自動化技術在油氣儲運工程中的應用

田有盼

（哈爾濱商業(yè)大學 能源與建筑工程學院，黑龍江哈爾濱 150000）

油氣儲運指的是石油天然氣的存儲和運輸，油氣長輸管道與戰(zhàn)略性油氣儲備成為當前油氣儲運工程中的熱點問題，鑒于油氣本身具有易燃易爆危險的特點，很容易在存儲、運輸中產(chǎn)生安全事故。為此，隨著現(xiàn)代油氣儲運系統(tǒng)開發(fā)技術和存儲技術的進步，使得油氣儲運工程的高危性特征日益明顯。為降低危險系數(shù)，確保油氣儲運全過程的安全穩(wěn)定，必須對原有的儲運技術進行改進優(yōu)化，對油氣儲運中的參數(shù)及其程序進行優(yōu)化。而采用自動化技術，并和計算機網(wǎng)絡技術相結合，不僅可以實現(xiàn)對油氣儲運過程的全過程動態(tài)監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)異常并排除，而且也提高了儲運的效率，確保設備運行的安全穩(wěn)定。

1 自動化技術在油氣儲運中的應用情況

1.1 采用自動化技術提高了設備的運行效率

在油氣儲運中，采用自動化技術實現(xiàn)對泵類設備的改造，通過自動化監(jiān)測實時獲得設備運行參數(shù)，并集中傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M行處理分析，再計算泵類設備的實時效率，對其中不合理的參數(shù)進行優(yōu)化調整。實踐發(fā)現(xiàn)，溫度、進口過濾器的摩擦阻力損失、電機運行效率和出口閥組節(jié)流等因素會影響泵類設備的運行效率。采用自動化技術可以使泵類設備的運行效率提升至少5%。同時，運輸中另一項消耗是加熱爐燃料燃燒加熱，采用自動化技術對原來的三會城水套爐改造，不僅提高了設備運行效率而且也減少了熱能損失，使燃料充分燃燒，也降低了污染物的排放[1]。

1.2 采用自動化技術實現(xiàn)對儲運管線的動態(tài)監(jiān)控

利用自動化技術和計算機網(wǎng)絡技術構建動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實時記錄管線運輸中對溫度、黏度、流量、壓力等參數(shù)，并經(jīng)過控制室集中化分析處理后對這些數(shù)據(jù)參數(shù)進行優(yōu)化，修正不合理的參數(shù)，調節(jié)不合理的加熱溫度，從而實現(xiàn)對儲運管道中原油流量的控制。

2 自動化技術在油氣儲運中應用的重要性

2.1 優(yōu)化油氣儲運參數(shù)，提高儲運效率

自動化技術在油氣儲運工程中的應用，不僅能實現(xiàn)對油氣儲運全過程的動態(tài)監(jiān)控和智能化控制，能及時發(fā)現(xiàn)異常問題并自動化報警處理，而且也提高了生產(chǎn)和運輸?shù)陌踩耘c效率，有效減少對人力資源的需求。從實踐可知，原油黏度下降以后油氣儲運輸送量就會增加，為此必須在控制油氣管道流量的基礎上對加熱爐設備進行有效控制以確保原油的黏度，在原油黏度增加時油氣儲運運輸量下降，這時加熱爐的溫度會快速上升。為避免對原油黏度的影響，在油氣儲運中采用自動化技術可自動化完成對原油黏度、運輸量等參數(shù)的實時監(jiān)測和自動化控制，從而使得原油輸送參數(shù)得以優(yōu)化，使油氣運輸管道流量得以控制，進而提高油氣管道儲運的效率。將自動化控制和計算機技術結合起來實現(xiàn)對管線運輸全過程實時化監(jiān)控，并及時采集首末端壓力，通過對流量、黏度等參數(shù)的控制，使用雙向微波的形式使這些參數(shù)數(shù)據(jù)及時被傳輸?shù)娇刂浦行模偻ㄟ^參數(shù)及其子程序的優(yōu)化，確保輸油過程安全可控，通過對加熱爐溫度的調節(jié)確保運輸流量得到有效控制[2]。

2.2 提高油氣儲運設備運行效率

自動化技術的應用可以提高油氣儲運的效率。為了進一步提升設備運行效率，在大型油氣外輸泵運行效率中通過自動化監(jiān)控，能有效避免外輸泵出現(xiàn)泵口過濾器摩阻損失的問題，增加了出口閥組節(jié)流，同時也提高了原油的溫度與黏度，進一步提高了電機設備運行的效率。

3 自動化技術在油氣儲運中的應用

利用自動化技術實現(xiàn)對油氣儲運相關設備的改造升級，從而可對油氣儲運的全過程進行自動化監(jiān)測。為確保油氣儲運的安全穩(wěn)定，必須對從首站進入下站的原油進行加熱，但當油氣輸運管道輸送量增大以后就會導致溫度有所下降，使得進入下一站的原油溫度可能低于安全極限。這時需要采用加熱設備以及正輸反輸交替的方式，但這些方式都會使得能源消耗增大。為節(jié)省新增設備帶來的投資，采用降低原油凝點的方式來降低原油進站溫度，該運輸方式非常適用于惡劣環(huán)境地區(qū)。目前我國在油氣儲運方面主要采用的是含蠟原油管道運輸，但該運輸方式效率不高，為提高運輸效率必須從技術角度研究。綜合采用自動化技術和計算機技術，實現(xiàn)對油氣儲運過程的動態(tài)實時監(jiān)控，做好對運輸管道溫度、流量、首末端壓力參數(shù)的記錄，并采用雙向微波使這些參數(shù)傳輸?shù)绞啄┱究刂剖抑校偻ㄟ^計算機將這些參數(shù)進行優(yōu)化，修正不正常的參數(shù)，對設備加熱爐加熱溫度進行調整，對輸油程序進行優(yōu)化，從而能更好地控制管道原油流量。

4 工程概況

某采油廠集輸首站的任務是完成該采油廠原油集中運輸和部分油區(qū)原油處理的工作，其主要工藝包括原油脫水、原油集中運輸以及污水處理。自引入自動化技術以后，在三年的建設改造下完成了首站自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括對原有水分的自動化處理、污水的處理、加熱系統(tǒng)的控制等，同時結合計算機網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢，完成數(shù)據(jù)的自動化采集以及信息綜合發(fā)布系統(tǒng)的建設，各種數(shù)據(jù)報表可自動化生成，對生產(chǎn)成本、運營等實現(xiàn)了網(wǎng)絡化、智能化管理。采用自動化技術以后，使該采油廠集輸首站的生產(chǎn)和運營管理水平大幅提升，實現(xiàn)了經(jīng)濟技術指標。

4.1 自動化油氣儲運系統(tǒng)組成

自動化技術是一個技術系統(tǒng)，整個系統(tǒng)可以分成決策層、數(shù)據(jù)層、監(jiān)控層與現(xiàn)場層。其中決策層是通過對數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計與分析后來判斷油氣儲運的實際情況，從而做出正確的決策以指揮實際生產(chǎn)和運輸。數(shù)據(jù)層的作用是完成對數(shù)據(jù)的采集、存儲和分類，并自動生成數(shù)據(jù)報表，能實時顯示和查詢，完成數(shù)據(jù)月度、季度和年度匯總，從而為決策控制提供可靠依據(jù)。監(jiān)控層是通過自動化監(jiān)視設備完成對各集輸站庫內現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、顯示和調控存儲，并向上級系統(tǒng)及時完成數(shù)據(jù)輸送和數(shù)據(jù)顯示、存儲等任務，對故障點進行自動化報警處理。現(xiàn)場層的作用是對油氣儲運現(xiàn)場進行直接數(shù)據(jù)采集與調控，通過有效的現(xiàn)場調控可確保現(xiàn)場的安全、高效，而且也減少了人力輸出[3]。

4.2 自動化技術在首站生產(chǎn)運營中的應用

4.2.1 原油脫水生產(chǎn)管理中的應用

首站原油脫水生產(chǎn)，是通過高效分水器完成原油的脫水，因此分水器的質量直接影響脫水的效果。在未自動化改造前，受到來液不穩(wěn)和控制裝置為傳統(tǒng)浮球連桿機構的影響，使得分水器出油含水波動較大，且頻繁出現(xiàn)超壓和油氣帶水的問題。引入自動化技術進行設備改造以后，對原有分水器內油水界面、油氣界面以及操作壓力等參數(shù)進行了檢測和優(yōu)化，實現(xiàn)對分水器參數(shù)的實時自動化控制，通過準確設定PID控制參數(shù)使各項參數(shù)能穩(wěn)定在給定值上，提升了分水器設備的各項指標，使得自動化改造以后的分水器脫水效率大幅提升，同時也減少了加熱負荷，使脫水系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運行。

4.2.2 原油長輸管道運行中的應用

在長輸管道運輸中會出現(xiàn)摩擦阻力損失與散熱損失的現(xiàn)象，為此必須經(jīng)常給流體提供能量，包括加熱爐設備提供的熱能以及泵站提供的壓力能，其中散熱損失對運輸管道的效率起著決定性作用，而摩阻損失和油品黏度有關，油品的黏度又和運輸溫度有關。控制加熱站出站溫度使原油在較高溫度下輸送，這樣原油黏度較低摩擦阻力損失較小，但是散熱的損失較大。為既提高運輸效率，又能節(jié)約能耗，通過對管道運輸流量的控制可以實現(xiàn)。基本原理是，將流量控制系統(tǒng)控制輸油泵站出站原油流量穩(wěn)定為固定值，這樣在原油黏度增大時管道運輸量減小，流量控制系統(tǒng)可提升加熱爐的溫度使原油黏度下降，而輸送量增加，這時再降低加熱爐溫度，使黏度增大而運輸量下降。采用自動化控制技術和計算機網(wǎng)絡技術來優(yōu)化輸油參數(shù)，可實時調整黏度、加熱溫度和輸送量等參數(shù)，從而提升管道運輸?shù)男省Ｍㄟ^計算機網(wǎng)絡技術可實現(xiàn)對管道運輸?shù)膶崟r化監(jiān)控，并采集首末端壓力、溫度、黏度和運輸量等參數(shù)，再由中心控制站對輸送參數(shù)及其程序進行優(yōu)化和修正，使得加熱爐溫度得到合理調節(jié)，使輸送流量得到有效控制。

4.2.3 設備運行效率

泵類設備的運行效率直接影響單位的能耗，首站對于大型外輸泵運行效率采用自動化監(jiān)控以后，利用能耗計量表計量電機設備實時耗電量，再通過泵的進出口壓力與流量來確定泵的輸出有用功，結合智能化運算計算泵的實時效率，找出泵效率發(fā)生變化的原因，對于過濾器摩擦阻力損失和出口閥組節(jié)流、原油溫度和黏度進行控制，使首站泵的運行效率始終控制在標準以上。對于加熱爐設備而言，一方面改變了原來人工控制火量的方式，增加安全監(jiān)測和保護系統(tǒng)以后，不僅可以獲得實時能耗數(shù)據(jù)，而且也確保設備運行的安全性。另一方面完善了加熱爐的自動化監(jiān)測，增加多個監(jiān)測點實時監(jiān)測各項設備數(shù)據(jù)并進行完善，不僅提高了燃燒效率，而且通過連鎖保護系統(tǒng)的設置提升了設備的安全可靠性。

5 自動化技術在油氣儲運中的發(fā)展前景

在油氣儲運中采用自動化技術不但可以提高生產(chǎn)運輸?shù)男剩乙步档土诉\輸?shù)奈ｋU性，確保油氣儲運全過程的安全可靠。因此，自動化技術在油氣儲運工程中具有很好的發(fā)展前景。近幾年來，隨著自動化技術的發(fā)展，其在油氣儲運中的應用日益普遍，將自動化技術應用到無人值守油氣儲運站和區(qū)域化管理儲運站建設中，不但減少了勞動力，而且也提高了建設管理的效率。在以后的油氣儲運發(fā)展中，采用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)，能對長運輸管道油氣儲運的運營數(shù)據(jù)進行實時化采集和自動化監(jiān)督控制，并和管道模擬技術相結合可有效提升油氣儲運管道的自動化管理水平。

6 結束語

利用自動化技術監(jiān)控實時化、智能化和集中化的優(yōu)點，將其應用在油氣儲運管理中，可有效提高油氣生產(chǎn)和儲運過程的效率和安全性，同時自動化技術的應用也改善了原有的管理模式，提高了管理效率和質量。作為當前油氣儲運工程發(fā)展中的必要技術，自動化技術在油氣儲運過程中的應用具有極大的應用前景。