第二章2聯(lián)合站自動(dòng)化

1、*1第三節(jié) 聯(lián)合站自動(dòng)化 聯(lián)合站的任務(wù) 集油、計(jì)量、油氣水分離、脫水穩(wěn)定、儲(chǔ)存、外輸、污水處理等 主要設(shè)備： 三相分離器、電脫水器、加熱爐、原油穩(wěn)定裝置、天然氣處理系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)*2*3*4一、聯(lián)合站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀一、聯(lián)合站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外現(xiàn)狀國(guó)外現(xiàn)狀國(guó)外在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)方面比我國(guó)發(fā)展的快速，早在上世紀(jì)的50年代，美國(guó)就建成第一套自動(dòng)化監(jiān)控輸送系統(tǒng)解決了原油的自動(dòng)收集、處理、計(jì)量、輸送問題。60年代，Arco油田公司就已經(jīng)將PLC用于注水控制，并很快發(fā)展到報(bào)警、泵控等其它領(lǐng)域。隨著監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用于油田生產(chǎn)控制與管理中，它與油田開采中的處理設(shè)備上的檢測(cè)

2、儀表和控制設(shè)備直接連接，能夠?qū)崟r(shí)和不斷的獲取檢測(cè)儀表所檢測(cè)到的運(yùn)行信息。國(guó)外有些油田還實(shí)現(xiàn)了注氣、注水的優(yōu)化控制。*5*6自從美國(guó)Honeywell公司于1975年成功的推出世界上第一套DCS以來，經(jīng)歷了20多年的時(shí)間，DCS已走向成熟。目前的DCS發(fā)展成為基于計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、控制技術(shù)（control）、通信技術(shù)和圖形技術(shù)即4C技術(shù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)將分布在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（附近）的現(xiàn)場(chǎng)控制站、檢測(cè)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(lián)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(tǒng)。目前國(guó)外已經(jīng)將自動(dòng)化技術(shù)提升到對(duì)原油的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、銷售等環(huán)節(jié)進(jìn)行全面監(jiān)控的現(xiàn)代化管理

3、水平的高度。英國(guó)石油公司建立的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)地質(zhì)情況自動(dòng)控制產(chǎn)量。美國(guó)油田甚至將銷售差也考慮在自動(dòng)化管理系統(tǒng)中。*7國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 目前的聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)主要分為人工監(jiān)測(cè)控制、常規(guī)儀表自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制、計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制等三種方法。 上世紀(jì)九十年代，計(jì)算機(jī)控制開始應(yīng)用于聯(lián)合站生產(chǎn)過程，尤其是西部塔里木、吐哈、準(zhǔn)格兒三大盆地的開發(fā)和建設(shè)，油田生產(chǎn)過程中的自動(dòng)控制和管理得到了迅速的發(fā)展。 1992年5月，鄯善油田就使308口油水井、19座計(jì)量站全部實(shí)現(xiàn)了由單井、單個(gè)裝置，單站自動(dòng)化向全油田，全線自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變。*8 隨著油田開采的深入，油田已經(jīng)進(jìn)入到高含水及日產(chǎn)量不穩(wěn)定的階段，因此對(duì)油田的自動(dòng)化水平

4、要求亦越來越高，系統(tǒng)的控制策略已不適合當(dāng)前中轉(zhuǎn)站來液量大且波動(dòng)大的實(shí)際情況，監(jiān)控軟件中的先進(jìn)控制方法以及軟硬件交互的開放性應(yīng)用也不夠。隨著DCS向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制發(fā)展，集輸系統(tǒng)生產(chǎn)過程控制不僅限于聯(lián)合站范圍內(nèi)的操作和控制，還向過程控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合方向發(fā)展，即控制和管理一體化。因此，聯(lián)合站采用DCS是最佳選擇，目前絕大多數(shù)聯(lián)合站采用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是聯(lián)合站采用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是DCS。*9 二、聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)二、聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 根據(jù)過程控制集中維護(hù)、統(tǒng)一管理的基本模式，監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)多級(jí)的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一般可分為三級(jí)，即監(jiān)控中心（SCSupervi

5、sion Center）、監(jiān)控站（SSSupervision Station）、監(jiān)控單元（SUSupervision Unit）。 其中監(jiān)控中心和監(jiān)控站中監(jiān)控主機(jī)為PC機(jī)或工控機(jī)，監(jiān)控單元通常由現(xiàn)場(chǎng)儀表構(gòu)成。監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控中心和監(jiān)控站人員可以通過本地中心監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)視其監(jiān)控范圍內(nèi)的所有被監(jiān)控對(duì)象的工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)還提供生成規(guī)定的各種統(tǒng)計(jì)資料、圖表等功能。系統(tǒng)各組成部分的主要功能如下： 1. 監(jiān)控單元的功能 設(shè)備監(jiān)控單元直接與被控設(shè)備相連，主要完成以下功能： （1）周期性的實(shí)時(shí)采集被監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與工作狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行諸如存儲(chǔ)、顯示等方面的處理，并實(shí)時(shí)主動(dòng)的向監(jiān)控站發(fā)送被監(jiān)

6、控對(duì)象的狀態(tài)； （2）隨時(shí)接收和執(zhí)行上一級(jí)計(jì)算機(jī)下達(dá)的對(duì)被控設(shè)備的控制命令； （3）接受上一級(jí)下達(dá)的配置信息，刷新配置文件；*10 2. 監(jiān)控站的功能 監(jiān)控站是監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集和處理的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)，它向下與各設(shè)備監(jiān)控單元相連，通過串行通信接口接收各設(shè)備監(jiān)控單元傳送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后向上一級(jí)傳送。其主要功能有： （1）實(shí)時(shí)監(jiān)視站內(nèi)各監(jiān)控單元的工作狀態(tài)，同時(shí)與監(jiān)控中心通信，實(shí)時(shí)的向監(jiān)控中心轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)警信息，并接收來自各監(jiān)控單元的故障信息； （2）設(shè)置各監(jiān)控單元的參數(shù)如告警門限制、告警等級(jí)等等； （4）實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控單元采集的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和告警信息； （5）具有統(tǒng)計(jì)功能，能生成所需的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表及曲線，如

7、告警統(tǒng)計(jì)報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)曲線等等。*11 3. 監(jiān)控中心的功能 監(jiān)控中心是監(jiān)控系統(tǒng)中最高一級(jí)計(jì)算機(jī)。它除具有監(jiān)控站的功能以外，還應(yīng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)視各監(jiān)控站的工作狀態(tài)并根據(jù)需要顯示或打印監(jiān)控站的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息的功能。 隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的水平在不斷提高；從單機(jī)控制發(fā)展到分布式控制系統(tǒng)（DCS），隨著可編程控制器（PLC）性能不斷完善，在DCS中得到了廣泛的應(yīng)用。近期又發(fā)展了新的全開放、全分散、可操作的系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS），已開始應(yīng)用于DCS的過程控制層。*12 4、聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)、聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn) 聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)充分體現(xiàn)信息化和集成化（In

8、formation & Integration）聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)可以采集整個(gè)聯(lián)合站和過程控制的信息數(shù)據(jù)，這些大量的數(shù)據(jù)能夠以合適的方式體現(xiàn)，并幫助決策過程。 監(jiān)控系統(tǒng)的集成性則體現(xiàn)在兩個(gè)方面：功能的集成和產(chǎn)品的集成。過去，聯(lián)合站應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)基本上是以廠商自主開發(fā)為主所提供的系統(tǒng)。當(dāng)今的聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)本身的集成性和解決方案能力，監(jiān)控系統(tǒng)中除保留傳統(tǒng)DCS所實(shí)現(xiàn)的過程控制功能之外，還集成了PLC、RTU（Remote Terminal Unit，遠(yuǎn)程終端設(shè)備）、FCS、各種多回路調(diào)節(jié)器、各種智能采集或控制單元等。*13 5、聯(lián)合站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求、聯(lián)合站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求

9、對(duì)于不同的應(yīng)用對(duì)象有不同的具體要求，但對(duì)大多數(shù)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說， 運(yùn)行上可靠、技術(shù)上先進(jìn)、使用上方便、應(yīng)用上靈活、時(shí)間上節(jié)省、經(jīng)濟(jì)上合理是共同的基本要求。*14*15三、三相分離器三、三相分離器一、一、 工作原理工作原理 油氣水混合物進(jìn)入脫氣室，靠旋流分離及重力作用脫出大量的原油伴生氣，脫氣后的油水混合物經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入水洗室，在含有破乳劑的活性水層內(nèi)洗滌破乳，再經(jīng)聚結(jié)整流后，流入沉降分離室進(jìn)一步沉降分離，脫氣原油翻過隔板進(jìn)入油室，脫出水靠壓力平衡經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入水室，再經(jīng)各自出口管匯導(dǎo)出，從而達(dá)到油氣水三相分離的目的。*16三相分離器工藝流程示意圖三相分離器工藝流程示意圖沉降室油室水室水洗聚結(jié)整

10、流天然氣出口水出口油出口排污來油天然氣放空淹管調(diào)節(jié)*17三、三相分離器三、三相分離器二、二、 自控系統(tǒng)自控系統(tǒng) 分離器自控系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：氣路、油路和水路，分別采用常規(guī)儀表對(duì)三相分離器油（水）室液位及壓力進(jìn)行控制。 控制系統(tǒng)由被控對(duì)象（液位、壓力）測(cè)量單元、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成。壓力檢測(cè)采用電動(dòng)壓力變送器，油（水）室液位檢測(cè)采用雷達(dá)液位計(jì)，遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)器采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；現(xiàn)場(chǎng)顯示采用磁翻板（柱）液位計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用浮球液面調(diào)節(jié)閥。*18 三相分離器測(cè)控系統(tǒng) 1、天然氣計(jì)量與測(cè)控系統(tǒng) 維持罐內(nèi)壓力并計(jì)量天然氣流量、安全保護(hù)（超壓) 2、油水界面測(cè)控系統(tǒng) 調(diào)節(jié)油水界面、出水計(jì)量 3、油氣界面控制

11、系統(tǒng) 維持油氣界面、出油計(jì)量 2、油水界面測(cè)控系統(tǒng) 調(diào)節(jié)油水界面、出水計(jì)量*19*20三、三相分離器三、三相分離器三、運(yùn)行參數(shù)三、運(yùn)行參數(shù) 設(shè)備規(guī)格：300014600 操作壓力：0.25MPa 處理液量：1500m3/d 出口原油含水：0.5 出口污水含油：200mg/l *21三相分離器三相分離器 四、四、 工作特點(diǎn)工作特點(diǎn) 三相分離器將原油的脫氣、脫水結(jié)合在一起綜合處理，工藝簡(jiǎn)單，投資少，管理和維護(hù)簡(jiǎn)單，有利于實(shí)現(xiàn)原油處理工藝的密閉。 適用于油田原油脫水、脫氣等工藝，既能將含水原油處理為凈化油，也可用于高含水油田原油的預(yù)脫水工藝，可人為控制出口原油含水率，操作方便簡(jiǎn)單。 *22四、電脫水

12、器測(cè)控系統(tǒng) 主要內(nèi)容 1、自動(dòng)監(jiān)控參數(shù) 油水界面位置、出油含水率、壓力、溫度、電場(chǎng)電壓與電流 2、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 保持油水界面、保持電場(chǎng)電壓 3、自動(dòng)報(bào)警與保護(hù) 超高、超低壓力、超溫 油水界面位置控制系統(tǒng) 油水界面控制主要就是把油水過過渡區(qū)保持在電極之下，進(jìn)液分配頭之上，該系統(tǒng)采用差壓變送器測(cè)量等效界面高度，信號(hào)送至液位指示控制報(bào)警環(huán)節(jié)LICA按PID規(guī)律調(diào)節(jié)，同時(shí)判斷界面超高超低報(bào)警，通過電氣轉(zhuǎn)換器I/P控制調(diào)節(jié)閥開度，這屬于簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)。*23*24五、加熱爐自動(dòng)調(diào)節(jié) 主要內(nèi)容 1、參數(shù)測(cè)量 溫度、壓力 2、控制系統(tǒng) 進(jìn)油量、風(fēng)量 3、自動(dòng)報(bào)警與保護(hù) 超高*25六、典型加熱爐的控制方案 常用的控

13、制方法有簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 1、簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng) (1) 用自力式調(diào)節(jié)裝置，TT0,TIC,TCV一體 (2)就地式調(diào)節(jié)裝置，TT0與TIC一體 (2)單元組合儀表式，各有對(duì)應(yīng)的儀表與裝置*26圖中，簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)由爐出口溫度變送器TT0、溫度指示控制環(huán)節(jié)TIC、電氣轉(zhuǎn)換器I/P、調(diào)節(jié)閥TCV組成。TIC根據(jù)出口溫度PV與給定值SP之偏差按PID 規(guī)律改變?nèi)加土縬m。*27 一種由主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器彼此串接的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 主調(diào)節(jié)器根據(jù)主參數(shù)與給定值的偏差輸出信號(hào)，作為副調(diào)節(jié)器的給定值,副調(diào)節(jié)器同時(shí)接受副參數(shù)信號(hào)和給定值并控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。副調(diào)節(jié)器的工作是隨動(dòng)調(diào)節(jié)，主調(diào)節(jié)器的工作

14、是定值調(diào)節(jié)。 在串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用時(shí)，先投副回路，后投主回路 2、串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)*28*293、前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 利用輸入或2917:36擾動(dòng)信號(hào)的直接控制作用構(gòu)成的開環(huán)控制系統(tǒng)。 *304、復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng) 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 串級(jí)+前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的作用控制系統(tǒng)的作用 - 抑制擾動(dòng)抑制擾動(dòng)*31串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由主回路和副回路組成。加熱爐控制主回路由爐出口溫度變送器TT0,調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)TIC1組成。*32 副回路由爐膛溫度變送器TT、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)TIC2、電氣轉(zhuǎn)換器I/P、調(diào)節(jié)閥TCV組成。 副回路對(duì)擾動(dòng)有抑制作用。 影響加熱爐出口的擾動(dòng)2個(gè)： 擾動(dòng)1：影響爐膛溫度變化的干擾因素 擾動(dòng)2

15、：被加熱原油的進(jìn)爐溫度和流量*33 流量溫度時(shí)，取進(jìn)爐溫度T1作為前饋參數(shù)。 前饋?zhàn)饔糜蛇M(jìn)爐溫度變送器TT1、前饋系統(tǒng)K1及加法器引入系統(tǒng)。 SP2 副回路給定值*34 SP2 副回路給定值*355、熱媒爐自動(dòng)化系統(tǒng) GE-NATCO熱媒加熱微機(jī)測(cè)控系統(tǒng) 熱媒爐工藝流程 系統(tǒng)由熱媒加熱系統(tǒng)、熱媒原油換熱系統(tǒng)、熱媒穩(wěn)定供給系統(tǒng)和壓縮空氣供給系統(tǒng)組成 爐主體-燃燒設(shè)備、輻射段、過度段、對(duì)流段與煙囪組成。*36*37 熱媒爐微機(jī)測(cè)控系統(tǒng) (1)功能自動(dòng)報(bào)警與停車自動(dòng)順序點(diǎn)火連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)熱媒流量、燃油流量、助燃風(fēng)量顯示打印各過程變量與站控RTU的通訊功能 (2)硬件配置*38 (2)硬件配置 主機(jī)與外

16、設(shè)組成 主機(jī)計(jì)算機(jī)為模塊化結(jié)構(gòu)，配置各種模入(AI)和模出(AO)組件、開關(guān)量輸入(SC)和輸出(DO)、邏輯量輸入(LI)輸出(LO)、多路傳輸器(MX)、電源。*39 過程變量模入/模出通道 熱媒入口溫度T1 熱媒入口流量Q1 燃油流量QF 爐出口熱媒溫度T0 煙囪過剩氧量Q2% 盤管壁溫度 煙囪溫度 燃油溫度 火嘴溫度模出通道3個(gè)熱媒質(zhì)量流量計(jì)調(diào)節(jié)燃油流量調(diào)節(jié)助燃風(fēng)量調(diào)節(jié)模入通道9個(gè)*40 過程開關(guān)量輸入輸出通道 主要為了保證熱媒爐系統(tǒng)安全運(yùn)行及自動(dòng)順序起爐設(shè)置的。 鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失靈 鼓風(fēng)機(jī)壓力過低 熱媒入口流量過低停爐 熱媒出口溫度過高停爐 288度 輻射室壓力過高停爐 燃油壓力過低 霧

17、化風(fēng)壓力過高過低 儀表風(fēng)壓力過低*41 過程開關(guān)量輸入輸出通道 燃油溫度過高過低 煙道溫度過高 氧含量過低 火嘴溫度過高 燃油流量計(jì)失靈 點(diǎn)火失靈 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)斷電 原油換熱器出口溫度過高、過低 原油換熱器出口流量過低 用戶軟件靖邊采油廠八號(hào)聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)靖邊采油廠八號(hào)聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件組態(tài)王6.51，結(jié)合傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集、參數(shù)實(shí)時(shí)與歷史趨勢(shì)顯示、參數(shù)與事件報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)工況動(dòng)態(tài)顯示等功能。能對(duì)各種監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和報(bào)表自動(dòng)生成、查詢及打印，基本上滿足了用戶的需求。*42 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了靖邊采油

18、廠八號(hào)聯(lián)合站的實(shí)時(shí)監(jiān)督與動(dòng)態(tài)控制，提高了聯(lián)合站的自動(dòng)化監(jiān)控水平，減小了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除生產(chǎn)安全隱患，保證生產(chǎn)過程安全可靠運(yùn)行。還提高了聯(lián)合站的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。 靖邊采油廠八號(hào)聯(lián)合站是靖邊采油廠新建的重要項(xiàng)目，聯(lián)合站集輸系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工程項(xiàng)目涉及鍋爐供熱、脫水、外輸、注水、污水處理五個(gè)方面。靖邊采油廠八號(hào)聯(lián)合站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其主要任務(wù)是完成聯(lián)合站內(nèi)的主要生產(chǎn)過程監(jiān)控，對(duì)各運(yùn)行參數(shù)（集輸控制系統(tǒng)的溫度、壓力、液位、流量、可燃?xì)怏w濃度等）有實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警等功能。*43靖邊采油廠八號(hào)聯(lián)合站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案 本系統(tǒng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用臺(tái)灣研華工控機(jī)，具有很高的可靠性；監(jiān)控部分采用研華分布式I/O監(jiān)控系統(tǒng)ADAM-5000系列和西門子PLC S7-200控制系統(tǒng)，具有很高的可靠性和實(shí)時(shí)性，較高的擴(kuò)展性。如圖3-1所示*44*45 2. 計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)方案 上位機(jī)系統(tǒng)軟件采用圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的Windows 200NT，組態(tài)軟件采