油田污水處理自動(dòng)控制技術(shù)

熊建云 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

由于油田污水含有大量的污油、懸浮物、腐蝕離子和細(xì)菌等，其直接排放不但造成污染還會(huì)加大水資源浪費(fèi)，重新利用又會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至帶來安全隱患，因此對油田污水進(jìn)行處理是油田生產(chǎn)急需解決的問題。

目前油田生產(chǎn)過程中一般采取化學(xué)、物理、生物等技術(shù)方法消除或降低污水中的污染物，使其達(dá)到有效利用的標(biāo)準(zhǔn)。通過自動(dòng)控制技術(shù)對對油田污水處理加藥、過濾、分離、沉降等過程進(jìn)行自動(dòng)化操作，不但可以快速、高效處理大量污水，還可以對污水處理過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

1 自動(dòng)控制流程及系統(tǒng)要求

1.1 污水處理工藝流程

要設(shè)計(jì)油田污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)就需要了解污水處理的各個(gè)工藝流程，然后針對工藝設(shè)備和流程環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以達(dá)到自動(dòng)控制技術(shù)的目的[1]。污水處理流程是指油田開出污水開始，到輸出可循環(huán)利用水為止的過程，對油田污水處理工藝進(jìn)行簡化，保留關(guān)鍵處理設(shè)備和過程。

油田污水輸入沉降罐后根據(jù)物理原理進(jìn)行重力沉降和初步油水分離，沉降后的污水進(jìn)行二次沉降罐處理；然后加入絮凝劑、破乳劑等進(jìn)行化學(xué)處理，處理污水中的懸浮物和離子；再對污水進(jìn)行過濾，達(dá)到回注利用水質(zhì)要求。

從自動(dòng)控制系統(tǒng)處理工藝流程看出，油田污水處理自動(dòng)控制就是對沉降、分離、攪拌、加藥、排除、時(shí)間調(diào)節(jié)、過濾等過程進(jìn)行一系列的控制。

1.2 對自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求

污水處理與自動(dòng)控制技術(shù)是相輔相成的，因此油田污水處理對自動(dòng)控制技術(shù)和系統(tǒng)具有一定的控制要求[2]，主要包括以下4個(gè)方面如下：

（1）油田污水穩(wěn)流控制系統(tǒng)。一是控制調(diào)節(jié)閥，確保油田污水流量穩(wěn)定；二是監(jiān)測提升水處理泵出口流量信號(hào)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制流量的目的。

（2）油田污水過濾、反沖洗控制系統(tǒng)。根據(jù)污水處理量等各種因素控制反沖洗裝置的啟停。

（3）油田污水自動(dòng)加藥系統(tǒng)。根據(jù)污水處理數(shù)據(jù)指標(biāo)的檢測結(jié)果自動(dòng)控制加藥的種類和數(shù)理。

（4）排污池檢測報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)有液位檢測和報(bào)警裝置，自動(dòng)控制排污池液位并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)油田污水處理量大、污水處理分布廣等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套基于分布式處理技術(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。分布式自動(dòng)控制技術(shù)采用集中管理、分散控制的體系，對污水處理過程進(jìn)行監(jiān)測、管理和分散控制，它將計(jì)算機(jī)、通信、控制、監(jiān)視屏幕結(jié)合起來，將污水處理系統(tǒng)分散成各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分布式控制。

2.1 設(shè)計(jì)原則

由于油田污水處理量大、工藝復(fù)雜，因此污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要遵循以下原則：①可靠性高，只有可靠性高才能確保控制精確，不出現(xiàn)事故；②實(shí)用性強(qiáng)，只有實(shí)用性強(qiáng)才能在油田企業(yè)污水處理中進(jìn)行推廣應(yīng)用；③操作性好，良好的操作性是進(jìn)行控制的基本保障；④通用性好，污水處理工程龐大，通用性好可以確保零件更換、設(shè)備維修方便，且容易大范圍推廣使用；⑤性價(jià)比高，高性價(jià)比是油田提高經(jīng)濟(jì)效益的直接影響因素。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

油田污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、工作站、現(xiàn)場處理過程監(jiān)測部分等構(gòu)成。工作站是提供控制中心一個(gè)可視化操作平臺(tái)，顯示工藝流程狀態(tài)、參數(shù)數(shù)值、報(bào)警和自動(dòng)報(bào)表業(yè)務(wù)等。現(xiàn)場過程測控系統(tǒng)完成污水處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成分步式自動(dòng)控制系統(tǒng)，包含多個(gè)二級處理系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 分步式自動(dòng)控制技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由污水處理工藝流程可以看出，處理過程各種生產(chǎn)參數(shù)變化緩慢且波動(dòng)小，處理工藝的影響因素是穩(wěn)定性和控制效果。因此采用大型單片機(jī)作為現(xiàn)場過程控制系統(tǒng)的處理器，結(jié)合信號(hào)采集、信號(hào)控制、輸出和隔離等硬件設(shè)施完成污水處理過程監(jiān)測監(jiān)控，確保現(xiàn)場控制參數(shù)的監(jiān)測和傳輸準(zhǔn)確可靠。主要控制信號(hào)和參數(shù)包括模擬量信號(hào)、開關(guān)信號(hào)、檢測信號(hào)、流量、液位、pH值、頻率、水泵狀態(tài)、電動(dòng)閥狀態(tài)燈。

2.3 功能設(shè)計(jì)

（1）污水處理數(shù)據(jù)采集與處理功能。數(shù)據(jù)采集和處理主要是在現(xiàn)場控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)場儀表連接控制單元，將各種模擬數(shù)字信號(hào)通過絞線進(jìn)行傳送，然后通過處理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，將處理信號(hào)傳送到工程師站和操作站，操作人員即可在遠(yuǎn)程控制中心對其進(jìn)行分析、采集、處理[3]。數(shù)據(jù)采集和處理功能主要通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)庫、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、信號(hào)傳輸絞線、終端接收裝置等來完成。

（2）控制中心操作員職能設(shè)計(jì)。操作員主要在遠(yuǎn)程控制中心（操作站）對污水處理過程進(jìn)行自動(dòng)化控制，有專門的監(jiān)控軟件對其控制，運(yùn)行在核心操作系統(tǒng)中，包括會(huì)話、視頻、圖像、日志管理、顯示、控制調(diào)解、數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)庫管理等，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)的人工信號(hào)輸入端，也是整個(gè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

（3）控制軟件功能設(shè)計(jì)。選用HOLLIASMACS軟件為軟件系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)，該軟件系統(tǒng)從操作站、控制站，到I/O模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)等各個(gè)方面做到了危險(xiǎn)分散、控制分散、監(jiān)控集中，將整個(gè)污水處理控制系統(tǒng)分為若干個(gè)功能完整和相對獨(dú)立的子系統(tǒng)。以HOLLIASMACS軟件為平臺(tái)開發(fā)的油田污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件包括實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)軟件、質(zhì)量分析系統(tǒng)軟件、設(shè)備管理及維護(hù)系統(tǒng)軟件、操作業(yè)務(wù)指導(dǎo)控制軟件、數(shù)據(jù)參數(shù)儲(chǔ)存盒處理軟件等。軟件設(shè)計(jì)由登錄管理模塊、監(jiān)控預(yù)測模塊、監(jiān)控界面模塊、污水處理趨勢模塊、報(bào)警模塊、報(bào)表模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和系統(tǒng)幫助模塊等組成。

3 關(guān)鍵控制技術(shù)

根據(jù)上述油田污水處理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即組成污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)[4]。在污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用和操作中，還應(yīng)考慮兩個(gè)方面的關(guān)鍵控制技術(shù)，才能確保自動(dòng)控制系統(tǒng)良好、穩(wěn)定地運(yùn)行。

3.1 提升泵站控制技術(shù)

泵站是污水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵，泵站工藝要求包括：①污水提升泵啟動(dòng)速度快，確保污水全部、快速輸入污水處理系統(tǒng)；②泵房集水井儲(chǔ)存水和水位液面在一定的可控范圍內(nèi)；③具有多臺(tái)提升泵，每臺(tái)泵負(fù)荷平均分配，在空閑時(shí)或者污水少時(shí)可以關(guān)閉其中1臺(tái)或2臺(tái)。

提升泵站控制技術(shù)要求泵站控制方法結(jié)構(gòu)簡單，模型簡單，控制精度高，響應(yīng)速度快，適應(yīng)于油田污水處理負(fù)荷大、容量滯后大、控制質(zhì)量要求高的場合，它是油田污水處理自動(dòng)控制技術(shù)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 加藥控制技術(shù)

加藥是污水處理中的一項(xiàng)重要工藝，加藥的準(zhǔn)確性不但影響污水處理效果，還影響油田企業(yè)效益和成本。分步式自動(dòng)控制系統(tǒng)采用浮選加藥，根據(jù)處理系統(tǒng)和設(shè)備需要，采用了藥劑流量、出口濁度雙閉環(huán)控制技術(shù)，對加入處理劑、絮凝劑等藥物劑量和種類選擇進(jìn)行針對性控制，從而提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。

4 結(jié)語

（1）在分析油田污水處理工藝流程、自動(dòng)控制工藝流程的基礎(chǔ)上，對污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

（2）從污水處理數(shù)據(jù)采集與處理功能、控制中心操作員職能設(shè)計(jì)、控制軟件功能設(shè)計(jì)三個(gè)方面對污水處理自動(dòng)控制技術(shù)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）提出污水處理提升泵站控制技術(shù)、加藥自動(dòng)選用及確定兩個(gè)自動(dòng)控制關(guān)鍵技術(shù)，并對其進(jìn)行分析，說明其對自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要性。

[1]張群英．S7—300PLC在油田自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2013，32（2）：72-73.

[2]張程，翁惠輝．克拉瑪依油田百重七聯(lián)合站污水處理自動(dòng)控制方法研究[J]．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，1（7）：141-145.

[3]王宇航．油田污水處理技術(shù)與應(yīng)用效果[J]．油氣田地面工程，2013，32（7）：65.

[4]彭小平，周歡喜．基于以太網(wǎng)的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)[J]．自動(dòng)化應(yīng)用，2011（1）：17-19.