聯合站動態油量盤庫計算機控制技術

北京建筑大學

聯合站動態油量盤庫計算機控制技術

許東暉北京建筑大學

在油田聯合站中以做垂直運動的傳感器實施沉降罐參數移動檢測，該傳感器由發射體、短波發生器和接收體三部分組成。一旦含水率發生較大變化時，則需要增加測量點的個數，確保傳感器可以檢測到液面位置。參照原油含水率的非線性布局特點，用不等間隔距離的定積分、改變積分限的計算方法，組成關于沉降罐原油儲量動態計量的相關模型，以解決在聯合站動態油量盤庫中實施動態化計算的各種難題。

油田；計算機控制技術；聯合站；液面；油量盤庫

國外油田自動化監控工作已有幾十年的發展歷史，并且在國外油田中早已應用監控采集系統、GPRS網絡輸送方式。而我國的油氣采集、集輸技術比較落后，各種不同數據的采集需要依靠人工力量來實現。隨著計算機技術控制的不斷發展，以及現代化油田遠程監控體系在我國石油行業中的推廣應用，借助采集設備采集、分析各種現場數據，可充分了解設備的實際運行情況，確保設備安全運行。

1 聯合站監控體系

目前在油田應用較廣泛的生產監控系統主要有三種形式：可編程邏輯控制器系統（PLC）、PC總線工控機體系以及集散控制體系（DCS）。聯合站監控體系選用PLC系統，整個生產工藝過程中的采集數據、控制過程進度均通過PLC系統實現，上位機主要負責數據顯示，操作人機界面，管理整個工藝、控制過程，打印出各種不同形式的報表等[1]。

現代計算機技術發展速度越來越快，同時Ethernet技術及總線技術的廣泛應用，促使現階段的生產監控體系向遠程監控、分布式的方向發展，具體發展方向為統一現場總線控制體系、分布式控制體系、網絡化控制體系及開放式綜合集成體系等[2]。

2 計算機控制技術

2.1 技術原理

計算機控制技術是一種綜合性較強的技術，它實際是現代電腦技術、檢測、傳感技術及自動控制技術的綜合性運用[3]。計算機控制是指借助傳感器裝置將要控制對象涉及的各種物理參數轉化成電量，并將表示具體物理參數的各種不同電量輸入電腦系統中，以更好地識別各種數字信號。借助電腦的顯示屏將圖形、曲線等用數據形式表示，使操作者可以直觀地觀察到被監控對象的變化過程。計算機控制系統簡單而言分成硬件與軟件兩部分，詳細分則可分成輸入、輸出裝置，檢測輸送機構及執行機構。

2.2 控制系統設計規則

控制系統根據操作便捷、功能全、較高的自動化程度及檢測準確、開放性好、有后續開發空間進行設計。計算機控制體系的設計吸收了當今國內外各項控制技術的特點，系統運行安全平穩，適宜長時間在惡劣環境條件下工作[4]；同時，一個優良的計算機控制體系應具有一定的通用性，可以靈活地擴充升級，攜掛不同種類的傳感器，檢測多種不同的參數。

3 聯合站動態油量盤庫控制

3.1 儲罐原油含水率的檢測

在油田聯合站中以做垂直運動傳感器實施沉降罐參數移動檢測，該傳感器由發射體、短波發生器和接收體三部分組成[5]。其中原油介質為發射體、接收體，如果原油的含水率出現變化，相應地短波吸收能量也會隨之改變，通過計算機系統，或者二次儀表、儀器顯現出油罐參數的相關數據。系統中的智能檢測部分，各種系統化管理軟件能夠實現自動化檢測，并對油罐群的不同參數進行管理。具體在采樣過程中，油水界面從上直至罐底可能出現自動停止情況，借助傳感器進行自動返回上升。如果一直升至油水乳化帶，需要將含水率為95%當作分界線，隔離油水之間的界面。以此為基礎，傳感器保持同等間隔距離檢測油罐中處于不同高度的油層含水率、溫度數值。一旦含水率發生較大變化時，則需要增加測量點的個數，確保傳感器可以檢測到液面位置。

3.2 沉降罐原油儲量動態計量

如果聯合站進行脫水時，沉降罐的油液數量將出現動態性變化，相關影響因素主要包括：原油含水率隨著油層溫度的改變而改變，罐中油水界面的改變，原油的密度層發生了顯著性變化，并且輸入油液總量的含水率發生一定變化，嚴重影響到水界面的深度，而溫度則會影響密度變化。原油密度與溫度是一種直線關系，用公式表示為

其中t表示任意溫度；λ表示原油密度、溫度系數；ρt表示當溫度為t時原油密度；ρ20表示原油樣品標準密度。在公式中直線方程斜率指的是原油密度溫度系數，在絕對密度確定的條件下，油罐儲量動態計量公式是

式中D為油罐直徑長度；Gd為油罐儲油量；k為修正系數；ha為油水界面高度；hb為油罐液面高度；Cw為原油含水質量百分率。

在采集各種不同儲罐參數的過程中，采集點數明顯不同，其應該是間隔不等的采樣流程，將區間（ha，hb）分為n份，通過各個分點做一條和y軸平行的直線，記作yk=f（hk）。

曲線下方處于hi-1和hi范圍內的一條曲邊當作原曲線的一段弧。如果細分各個區間，將小弧看作近似一條直線，則四邊形可用一個類似梯形取代，其面積用公式表示則為

其中

進一步得出儲罐油量動態計算公式

在具體應用過程中，ha、hb均隨著時間的改變而改變，故積分限是可以改變的，這個公式實際上是和發生變化的積分限近似原來儲油量的計算方式，在確保提升計算精度的基礎上，定積分近似計算用拋物線方法。

3.3 凈油罐參數測控體系

凈油罐參數測控體系中的超聲波液位變送器可以檢測到罐內部原油的具體液面位置，然后用相關儀器檢測油水分離位置的界面。當油水界面值大于相關設定數值以后，可以調節電腦內部的輸出信號促使調節閥在底部排除的水流至脫水器內部。立式金屬圓柱形油罐儲量計算公式定義為

式中Gv為油罐內儲油數量；H為油罐的儲油高度。

3.4 外輸油量計算

在計算外輸原油過程中，用油水分析儀檢測出輸出原油的含水情況，如果檢測結果顯示含水率超過原油時證明不合格，需由計算機系統輸出的信號進一步調節三通電磁閥，同時把外部輸出總管的原油輸送至凈油罐內部。并用流量計、含水率檢測儀器、密度計來檢測在線油量，具體計算公式如下

式中Gm為原油在空氣中的純粹質量；Mf為流量系數；Vt為流量計累計流量數值；Ct為原油體積溫度修正系數；Cp為原油體積壓力修正系數。

4 結語

油田聯合站監控最關鍵之處在于及時監控工藝流程中的各項參數。具體在原油分離過程中液位、鍋爐溫度、壓力及相關重要參數，均和聯合站安全、穩定運行息息相關。本文簡要介紹了目前國內外聯合站監控技術的發展情況，闡述了計算機控制技術的具體內涵，再參照原油含水率的非線性布局特點，用不等間隔距離的定積分、改變積分限的計算方法，組成關于沉降罐原油儲量動態計量的相關模型，以解決油田聯合站動態油量盤庫中實施動態化計算的各種難題，為實現自動盤庫體系、動態計算油田聯合站原油儲量奠定了基礎。

[1]鄭巍，趙冀．基于計算機控制系統的油田聯合站自動化盤庫系統設計[J]．電腦知識與技術，2008，2（12）：92-93.

[2]陳雪梅，李鑫，李一平，等．油田聯合站自動化監控技術的應用[J]．石油鉆采工藝，2009，31（S2）：128-130.

[3]翟會波．中一聯合站監控系統的網絡化[J]．油氣田地面工程，2011，30（6）：68-69.

[4]張乃祿，劉峰，郝佳，等．聯合站監控系統可靠性分析[J]．油氣田地面工程，2008，27（12）：50-51.

[5]文宏．SCADA系統在輸油管道站庫管理中的應用[J]．中國石油和化工標準與質量，2011，5（12）：196-198.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.038