智能控制在集輸加藥系統中的應用

陳 漪

（中國石油青海油田通信公司，敦煌 736202）

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智能控制在集輸加藥系統中的應用

陳 漪

（中國石油青海油田通信公司，敦煌 736202）

摘 要：原油集輸系統是油田各區域單井的油氣進入聯合站前進行油氣初步處理的地方，屬于生產環節中較為重要的部分。其油氣處理過程中的各項參數是否科學，運營費用是否合理，對總的生產成本有著重要影響。目前，國內油田集輸加藥工作基本都由人工給計量泵設置固定值來完成，加藥量只能籠統根據經驗判斷，無法動態跟蹤原油流量，一些重要參數也無法進行實時監控。為改造目前加藥精度無法控制，技術參數無法監控的落后作業方式，本文提出了原油集輸智能加藥數據監控系統。

關鍵詞：油田集輸 智能控制 可視化界面 遠程監控

原油脫水是石油生產流程中的重要任務。聯合站油區的平穩運行，受破乳劑的加入量和加入平穩程度等多種因素影響，而合理的加藥是保障正常生產的關鍵。因此，利用科學方法研究開發出智能化的設計軟件，對集輸站各項運行參數及加藥計量參數進行精確調整，是當前油田企業需要解決的關鍵技術問題，也是石油工業管理走向科學化的客觀要求。

1 智能控制加藥系統需求分析

長期以來，油田在設計措施及措施對比時，通常采用人工方式；在制定地面工程規劃方案時，分工協作。各種設備和運行參數，根據經驗、手工計算，通過在職工人手工進行調整，工作量較大，且精度難以考究，很難達到節能降耗的目的。因此，按照實際生產需求開發出智能化的控制軟件，減輕人員的工作量，提高工作效率，實現集輸系統的科學化與智能化，達到整體工作的最優化是當前的形勢所需。

1.1 加藥現狀分析

目前的加藥，首先需要根據輸油流量大小向輸油管加入破乳劑，由人工給計量泵設置固定值。流程中，需要人力將藥桶移至提升泵接頭處，打開桶蓋，將皮管放入藥桶中，每天固定時間通過提升泵將藥吸入混合箱內，根據經驗按照相應比例加水，通過攪拌器將溶液混合打入油閥組匯管，對油水分離起破乳作用。

從以上流程可知，該加藥系統較為原始，工作量繁復，存在諸多缺點。

（1）加藥過程只能通過人為經驗進行判斷，易造成成本浪費；

（2）所加的破乳劑為高閃點易燃液體，敞開的溶液箱易通過攪拌器將混合液揮發，對人體造成危害。

（3）提升泵吸藥過程中，當底部余藥吸不出時，如果不人工抬動藥桶至加藥間進行傾倒，將造成浪費；

（4）勞動強度大，運行參數、泵運行情況需要崗位工人24小時值守，無法進行監控及協調控制。

1.2 業務需求分析

為解決耗能、耗人力的傳統加藥方法，在總結油田系統改造經驗基礎上，提出“智能界面控制原油集輸系統”項目研究。

1.3 系統總體方案

本文研究的原油集輸自動加藥數據監控系統的系統框圖，如圖1所示。

圖1 系統框圖

系統上位機和下位機通過串口進行通訊，下位機選用可編程控制器進行數據采集，通過控制變頻器來對加藥電機的加藥量進行調整。上位機運用Borland C++ Builder6軟件設計監控界面，數據庫采用Oracle進行存儲和管理。

2 加藥系統智能化設計

在生產流程中設計的智能控制系統主要由兩部分構成。一是上位機，即人可以直接發出操控命令的計算機，通過相關程序，實現屏幕上顯示各種信號（液壓、水位、溫度等）變化；另一部位為下位機，即直接控制設備獲取設備狀況的PC，一般是單片機、PLC（program logic controller）等。

2.1 上位機系統

本系統設計上位機編程語言為Borland C++Builder 6.0。它采用具世界領先水平的Borland C++編譯器，具有強大的數據庫應用程序開發功能，可開發出高效和可獨立執行的程序[1]。圖2為設計的上位機系統結構拓撲圖。

圖2 上位機系統結構拓撲圖

上位機系統通過C++ builder編程完成，在整個上位機系統中分為前臺進程與后臺進程。后臺進程負責與PLC通訊及對數據庫的操作，把PLC傳來的數據保存在Oracle數據庫中，并定期進行歸檔，同時把上位機設定的控制參數傳給PLC。前臺進程作為主進程，從數據庫中提取數據實時顯示生產過程中的這些參數，動態顯示給使用者，從而使使用者可及時、準確地掌握現場的生產情況[2]。

2.2 程序界面設計

程序界面分為系統框圖主界面、集輸流程控制界面、報表、參數、報警等分頁。

2.2.1 主頁面的實現過程

主頁面為程序啟動后默認顯示的頁面，是用來介紹程序的名稱的初始化界面，以幫助用戶了解程序設計者和設計時間。

圖3 主頁面界面圖

主監控頁面主要實現的是顯示集輸站流程，并且能通過下位機串口通訊實時顯示壓力、流量、溫度等參數值及加藥泵的工作狀態，包括各個加藥泵的工作電壓、電流、頻率等。

2.2.3 報表顯示界面設計

報表頁面主要是將集輸站管道流量、壓力等參數，通過Oracle數據庫和下位機反饋，以報表的形式顯示出來。

2.3 下位機系統

下位機的主控機可選用兩臺西門子公司生產的57-200系列PLC，分別放在加藥間，用來控制變頻器，調節加藥量。實際中，兩臺PLC通過專用電纜組成局域網交換數據，圖4為下位機系統結構拓撲圖[3]。

圖4 下位機系統結構拓撲圖

下位機系統完成的功能包括兩方面：第一，數據采集功能，即通過傳感器把各監控量數據采集到下位機；第二，通訊功能，即把采集來的數據通過串口傳輸給上位機，進行與PLC之間的數據通訊[4]。

下位機系統由PLC、變頻器、加藥電機、計量泵、變送儀表等組成。

（1）PLC：可編程控制器。

鑒于金融開放與經濟增長之間關系的不確定性，很多學者嘗試探究其影響因素。相關影響因素主要有制度質量和宏觀條件、資本流動，匯率波動等。Klein發現一國制度因素和金融機構質量影響資本賬戶開放與經濟增長之間的互動關系[7]。Bussiere et al發現從中長期看，制度質量和資本流入構成是金融開放促進經濟增長的重要因素[8]。榮晨、董瞾以資本積累率分析資本賬戶開放與經濟增長的關系[9]。李麗玲、王曦將匯率波動的作用引入資本賬戶開放和經濟增長的關系中，發現控制匯率的波動可以促進資本賬戶開放收益[10]。

（2）計量泵：可選用電磁驅動隔膜計量泵，具有自動、手動控制，外部可編程序控制等控制功能，具有較強的耐腐蝕性。

（3）檢測儀表：現場采用氣動閥、定位器等。傳感器主要有溫度傳感器、壓力傳感器、電位差計、雙轉子流量計等儀表。其中，流量采用脈沖編碼器，輸出為脈沖信號[5]。

（4）變頻器：選用富士的1.5KW變頻器。它的主要優點是耐用性能強，節省能源。而選用1.5KW的變頻器主要與加藥電機有關。因為它要控制電機轉數，所以它的功率要與電機的功率相對應。

3 智能控制系統經濟效益評價

集輸站的作用是對區域所轄作業區單井所采原油進行匯合、加熱、初步脫水處理。環節是否科學合理，是生產出合格原油的關鍵。現在油田生產提倡降本增效，因此如何以最小的成本生產出合格的原油是當前研究的主要課題[6]。

集輸站的運行費用多種多樣。該智能控制系統運行費用則主要包括以下幾種：脫水效果的破乳藥劑費用，水套爐加熱原油所需的燃料費用，控制系統運行的各種設備等。

在不考慮人員工資、通訊費、維修費等各種輔助費用的情況下，集油站的年運行費用可表示為式（1）所示。

式（1）中，x為參數優化變量；F(x)為集輸站系統的運行費用（元/天）；Fyj為藥劑費用（元/天），計算公式為=C×Q×Pyj，且C為加藥濃度（ppm），Q為加入破乳劑的液量（m3/d），Pyj為藥劑價格（元/噸）；Fsl為設備燃料費用（元/天）；Fdf為電費（元/天）；sf%為safety factor，即智能系統運行帶來的人員健康安全環境系數。

采用智能可視系統需要增加的費用包括設備燃料費用Fsl和電費Fdf。但是，由于其科學性可通過傳感器對集輸站各項運行參數進行監控并按照經濟科學的工作原理進行分析，而選擇更契合實際生產流程運行的參數x，可使藥劑費用避免因人工經驗誤差判斷而產生浪費。

對于不同流程的選擇或流程的改動，可通過可視化界面程序進行優化選擇預測，以判斷是否合理和科學。最重要的是，這還可提高人員健康安全環境系數。總體來說，智能可視系統對于長期的成本預算具有投資少、成本低、見效快的特點，可使有限的資金發揮最大的效益。工程，2003，（06）：46-52.

[3]萬登峰，康金成，梁亭，等.油田污水處理加藥自動控制技術[J].計算機工程，2000，（2）：47-49.

[4]劉開培.火電廠自動加藥系統的應用[J].智能控制技術，2004.

[5]單方威.原油集輸工藝系統研究[J].電工理論與新技術，2006.

[6]吳曉剛，容毅浜，袁杰.智能變頻控制在電廠爐水系統的應用[J].四川電力技術，2002，（5）：30-32.

參考文獻

[1]譚浩強.C++程序設計[M].北京：清華大學出版社，2011：39-41.

[2]劉鑫.我國工業控制自動化技術的現狀和發展趨勢[J].控制

The Application of Intelligent Control in Gathering Dosing System

CHEN Yi
(QING HAI OILFIELD TELECOMMUNICATIO N COMPANY, Dunhuang 736202)

Abstract:Oil gathering and transportation system is the primary treatment of oil and gas. It’s an important part of the production process. At present, the domestic oil gather ing work basically by manual dosing metering pump to set a fixed value to complete. It can only be general according to experience. Dynamic tracking of crude oil. S ome important parameters can not be monitored in real tim e. Bas ed on the tr ansformation of the current backward operation mode. This paper presents oil gathering intelligent dosing data monitoring system.

Key words:Oilfield Gathering and transportation, intelligent control, Visual interface, remote monitoring