超聲波濾器系統改造研究與應用

高德友，楊樹敏，李預賓

（中海油服鉆井事業部，天津 300452）

1 背景

海洋石油某海上平臺超聲波濾器系統在過濾期間經常出現濾網顆粒物累積，造成入口出口壓差過大，從而在自動運行時頻繁進行反洗，且反洗排污量大，易造成閉排液位高，對流程影響較大。

近年來，由于反洗過頻，超聲波設備多次發生故障，其中最嚴重一次超聲波接觸器燒毀，對平臺安全生產造成極為不利的影響，因此，平臺對超聲波系統控制流程改造的需求變得格外迫切。

2 濾器現狀介紹

為過濾注水，該海上平臺上有兩套超聲波濾器，兩套過濾器結構和組成一模一樣，平時為一用一備，單臺過濾器基本結構如圖1。

兩臺過濾器命名為濾器A和濾器B。兩臺濾器分別安裝有311A和311B兩臺電機；VA3126A和KVA3126B兩個入口閥；KVA3127A和KVA3127B兩個出口閥；KVA3128A和KVA3128B兩個排污閥；一臺超聲波發生器（超聲波1和超聲波2共用）。兩臺電機不能同時啟動，超聲波1和超聲波2不能同時啟動。

在手動模式下，操作人員可以對控制面板上的KVA3126A、KVA3126B、KVA3127A、KVA3127B、KVA3128A、KVA3128B閥門開關、超聲波啟/停轉換開關、電機啟/停按鈕分別進行操作，相應的設備動作并且指示燈有相應的指示。

在自動模式下，系統有三種控制方式：時間控制、壓差控制和過頻反洗控制，且壓差控制具有優先權。

在自動狀態下系統默認濾器A為常用，濾器B為備用。

將電控柜面板的手動/自動轉換開關轉至“自動”位置進入過濾狀態時，KVA3126A、KVA3127A處于開狀態，KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B、KVA3128B處于關狀態。濾器A過濾2小時或50kPa的壓差到達后開始進行水力反清洗5分鐘，此時，KVA3126A、KVA3127A保持打開狀態，同時，KVA3128A打開，電機A啟動，濾器A處于在線水力反洗階段；反洗結束后濾器A進入過濾狀態，此時，KVA3126A、KVA3127A處于開狀態，KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B、KVA3128B處于關狀態。

如果兩次反洗時間間隔小于所設定的反洗間隔時間，則視為頻繁反沖洗，只有在頻繁反沖洗時超聲波才投入。濾器A的超聲波投入時，KVA3126A、KVA3127A、KVA3128A關閉，電機A停止工作，超聲波A啟動。同時，B切換上線開始過濾，此時，KVA3126B、KVA3127B處于開狀態，KVA3128B處于關狀態；A超聲波工作30分鐘后停止，同時，進入水力反洗5分鐘，此時，KVA3127A、KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B處于開狀態，KVA3126A、KVA3128B處于關狀態，電機A工作。水力反洗結束后濾器A轉換下線，轉為備用，此時，KVA3126A、KVA3127A、KVA3128A、KVA3128B處于關閉狀態，KVA3126B、KVA3127B處于打開狀態。電機A停止。濾器B與A雷同。

在自動狀態下，可對正處于過濾階段的濾器進行在線強制水力反沖洗。只需按下強制反沖洗啟動按鈕即可，需要停止時，按下強制反沖洗停止按鈕。如果用戶按下強制反沖洗啟動按鈕后10分鐘沒有按下強制反沖洗停止按鈕，系統將自動停止強制反沖洗。

圖1 超聲波濾器系統結構圖

3 情況分析與改造思路

3.1 情況分析

由于濾罐內雜質的快速積累，出入口之間經常出現壓差高的情況，造成系統在自動運行的情況下經常進入過頻反洗狀態，而時間啟動模式基本不會觸發（也就是說，在2小時內，濾罐肯定會出現高壓差的情況）。超聲波振蕩頻繁啟動，流程切換頻繁且突然，中控系統Modbus極不穩定，導致操作人員無法及時了解系統過濾及反洗的工況，因此，壓差啟動反洗的流程已非常不符合平臺的實際生產需要。

3.2 優化思路

（1）對超聲波濾器排污流程進行維修，拆除原有手動球閥，安裝3寸150LB手動截止閥2個，施工單位提供閥門與相應法蘭管線接頭并焊接安裝。

（2）系統反洗啟動條件改為單純的時間啟動方式，每兩小時進行一次反洗，反洗的流程與過頻反洗一致，即當A罐啟動反洗時，A罐入口閥、出口閥、排污閥關閉，電機保持關閉狀態，超聲波啟動，同時，B罐切換至過濾狀態，即B罐入口閥、出口閥打開，排污閥、電機、超聲波保持關閉狀態；A罐進行了30分鐘的超聲波振蕩之后，出口閥、排污閥打開，電機開啟，超聲波關閉，入口閥保持關閉狀態，同時，B罐保持過濾狀態，清水反洗5分鐘后A罐下線，由B罐繼續進行過濾工作。B罐流程與前者一致。

圖2 超聲波濾器系統工作流程

（3）在反洗啟動后，B罐會在超聲波振蕩結束前一分鐘自動向中控觸發脈沖報警，觸發信號為超聲波濾器B反洗信號，該信號于超聲波振蕩結束前60秒閉合，2秒鐘后斷開觸發中控報警，超聲波振蕩結束前30秒再次閉合，2秒鐘后信號跳開觸發中控報警。中控收到報警后便可以提醒操作人員到現場進行配合監護工作。A罐和B罐會在反洗結束后向中控再次觸發一次報警，以提示反洗結束。

4 改造實施

針對改造思路，對系統控制程序進行修改，以實現控制需要。

（1）當A罐過濾計時累計到120分鐘（當C1大于等于變量VW1024內設定120）時，狀態位M0.3啟動，A罐觸發反洗流程。

圖3 A罐反洗流程觸發程序

（2）修改原程序中M0.3的觸發流程，原程序中M0.3觸發M8.0，由后者輸出A罐時間反洗的執行信號，修改后新建變量M13.0，由M13.0觸發A罐過頻反洗的執行信號M1.4，并執行A罐過頻反洗流程。

圖4 A罐觸發流程的變動

（3）修改反洗啟動狀態位M0.3復位條件，由反洗結束（當C2大于等于變量VW1022內設定5時）時復位，修改為超聲波反洗結束（當C4大于等于變量VW1026內設定30時）時復位。其他主要控制流程基本不變。

（4）B罐程序修改和A罐類似，A罐的M0.3對應B罐的M4.6，A罐的M8.0對應B罐的M8.5，A罐的M13.0對應B罐的M13.1，A罐的C1對應B罐的C6，A罐的C2對應B罐的C7，A罐的C4對應B罐的C9，其他主要控制流程基本不變。程序如圖5 Row2所示。

圖5 B罐反洗流程觸發程序

圖6 B罐觸發流程的變動

（5）B罐超聲波結束前1分鐘預警的控制流程，輸出通道為Q4.6（輸出到中控的B反洗信號）。反洗前60秒反洗輸出信號置1，反洗前58秒反洗輸出信號跳開置0，觸發中控系統報警；反洗前30秒反洗輸出信號置1，報警暫時取消，反洗開始前28秒反洗輸出信號再次跳開置0，再次觸發中控系統報警；反洗開始后反洗輸出信號置1，報警信號取消，系統正式進入反洗狀態。對應程序如圖7所示。

（6）對Q4.5和Q4.6所在的輸出語句進行修改，原程序重復觸發這兩個線圈，為PLC編程的大忌，現對程序進行了歸并和調整，并增加（5）所述流程。

對應程序如圖8 Row3所示。

圖7 A罐反洗狀態輸出信號

圖8 B罐反洗狀態輸出及報警信號

（7）修改原PLC程序中Modbus程序的Error信息存放變量，原先的變量引用的MB11和MB12與流程控制程序中的控制變量M11.0至M11.7、M12.0、M12.1相重疊，為PLC程序的流程帶來一定隱患，現修改為MB14和MB15。

表1 流程手動測試記錄

5 結果調試

程序下裝后，手動調試流程正常。具體調試過程如表1所示。

調試期間，每個設備至少啟停兩次，設備動作均正常。

經過一系列聯調，自動流程可實現既定要求。具體調試過程如表2所示。

表2 流程自動測試記錄

調試期間，整體流程至少運轉三個周期（即從步驟1～7為一個周期），設備動作正常，可以正常實現過濾、反洗的運行以及A、B罐的切換。

6 結語

緊密結合現場實際需求，按照改造思路對系統實施改造完畢后，對超聲波濾器進行功能調試、驗證，確認超聲波自動運行功能滿足現場工藝流程使用要求，達到了預期的效果。