計量間智能摻輸調節技術

賈 菲, 王 剛, 齊建偉

(1.中國石油吉林油田分公司 長春采油廠， 吉林 長春 130000；2.中國石油吉林油田分公司 新民采油廠， 吉林 松原 138000)

0 引 言

吉林油田長春采油廠的原油集輸多采用摻水伴熱流程[1]，該流程既要求計量間回油溫度必須高于聯合站回油溫度，確保原油不會在管道中凝固，又要求各計量間合理控制熱水摻入量，做到節約能量、減少能耗。目前，這項摻輸調節工作由計量間的石油工人完全依靠手工操作來完成，石油工人需要頻繁地進入現場，查看儀表，根據工況調節摻輸管道的閥門。這種操作不但工作量較大、效率低，而且摻輸參數的控制完全依靠經驗，不精確，摻輸水量不均和回油溫度波動大的情況時有發生，摻輸系統的工作故障率偏高，直接影響生產效率。

計量間智能摻輸調節系統以現代感測與自動化控制技術為基礎，通過在原有集輸系統中增加調節閥和電控執行機構，并輔以各環路溫度和壓力數據的采集與處理，以PLC為控制核心，智能控制各個環路的閥門開合動作，實現精準的摻輸調節。

1 閥體與執行機構設計

目前，計量間摻輸閥門一般采用常規法蘭連接截止閥，該類型閥門存在開關不靈活、維修保養工作量大等缺點[2-3]。計量間智能摻輸調節系統設計了新的調節閥，根據環狀集油流程特點，使用油氣水三相混輸管路的方式來處理管路的參數計算。

(1)

式中:Q----流經閥的流量，m3/h;

ΔP----閥前、后的壓差，Pa;

Kv----閥門的流通能力。

閥門全開時的流通能力最大為Kvs，全關時為0，其它開度位置的流通能力用Kv表示，與閥門的開度相對應。已知經過閥門的流量和閥門的Kvs值，根據式(1)可算出閥門的壓降，為閥門選型提供依據。

閥門流量特性如圖1所示。

(a) 熱交換量與相對流量關系曲線(b) 相對流量與閥門開度關系曲線(c) 熱交換量與閥門開度關系曲線

圖1 閥門流量特性

在DN40單管環狀摻水集油混輸管路中，運行溫差小，其相對流量與相對熱交換量關系呈上拋型曲線(見圖1(a))[4-5]。閥門流量特性所反映的是相對流量與閥門開度之間的關系，為了實現開度控制與熱交換量成線性關系，結合壓力差與調節特性設計了雙通閥，結構如圖2所示。

1.閥桿; 2.密封; 3.閥體; 4.閥芯; 5.閥口;

其理想流量特性見圖1(b)。

計量間智能摻輸調節技術在實驗室和某計量間開展了應用,確定的調節閥為籠形閥芯、等百分比調節模式，直行程動作。型號為DN40 PN25的閥門參數見表1。

表1 閥門參數

閥體的電控執行機構采用了液壓傳動的西門子SKD60驅動器，接收來自PLC的4～20 mA控制信號，并以0～10 V的狀態信號作為反饋；驅動器具有極限位置力敏開關，對電機起過載保護作用，能夠有效地防止燒壞驅動器；有信號燈對驅動器的狀態進行顯示，如出現異常，可通過信號燈顯示的狀態判斷出來。電動執行器外形尺寸滿足生產現場安裝需求，輸出力矩滿足摻輸調節要求，具體參數見表2。

表2 執行機構參數

2 檢測單元設計

環狀摻水集油混輸管路中根據生產工況要求，依據管道壓力和回油溫度調節摻輸水量。在計量間內測得的單環回油溫度是摻輸控制的重要參數，該參數可以反映摻輸環的運行基本狀態，是控制的直接目標。但就摻輸回油溫度來講，存在滯后問題，即受管線容積、摻輸排量、管線長短等因素影響，當在計量間內調整水量后，溫度需要調整后的“水頭”在管線中循環一周后才能看到調整后的溫度變化情況。因此計量間摻輸系統可以被認為是一個具有較大時間延遲的滯后系統。摻輸壓力是另一個重要參數，需要與井口回壓建立壓差關系，保證能摻進去水，且控制好水量，確保合理的摻輸量。計量間智能摻輸調節系統在壓力參數檢測中，采用基于擴散硅工藝的壓力變送器，其具有靈敏度高、精度高、可靠性高、溫度性能好、抗電擊穿性能好、 耐腐蝕性好的特點。

系統設計參數為：

壓力范圍：0～6 MPa；

溫漂：±0.03%FS/℃;

輸出：4～20 mA；

傳輸方式：兩線制；

額定電壓：24 V；

閥門最大安全工作壓力：9 MPa。

溫度參數檢測采用溫度變送器，設計參數為：

測溫范圍：0～100 ℃；

準確度：±0.3 ℃；

輸出：4～20 mA；

傳輸方式：兩線制；

額定工作電壓：24 V。

計量間智能摻輸調節技術設計的控制裝置被規范布置安裝于控制柜內,電氣參數見表3。

表3 電氣參數

3 控制中心設計

計量間智能摻輸調節系統在摻輸管線上安裝了壓力變送器、溫度變送器、閥體和電動執行器后，以臺達DVP12SE11R型號PLC為控制核心，通過DVP06AD-S模擬量輸入模塊和DVP16SP11R數字量輸入輸出模塊實現對摻輸環路中管線壓力和回油溫度的實時測量，并驅動執行器行程動作。人機交互系統以昆侖通態TPC7062Ti型號分辨率800×480觸控屏為載體[6-9]，提供良好的人機交互界面，HMI主界面如圖3所示。

系統可完成摻輸環路的溫度上限、下限設定，實現手動/自動調控閥門動作，具有權限分級功能、歷史數據記錄和查詢功能、具有超限報警功能等[10-12]。中控系統布置于1 800 mm*700 mm*600 mm機柜內，柜內布線安裝了繼電器MY2NJ DC24V、變壓器和DRP024V120W1A電源保護裝置等，控制柜安裝布置如圖4所示。

圖3 人機交互界面

圖4 電氣柜安裝圖

4 分析驗證

計量間摻輸調節過程是伴隨石油開采一同進行的，生產狀況隨時變化，不可重復，因此，智能摻輸調節系統投入使用后.無法對比同時刻該環路的人工調節與智能調節效果。一組數據來自某條環路的歷史記錄，另一組來自該環路智能摻輸調節的運行記錄。48 h內的數據對比如圖5所示。

圖5 數據對比圖

從圖中可以看出，人工調節具有一定的周期性，即工人總是每隔4 h左右調節一次，管線溫度變化較為劇烈，調節也不夠及時，并且多處相同數值也體現出人工記錄的精度比較低。智能調節曲線維持在設定的38 ℃左右，變化平緩，曲線中的下凹處是由于原油間歇性出液所造成的溫度突變，智能調節系統及時快速地做出了反應，隨后維持在設定值附近。

5 結 語

計量間智能摻輸調節系統在現場運行至今，狀態平穩，性能可靠，可實現油田常態摻水集輸和采油間出現特殊情況下自動維持回油溫度在設定范圍之內，既減輕了工人的勞動強度,又降低了能耗，有效提高了生產效率。