DCS系統在采油廠聯合站原油脫水過程中的應用

姚衛東

摘 要：聯合站油水分離是實現原油脫水，保證產出原油質量的重要過程，對采油廠經濟效益有極大的影響。為了實現聯合站原油脫水工藝流程自動監控，減少不必要的損失，集散控制系統就必不可少，測控點數多、測控精度高、測控速度快的聯合站現場， 其特點是分散控制和集中監視，具有組網通信能力、測控功能強、運行可靠、易于擴展、組態方便、操作維護簡便，這個系統完全可以勝任或多回路調節器的工作， 它作為一個結點機使用是理想的。使用DCS 系統具有諸多優勢，其通過對生產過程進行控制， 統的一切管理在控制中心即可完成， 實現了整體化、智能化、網絡化、標準化的要求，系為實現安全穩定生產， 減少設備建設維護費用，提供了強有力手段。

關鍵詞：采油廠聯合站;原油脫水;DCS 系統

0 前言

隨著國內大部分油田開發都進入到后期產能遞減，產液量提高，原油綜含水率上升，目前一般為50%～80%，有的甚至高達90%以上，同時鹽和泥沙類機械雜質等也油井中的油氣混合物中經常含有的，這些物質會增大液流的容積流量，使設備和管路的有效利用率降低了，因此對原油中的含水、鹽、以及雜質進行凈化處理是在原油進入集輸系統前必須要做的，這樣才能使之變成合格的商品原油。但是，隨著油田聯合站生產規模的日益擴大，原有的生產系統暴露出來的問題也日益突出，統計分析國內諸多采油廠聯合站監控系統發現，原油脫水監控主要分為人工監測控制、常規儀表自動監測控制、計算機監測控制三種方法，采用人工監測控制階段而常規儀表組成的控制系統在處理復雜控制系統、集中監控系統和控制精度等方面具有局限性。如人工監控的誤差大、人工操作的不及時、動態處理過程不實時等。另一方面，系統沒有實現自動控制，耗能大、效率低、能量浪費比較嚴重。因此，這就迫切要求對聯合站進行自動化改造，實行集散控制系統的監控與管理，而DCS可以自動采集并監測生產過程的各個參數，并進行優化處理，實現節能降耗，對建成環保、節能、運行效率高、自動化管理水平高的智能化、數字化的聯合站有著重要意義，它同時也是數字化油田建設的重要組成部分。

1.聯合站集輸系統工藝流程

聯合站集輸系統是實現油水分離的重要環節，原油的油水分離過程有自然沉水、化學脫水、機械過濾脫水、電脫水等多種方法。目前我國各油田普遍采用的自然沉降脫水、電脫水、電化學聯合脫水等方法，采用脫水流程主要有兩種，即兩段式脫水流程和三段式脫水流程。

1.1兩段式脫水流程

聯合站兩段式集輸系統主要包括兩個子系統：自然沉降脫水系統（一段脫水系統，電脫水系統（二段脫水系統）。

1.2三段式集輸系統

三段式集輸系統與兩段式集輸系統工藝原理相似，主要的區別在于中轉站的來油首先進入游離水脫除器，進行沉降脫水，脫水至含水70%左右，然后進入壓力沉降罐，進行壓力沉降脫水，脫水至30%左右，再進入電脫水器進行電脫水，經電脫水后，成為凈化原油。所以三段式集輸系統包括三個子系統：自然沉降脫水系統、壓力沉降系統、電脫水系統。這種集輸系統雖流程復雜、設備較多、能耗較高，但是脫水效果較好。油田只有極少的一部分聯合站采用此種集輸系統進行原油脫水。目前，油田絕大多數聯合站都采用兩段式脫水集輸系統。該系統簡單、節省設備、能耗低、脫水效果較好。

聯合站原油脫水的監控系統首先要保證聯合站內的各個工藝裝置工作正常，外還要設法保持工況的相對穩定，增加脫水轉油的效率。如果脫水不徹底，不僅采來的油得不到利用產生浪費，而且會加重后面污水處理的負擔。另外外輸站的計量（流量與含水率）也因直接與采油廠的效益相關，所以也很重要。如采用人工定時采樣測含水，容易造成漏洞，引致外輸的實際油質與測量值不同，引起損失和糾紛。 為了實現聯合站原油脫水工藝流程自動監控，減少不必要的損失，集散控制系統就必不可少，測控點數多、測控精度高、測控速度快的工業現場， 其特點是分散控制和集中監視， 具有組網通信能力、測控功能強、運行可靠、易于擴展、組態方便、操作維護簡便。系統完全可以勝任或多回路調節器的工作， 它作為一個結點機使用是理想的。使用DCS 系統對生產過程進行控制， 實現了整體化、智能化、網絡化、標準化的要求。系統的一切管理在控制中心即可完成， 為實現安全穩定生產， 減少設備建設維護費用， 提供了強有力的手段。 因此，這就迫切要求對聯合站進行自動化改造，實行集散控制系統的監控與管理。從而可以自動采集并監測生產過程的各個參數，并進行優化處理，實現節能降耗，對建成環保、節能、運行效率高、自動化管理水平高的智能化、數字化的聯合站有著重要意義，它同時也是數字化油田建設的重要組成部分。

2.DCS 控制方案

基于DCS的聯合站原油脫水監控系統也就是集散控制系統（Distributed control system），其是以微處理器為基礎的對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統，簡稱DCS系統。該系統將若干臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網絡由上位管理計算機監控，實現最優化控制，整個裝置繼承了常規儀表分散控制和計算機集中控制的優點，克服了常規儀表功能單一，人-機聯系差以及單臺微型計算機控制系統危險性高度集中的缺點，既實現了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現了在功能、負荷和危險性三方面的分散。DCS系統在現代化生產過程控制中起著重要的作用。

目前的DCS發展成為基于計算機技術、控制技術、通信技術和圖形技術及4C技術，通過通信網絡將分布在聯合站的現場控制站、檢測站和操作控制中心的操作管理站、控制管理站及工程師站等聯接起來，共同完成分散控制和集中操作、管理和綜合控制系統（圖1）。

3.DCS的優勢

（1）采用分級遞階結構（一般為四級，應用過程控制，優化控制，自適應控制，工廠管理）;

（2）采用微機智能化技術;

（3）采用局部網絡通信技術;豐富的功能軟件包（應用程序模塊化）;

（4）強有力的人機接口功能;

（5）采用高可靠性（硬件工藝結構可靠，冗余技術，容錯技術）。同時，聯合站裝置比較集中，適于采用DCS進行控制和管理。

4.結語

采油廠聯合站原油脫水的自動化水平要求也越來越高，系統的控制策略一步適合當前中轉站來液量大且波動大的實際情況，監控軟件中的先進控制方法以及軟硬件交互的開放性應用也不夠。隨著DCS向計算機網絡控制發展，集輸系統生產過程不僅局限于聯合站范圍內的操作和控制，還向過程控制系統和信息管理系統緊密結合方向發展，即控制和管理一體化。因此，聯合站采用DCS是最佳選擇。

參考文獻：

[1]王常力.集散控制系統選型與應用[M]，清華大學出版社，2001.