大型站庫智能均衡輸油控制系統設計與實現

一、前言

在油氣田開發進程中，大型站庫作為油氣集輸的關鍵樞紐，承擔著油氣集中處理、增壓外輸等重要任務，其運行效率與穩定性直接關系到整個油氣生產鏈的效益與安全。隨著油氣田開采規模的持續擴大和開采年限的增長，油井產量、井口壓力等生產參數的波動愈發顯著，傳統輸油控制系統在應對復雜多變的工況時，暴露出諸多弊端。在此背景下，開展大型站庫智能均衡輸油控制系統的設計與實現研究，通過算法計算、自動調參控制站點外輸油量的相對穩定，從而解決下游站點來液量波動大的問題，實現區域轉油站平穩運行。

二、大型站庫智能均衡輸油算法模型構建

（一）站間外輸平衡分析模型

站間外輸平衡分析模型以轉油站處理能力和來液波動為約束構建。在計算順序輸送策略時，綜合考慮上游各站的來液情況、轉油站自身處理能力及設備運行狀態，對各上游站來液進行優先級劃分，確定合理輸送順序，從而在生產環節避免來液過度集中或不足。在調控外輸泵參數方面，依據轉油站處理能力上限和來液波動允許范圍，結合實時來液量與泵當前運行參數，通過數學算法精確計算外輸泵的轉速、流量等調控參數。

該模型通過優化輸送策略和精準調控外輸泵參數，有效降低來液波動幅度。在保障轉油站處理能力不超限的同時，使來液量保持在相對穩定水平，減少因來液大幅波動對轉油站設備造成的沖擊，提升設備使用壽命，進而提升站間來液穩定性，保障整個集輸系統的平穩運行。

（二）站內平衡模型

站內平衡模型依據三相分離器處理能力和效果匹配來液處理工藝流程。模型首先獲取三相分離器實時處理能力數據，結合來液的流量、成分等參數，利用數學計算和邏輯判斷，確定最適配的來液處理路徑。當來液量在三相分離器處理能力范圍內時，根據來液性質選擇合適的預處理環節，再引導至分離器進行高效油氣水分離。若來液量超出處理能力，模型則將部分來液合理分配至事故存儲罐或調整輸送節奏，避免分離器過載。通過精準匹配來液處理流程，可使三相分離器始終在適宜工況下運行，減少設備磨損和發生故障概率，延長設備使用壽命。同時，合理處理超量來液，避免因來液沖擊導致設備振動、變形等問題，維持站內其他相關設備（如泵、管道等）的穩定運行，確保整個站內處理系統的高效、穩定運轉，為集輸生產提供堅實保障。

（三）算法邏輯與計算規則

算法輸入參數分為上游站和下游轉油站數據。上游站數據中，預計進液量為最近2小時外輸累積量平均值，通過算法生成時自動采集外輸流量計數據計算得到。輸油泵最小排量由人工設定，后續算法配置自動引入且可修改。緩沖罐當前液位高度、輸油泵運行狀態等通過自動采集獲取。下游轉油站數據里，均衡進液量是接收的上游增壓點來液量24小時平均值，經自動采集計算得出，三相分離器最大處理能力等由人工設定。算法生成時，依據實時數據判斷緩沖罐液位是否達到啟/停泵或調頻液位，確定間輸站、長輸站。動態調節時，計算轉油站均衡進液量浮動區間和預計外輸總量，根據兩者關系進行排量調整。動態更新采取周期完整執行完間隔2分鐘策略，按算法生成規則生成新方案，自動運行規則為每隔1分鐘判斷是否到達預計結束時間，若到達則生成新算法[。

圖1大型站庫智能均衡輸油控制系統結構圖

三、大型站庫智能均衡輸油控制系統設計

（一）系統總體架構

大型站庫智能均衡輸油控制系統采用數據采集與監控層、動態模型與算法層、執行與反饋層的分層架構，如圖1所示。數據采集與監控層借助SCADA系統集成各類傳感器（如流量計、液位計、壓力變送器等），收集二轉實時進液量、預計進液量，以及上游站泵實際外輸量、運行狀態、緩沖罐液位等參數，并實時傳輸至麥杰庫，為后續分析提供數據支撐。動態模型與算法層基于采集數據，運用時間序列預測模型（ARIMA）預判進液趨勢，通過緩沖罐液位控制模型調整泵組外輸量，依據設定的啟停和調頻邏輯生成控制策略。執行與反饋層的PLC控制模塊接收指令，下發至上游站泵組執行啟停、調頻操作，同時安全保護機制監測閥故障、緩沖罐高液位等異常情況并報警，實現對輸油過程的閉環控制，確保系統穩定運行[2。

（二）軟件系統設計

基于算法計算分析邏輯，構建均衡輸油控制系統，實現數據看板、算法管理、數據監測、系統管理四個功能模塊，18個子功能。通過軟件系統設計將生產參數代入算法程序中，不斷迭代、優化算法模型，提高其適應性和預測能力。

四、大型站庫智能均衡輸油控制系統實現

（一）數據采集與傳輸技術

在大型站庫智能均衡輸油控制系統中，借助SCADA系統集成傳感器采集數據。各類傳感器（如流量計、液位計、壓力變送器等）被合理部署于鎮二轉及上游站相關位置，用于精準感知輸油過程中的實時參數，鎮二轉的實時進液量、上游站泵的實際外輸量、緩沖罐液位等數據均能被快速捕獲。SCADA系統憑借其強大的兼容性和接口適配能力，將這些分散的傳感器數據進行整合，構建起統一的數據采集網絡。

采集的數據需實時傳輸至數據庫，為此采用工業以太網、無線通信等多種傳輸方式，依據站庫現場環境和數據傳輸需求進行靈活選擇。這些傳輸方式以高速穩定的通信協議為支撐，實現數據的可靠傳輸。數據在傳輸過程中，通過冗余校驗、糾錯編碼等技術手段對數據進行完整性和準確性校驗，確保到達數據庫的數據能真實反映輸油系統運行狀態，為后續系統的分析決策提供堅實的數據基礎[]。

（二）算法驅動的均衡輸油控制系統

1.可視化看板

可視化看板由集輸拓撲圖、來液分析圖等構成。集輸拓撲圖呈現各上游站與目標轉油站的布局關系，實時展示站點間來液與外輸數據。來液分析圖聚焦24小時內轉油站來液情況，清晰展示各上游站外輸油量及其占比，便于操作人員直觀掌握來液構成，分析不同上游站對轉油站來液的貢獻程度，及時發現來液量的異常波動點。

2.算法管理

在大型站庫智能均衡輸油控制系統的算法管理中，算法配置是基礎環節。操作人員通過專門的配置頁面，對上游站和轉油站相關數據進行設定，涵蓋輸油泵技術參數、緩沖罐液位閾值、三相分離器處理能力等關鍵信息，還可設置算法自動優化頻率。完成配置后，系統依據設定參數以及采集的實時數據，按照既定規則生成算法。

生成算法時，系統綜合考慮各方面因素，依據來液量、泵排量等數據確定間輸站和長輸站，并規劃輸送策略和泵調控參數。算法生成后即可執行，操作人員確認算法結果無誤后下達執行指令，系統將算法計算結果下發至工控系統，驅動外輸泵、電動三通閥等設備。

3.應急策略

在大型站庫智能均衡輸油控制系統的應急策略中，工藝配置方面針對緩沖罐液位異常制定了詳細方案。系統預先設定緩沖罐高啟低停點位，當液位到達規定點位，算法暫停運行，現場人員優先處理緩沖罐液量，使液量恢復正常值。之后，系統根據預先選擇的“繼續執行”或“重新執行”指令，決定算法是延續暫停前狀態還是重新生成并執行，以此確保在液位異常時能合理調整輸油策略，避免事故發生。

網絡配置方面，當出現網絡問題（如離線、數據異常等）時，系統會展示數據中斷時正在執行的算法，現場人員可手動維護因網絡問題無法獲取的來液量等關鍵數據。同時，通過在辦公網與工控網進行物理隔離、在工控網內設置白名單、拆除或封閉工業主機不必要接口、強化設備登錄賬戶密碼管理，以及部署網絡安全監測設備等措施，多管齊下保障網絡安全，維持系統在網絡故障時的基本運行能力，最大限度降低網絡問題對輸油過程的影響，保障系統在突發情況下穩定運行。

4.參數監測

大型站庫智能均衡輸油控制系統的參數監測功能依托于對上游站和轉油站的數據監測臺賬。該臺賬記錄了各站算法相關參數，包括時間段、來液累積、外輸累積、外輸預計、外輸預計偏差以及當前泵頻等信息。通過對這些數據的整合與管理，可精確追溯各站在不同時段的輸油情況，為分析系統運行趨勢提供翔實依據。

數據曲線的展示則進一步增強了數據的可視化效果。以時間為橫軸，將各類型數據繪制成曲線，能夠直觀呈現數據的變化趨勢。操作人員可通過觀察來液量曲線，快速發現來液量的波動情況。通過外輸量曲線，分析外輸穩定性。依據這些曲線，能更精準地評估系統運行狀態，及時察覺潛在問題

（三）系統安全保障措施

1.工藝安全措施

在大型站庫智能均衡輸油控制系統中，針對設備故障和進液量激增等風險，采取巡檢管理和聯鎖控制等工藝安全措施降低火災爆炸等事故風險。巡檢管理借助智能場站少人化設備巡檢模式，運用視頻設備進行實時遠程監控，同時定期安排人工現場巡檢，對輸油泵、緩沖罐等設備的運行狀態，以及周邊環境進行全面細致檢查，及時發現設備密封不良、維修保養不到位等潛在安全隱患，以便盡早處理，避免原油泄漏或油蒸氣散發引發事故。聯鎖控制則圍繞關鍵設備和工藝環節展開，在緩沖罐處，當上游井場進液量激增，緩沖罐液位達到高液位時，系統會聯鎖電動三通閥，自動將原油輸送、儲存至事故罐內，防止冒罐和原油泄漏。

2.軟硬件安全措施

軟件系統網絡安全防護采用多種策略。辦公網與工控網進行物理隔離，阻斷外部非法網絡訪問工控網路徑。在工控網內，對節點內工作站、服務器設置白名單，僅允許可信任的設備和軟件運行。拆除或封閉工業主機上不必要的USB、光驅、無線等接口，若確需使用則實施嚴格訪問控制。強化工業控制設備、SCADA軟件、工業通信設備等登錄賬戶及密碼管理，定期更新口令，避免使用默認或弱口令。

五、結語

綜上所述，大型站庫智能均衡輸油控制系統通過分層架構、精準算法模型及多元功能模塊，有效解決傳統輸油系統輸差波動大的問題。在算法層面，站間外輸平衡和站內平衡模型優化輸油策略。軟件系統中，可視化看板、算法管理等模塊提升管控水平。安全保障措施為系統穩定運行筑牢防線。未來應持續優化算法準確性和系統穩定性，算法模型應用成熟、穩定時可考慮將轉油站區域應用范圍延伸至下游區域聯合站，為油氣行業智能化發展提供更強有力的支持。

參考文獻

[1]陳福澤，左永剛，謝海兵，等.基于PLC的輸油泵站控制系統設計[J].艦船電子工程，2024，44（09）：193-199.

[2]周睿，曹吉胤，鄭賢中，等.基于PLC的船舶供油控制系統設計[J]機械工程與自動化，2023（02）：155-157.

[3]陳建萍.儲油控制系統輕量級卷積網絡及遷移學習異常檢測研究[D].北京：北京石油化工學院，2022.

[4]李凱麗.儲油控制系統中仿真平臺搭建與異常檢測算法的研究[D].北京：北京石油化工學院，2022.

[5]楊波，張金明，趙衍.基于總線式數據采集的恒壓輸油控制系統[J].工業控制計算機，2017，30（11）：36+38.

作者單位：長慶油田分公司第十一采油廠

責任編輯：王穎振鄭凱津