被加熱原油的進爐溫度和流量13:1333 流量溫度時，取進爐溫度T1作為前饋參數(shù)。 前饋作用由進爐溫度變送器TT1、前饋系統(tǒng)K1及加法器引入系統(tǒng)。 SP2 副回路給定值13:1334 SP2 副回路給定值13:13355、熱媒爐自動化系統(tǒng) GE-NATCO熱媒加熱微機測控系統(tǒng) 熱媒爐工藝流程 系統(tǒng)由熱媒加熱系統(tǒng)、熱媒原油換熱系統(tǒng)、熱媒穩(wěn)定供

16、給系統(tǒng)和壓縮空氣供給系統(tǒng)組成 爐主體-燃燒設(shè)備、輻射段、過度段、對流段與煙囪組成。13:133613:1337 熱媒爐微機測控系統(tǒng) (1)功能自動報警與停車自動順序點火連續(xù)自動調(diào)節(jié)熱媒流量、燃油流量、助燃風量顯示打印各過程變量與站控RTU的通訊功能 (2)硬件配置13:1338 (2)硬件配置 主機與外設(shè)組成 主機計算機為模塊化結(jié)構(gòu)，配置各種模入(AI)和模出(AO)組件、開關(guān)量輸入(SC)和輸出(DO)、邏輯量輸入(LI)輸出(LO)、多路傳輸器(MX)、電源。13:1339 過程變量模入/模出通道 熱媒入口溫度T1 熱媒入口流量Q1 燃油流量QF 爐出口熱媒溫度T0 煙囪過剩氧量Q2% 盤

17、管壁溫度 煙囪溫度 燃油溫度 火嘴溫度模出通道3個熱媒質(zhì)量流量計調(diào)節(jié)燃油流量調(diào)節(jié)助燃風量調(diào)節(jié)模入通道9個13:1340 過程開關(guān)量輸入輸出通道 主要為了保證熱媒爐系統(tǒng)安全運行及自動順序起爐設(shè)置的。 鼓風機啟動失靈 鼓風機壓力過低 熱媒入口流量過低停爐 熱媒出口溫度過高停爐 288度 輻射室壓力過高停爐 燃油壓力過低 霧化風壓力過高過低 儀表風壓力過低13:1341 過程開關(guān)量輸入輸出通道 燃油溫度過高過低 煙道溫度過高 氧含量過低 火嘴溫度過高 燃油流量計失靈 點火失靈 微機測控系統(tǒng)斷電 原油換熱器出口溫度過高、過低 原油換熱器出口流量過低 用戶軟件靖邊采油廠八號聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計靖邊采油廠八

18、號聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 采用工業(yè)自動化組態(tài)軟件組態(tài)王6.51，結(jié)合傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機監(jiān)控技術(shù)構(gòu)建計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有現(xiàn)場信號采集、參數(shù)實時與歷史趨勢顯示、參數(shù)與事件報警、現(xiàn)場工況動態(tài)顯示等功能。能對各種監(jiān)控參數(shù)進行動態(tài)管理和報表自動生成、查詢及打印，基本上滿足了用戶的需求。13:1342 該系統(tǒng)實現(xiàn)了靖邊采油廠八號聯(lián)合站的實時監(jiān)督與動態(tài)控制，提高了聯(lián)合站的自動化監(jiān)控水平，減小了職工的勞動強度，消除生產(chǎn)安全隱患，保證生產(chǎn)過程安全可靠運行。還提高了聯(lián)合站的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。 靖邊采油廠八號聯(lián)合站是靖邊采油廠新建的重要項目，聯(lián)合站集輸系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)工程項目涉及鍋爐供熱、脫水、外輸、注水、污水處理五個方面。靖邊采油廠八號聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，其主要任務(wù)是完成聯(lián)合站內(nèi)的主要生產(chǎn)過程監(jiān)控，對各運行參數(shù)（集輸控制系統(tǒng)的溫度、壓力、液位、流量、可燃氣體濃度等）有實時采集、動態(tài)顯示、數(shù)據(jù)處理、報警等功能。13:1343靖邊采油廠八號聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體方案 本系統(tǒng)的工業(yè)控制計算機采用臺灣研華工控機，具有很高的可靠性；監(jiān)控部