油庫原油輸油變頻控制系統研究與優化

高強

摘 要 變頻控制系統廣泛應用于輸油場站，本文以油庫輸油變頻控制系統為主要研究對象，結合生產實際分析變頻系統存在問題，并提出改進和優化措施。從而為下一步徹底解決變頻調節不穩定、系統誤報，提高機泵運行安全性能提供理論依據。

關鍵詞 輸油泵；變頻；匯管壓力；信號源；PLC系統

1 油庫3#泵房輸油泵變頻控制系統應用現狀

吐哈油庫主要承擔油田原油儲運外銷任務，年均儲運外銷原油200萬噸。工區現有輸油泵房2座，分別為2#泵房、3#泵房，其中2#泵房輸送輕質原油，3#泵房輸送重質原油。2002年，為解決油庫棧橋裝車壓力不穩定問題，事業部組織對3#泵房4臺輸油泵進行了變頻調速技術改造，2005年又對3#泵房4臺輸油泵進行了變頻調速系統升級改造。使用初期，確實解決了輸油管網壓力不穩定問題，同時節能降耗取得顯著效果。但隨著外輸方式和管輸工藝的變化，原有的變頻控制系統已不能滿足工藝要求，暴露出一些問題。一是變頻器調節系統不穩定，機泵轉速異常。二是機泵變頻調節系統有誤報現象，造成非正常停泵。變頻控制系統停用，一旦出現工藝管線憋壓、機泵或管線振動等突發狀況，輸油泵將無法自動停泵，這就給設備安全運轉、儲輸安全運行埋下了安全隱患。

2 變頻控制系統存在問題

2.1 工藝方面

2005年機泵變頻調速系統改造至今，油庫原油外輸方式和外輸工藝發生了很大變化。2005年開始油庫輸油方式由鐵路槽車發運逐漸向管道輸油方向發展；同時投用了原油計量間內刮板流量計對輸油過程進行精準計量，為保護流量計，在流量計前段安裝過濾器。近年來，進庫稠油品質欠佳，雜質較多，每外輸二至三批稠油，過濾器就會堵塞；在外輸過程中，過濾器輕微堵塞時，此時就會造成輸油泵出口壓力波動。

2.2 設備方面

管輸方式變化前，外輸匯管出口壓力0.32MPa，變送器型SLDYB-20，測量范圍0-0.6MPa。匯管實際壓力波動范圍為0.3～0.35；輸油方式變化后，外輸匯管出口壓力0.5MPa，匯管實際測量壓力波動范圍為最高為0.62。由此可見，壓力變送器明顯與其不匹配。我們知道在對儲輸系統壓力測量和處理過程中，如果壓力有峰值或持續不規則波動，會對選型不當量程過小的壓力傳感器造成破壞。上述壓力波動主要原因是因工藝流程的改變造成管網壓力不穩定，再沿用之前的信號采集源，這顯然也是不合理的。

2.3 安全方面

一是低壓保護功能缺失。未設置低壓緊急停泵功能。未考慮機泵進口壓力過低，機泵不上量產生汽蝕，也會對機泵造成危害從而影響安全生產。二是緊急停泵造成輸油管網發生“水擊”。目前，系統具有超壓保護功能，即輸油匯管壓力超過PLC內部設定的超壓保護值（0.75MPa），PLC將發出緊急停泵命令快速停泵。但機泵立即停止會帶來輸油流速的突然變化，使輸油管網發生“水擊”現象，對輸油工藝系統帶來安全隱患。

3 變頻控制系統優化研究

3.1 更換變送器

考慮到工藝系統變化后，系統中測量壓力的最大值可達0.7MPa，需要重新選擇一個具有比工藝最大工作壓力值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器才能滿足要求。如果量程選型過小，當儲輸系統中壓力波動時，變送器反饋回來的電流信號也會因變送器選型量程的不同而不同，量程小的變送器反饋回的電流值相對過大（即不同量程的變送器測量相同的壓力波動值，其區間比不同），造成的后果是量程小的變送器反饋給PLC電流值過大，造成與PLC內部PID運算值不配套，運算輸出值相對增大，造成變頻器調節信號過大而失調，導致變頻器工作不穩定[1]。

基于以上原因分析，我們將匯管測量壓力變送器替換為羅斯蒙特公司出產的3051GP系列，工作壓力范圍為0-1.6MPa。量程測量區間是原設計的2.5倍，基本滿足現有工藝需求。

3.2 實現外輸匯管壓力在線監測

在3#泵房PLC控制柜上增加一臺歐姆龍公司的NB10W-TW01B型觸摸屏和CPM1A-40CDR-A-V1型可編程控制器（PLC）機組，在觸摸屏和PLC內部同時安裝組態監控程序。

（1）PLC編程：該PLC組件主要執行任務為監控取樣。因此本次PLC編程分為采樣存儲控制和取樣區間設定及間隔時間控制兩個部分。

（2）觸摸屏（也叫可編程終端接口人機互動界面）編程組態：觸摸屏編程軟件中有多種功能塊元件可根據實際需要進行調用組態，在觸摸屏上生成控制單元，并通過RS232C通信接口訪問PLC內部數據區，參與PLC輸入輸出控制，另外PLC傳送的實時數據還可存儲在觸摸屏內部形成歷史數據。

通過以上編程及組態，我們將得到批次輸油壓力曲線圖，綜合分析批次輸油壓力曲線，即可確定合理壓力報警值。

3.3 完善泵房輸油匯管壓力保護功能

在原有的超壓緊急停泵的設計基礎上，合理修改PLC內部軟件運行程序，設計出一種主要由連鎖停泵操作來完成的壓力保護。即當輸油工藝系統中出現匯管壓力過低、匯管壓力過高這兩種情況時，首先停一臺工頻運轉的機泵，然后PLC輸出給變頻器降頻停機信號，控制機泵轉速在30秒內從工作轉速開始下降，直至機泵完全停止，這樣在壓力保護的同時避免了“水擊”帶來的傷害。

3.4 重新選取變頻調節系統信號源

在工藝系統不變的前提條件下，變頻器的調節頻率原設計思路是根據輸油系統出口匯管的壓力反饋值來穩定工藝系統中的流量。考慮到新增計量間刮板流量計有標準的4-20Ma流量反饋信號。因此，建議新的調節系統采用流量反饋信號做變頻調節計算的參考值，將“恒壓變頻調節”工作模式為“恒流速變頻調節”工作模式。原設計的壓力變送器只負責輸油匯管超壓或低壓連鎖保護。

4 結束語

（1）實時記錄壓力數據。安裝組態監控軟件后，可真實記錄每批原油外輸的壓力數據，為壓力保護設定值提供充實的數據支持和操作平臺。

（2）提升儲輸系統安全性能。增加低壓保護功能，重設連鎖停泵程序，提高工藝系統的安全穩定性。

（3）延長機泵使用周期。合理設置參數，調速變頻穩定，消除電機頻繁變速隱患，延長機泵密封使用周期。

（4）節約用電費用，降低操作人員勞動強度。調速變頻系統恢復使用，一是節約手動調節截流帶來的電能損耗，對工區節能降耗意義較大；二是不需要手動頻繁調節閥門開度，降低操作人員勞動強度。三是單臺機泵年可節電1.2萬度，2臺年節電2.2萬度。

（5）通過對3#泵房輸油泵變頻控制系統的研究，分析出了變頻控制系統存在的問題，指明了可實施的變頻系統優化方向，具有一定的理論研究價值和社會效益。

參考文獻

[1] 白志剛.自動調節系統解析與PID整定[M].北京：化學工業出版社，2012：42.