產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
青海油田計轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)水泵的自動控制
引言:
油田從采集原油,,到原油的存儲,,有一個比較復(fù)雜的輸送過程。在這個過程中,,油水分離是比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié),。主要有兩個指標:
1要保證一定的管道輸液量;
2輸送的原油含水率控制在30%~35%,。
即:一方面,,長輸管道輸送的油水混合物要保證一定的輸量。如采油二廠目前要保證58 m3/ h,即每天要有1400 m3/日輸量,;另一方面,,所輸油水混合物的含水率不能太高,如果保證1400 m3的管輸量的前提下,,純原油量應(yīng)保證在900 m3 以上,,即含水不能超過35%。
要實現(xiàn)以上指標,,必須在油水分離時嚴格控制含水率,,并將水快速排掉。為實現(xiàn)這個過程,,油田在總結(jié)以前工頻控制的基礎(chǔ)上,,綜合考慮各方面的因素后,決定利用油水界面控制轉(zhuǎn)水泵轉(zhuǎn)速,,實現(xiàn)油水界面穩(wěn)定的自動控制,。
一、油水分離的控制過程
油水分離的控制過程可有以下簡意圖表示之,,如圖1,。
從油田上采集的是油水混合物,通過各個混輸泵輸送到計轉(zhuǎn)站的千方罐中,此時由于油的密度低,,浮于上面,,水的密度高,沉于下面,,形成了一個油水界面,。通過在千方罐安裝視頻,將油水界面信號傳于控制室,,操作人員即可根據(jù)此信號判斷罐中的液位,,從而進行有效的控制。
1,、油水界面高,,則水層多,油層少,,輸送油水混合物的含水率就高,,管輸量就會超標,因此應(yīng)提高轉(zhuǎn)速,,降低油水界面,,保證管輸量在規(guī)定范圍內(nèi)。
2,、油水界面低,,則油層多,水層少,。這一方面,,純油流入500 m3管的量就多;另一方面,,輸送油水混合物含水率太低,,在輸送過程中油就發(fā)稠,甚至發(fā)生凝結(jié)事故,。因此這時就必須降低轉(zhuǎn)速,使水層保持一定的量,,提高輸送油水混合物的含水率,,既使油水界面保持到一定位置,又可使原油迅速流出,,保證一定的含水量,,降低原油凝結(jié)事故的發(fā)生率。
總之,,對千方罐而言,,罐內(nèi)油水界面高,要快速抽水,使水量降低,,保證管輸油的含水率不能超標,;罐內(nèi)油水界面低時,要減少抽水,,使罐內(nèi)液位穩(wěn)定 ,,油能從千方罐迅速流出,保證輸油量,。
改造前采用兩臺轉(zhuǎn)水泵工頻運行,。當油水分界面低時,一臺泵運行,;當油水界面較高時,,兩泵并聯(lián)運行。當油水界面超低時,,到達下限,,兩泵都停止,以保持罐內(nèi)水位,。這樣人工控制,,頻繁啟動,不但造成操作人員勞動強度增大,,也造成轉(zhuǎn)水泵電能損耗增加,,且油水界面控制不穩(wěn)定,增加油水處理的難度,。改造后使變頻器的頻率跟蹤油水界面的移動,,油水界面高時提高轉(zhuǎn)速,界面低時降低轉(zhuǎn)速,,實現(xiàn)油水界面的自動控制,,即減輕操作人員的工作強度,又降低了電能的損耗,,起到節(jié)能降耗的作用,。
二、變頻控制的過程
1,、變頻控制的原理
根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速公式
n=60f*(1-s)/p
式中,,n------------電機轉(zhuǎn)速
f-------------電源頻率
s-------------電機的轉(zhuǎn)差率
p--------------電機的極對數(shù)
當電機的參數(shù)不變時,即s,、p不變時,,n就正比于f,平滑的改變電機的供電頻率,則電機的轉(zhuǎn)速就會得到平滑的改變,。
2,、控制過程
轉(zhuǎn)水泵變頻控制的過程如圖2示:
如圖2所示,,將油水界面的液位傳感器所變換的4-20mA電流信號分別傳至控制室及變頻控制的PID調(diào)節(jié)器,由PID進行比例,、積分,、微分處理后送給變頻器,由該信號調(diào)節(jié)變頻器的頻率,,即可調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速,,實現(xiàn)頻率對液位的跟蹤。
根據(jù)千方罐的罐高,,確定罐內(nèi)油水界面的上下限,,并確定液位的期望值,再根據(jù)油井產(chǎn)液量的多少,,適當?shù)倪M行調(diào)整,,在PID上設(shè)置上下限報警繼電器,由它來觸發(fā)第二臺泵的啟停,。上限時啟動第二臺泵,,快速抽水,下限時停第二臺泵,,由液位信號調(diào)節(jié)變頻器的頻率,,進而調(diào)整轉(zhuǎn)水泵的轉(zhuǎn)速,既可對系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié),。
系統(tǒng)控制的主電路如圖3示,。
根據(jù)工況,設(shè)定變頻器的最高頻率為50Hz,,最低頻率為25Hz,,變頻器為開環(huán)運行,有PID 調(diào)整為閉環(huán)工作,。
3,、調(diào)試過程
該千方罐總高度為12.8米,出油口在10.0米,,設(shè)定油水界面的最上限為9.80米,,最低下限為9.50米。來液量多時,,設(shè)定PID期望值(即目標值)為9.75米,,上下限分別為9.80、9.70米,。來液量少時,設(shè)定PID目標值為9.60米,,上下限分別為9.65,、9.55米,,在上下限外時自動啟動第二臺泵,而在上下限之間時,,有液位信號調(diào)節(jié)變頻器的頻率,,即可跟蹤控制。
PID的參數(shù)調(diào)整時,,由于系統(tǒng)為液位高時轉(zhuǎn)速快,,液位低時轉(zhuǎn)速慢,因此應(yīng)設(shè)為正反饋,,根據(jù)實際情況及油田操作人員的觀察,,首先讓PID自整定,整定出的PID值分別為P:3276,,I:50,,dt: 193.
觀察一段時間后,操作人員認為,,頻率反應(yīng)較慢,,不能跟蹤液位的快速變化,于是提出要求,,要求在設(shè)定值波動范圍內(nèi),,液位比設(shè)定值高出5cm時,頻率應(yīng)升至50Hz,,低于5cm時,,頻率應(yīng)降至最低值25Hz, 又對PID進行適當調(diào)整,經(jīng)試驗,,P為2000,,I為100,dt為30,,并減少反應(yīng)時間t為1,,則反應(yīng)快速,可滿足系統(tǒng)要求,。
如當目標值設(shè)為9.55米時,,液位在9.54---9.56之間時,頻率維持在38.5Hz,,當液位在9.57米時,,頻率波動,升至45Hz,,在9.58---9.59米時,,頻率升至50Hz,上限設(shè)為9.60米,,回差設(shè)為0.02米,,則在9.62米時啟動第二臺泵,;當實際液位降至9.53米時,降 為31Hz,,在9.52-9.51米時,,降為25Hz,下限設(shè)為9.50米,,在9.48米時停第二臺泵,。
觀察一月的運行情況,油田及操作人員比較滿意,,系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,達到了自動控制的目的。調(diào)試完畢,。
4,、現(xiàn)時的運行情況
該系統(tǒng)經(jīng)以上改造后,基本處于以下運行狀態(tài):
(1)供液正常時,, 即千方罐來液正常時,,只要操作人員設(shè)定好PID的上下限,并設(shè)定PID的目標值為上下限中間值,,則系統(tǒng)處于較理想的工況,,由PID 調(diào)節(jié)變頻器的頻率,并有上下限值啟停第二臺泵,,工作較穩(wěn)定,。
(2)當供液較多或較少時,即千方罐來液較多或較少時,,操作人員根據(jù)實際情況調(diào)整液位的上下限及PID 的目標值,,則系統(tǒng)又在新的平衡狀態(tài)下建立新的穩(wěn)定狀態(tài)。
(3)根據(jù)這幾個月的觀察,,操作人員每天根據(jù)液量的變化,,有時調(diào)整一兩次,有時調(diào)整三四次,,有時不調(diào)整,,系統(tǒng)都能處于較好的控制狀態(tài),達到了預(yù)期的效果,。
三,、變頻改造后的效果
(1)能穩(wěn)定控制油水界面,使外輸混合液含水率穩(wěn)定,。即能保證管道輸量,,又能保證含水率。
變頻改造后,,由油水界面調(diào)整變頻器的頻率,,使轉(zhuǎn)水泵的轉(zhuǎn)速自動跟蹤液位的變化,。當液位較高時,自動升至50Hz 運行,,若再高,超出設(shè)定的上限時自動啟動備用泵,。使系統(tǒng)原油水界面相對穩(wěn)定,,控制起來十分方便。
(2)減輕了工人的勞動強度,。原來工人觀察液位的變化后,,再去啟停泵,有時一天十幾次,,甚至二十幾次,,不但費事、麻煩,,勞動強度高,,而且交流接觸器頻繁動作,也增加了器件的磨損,,增加了不安全因素,。
(3)節(jié)能,降低了電能的損耗,。原來兩泵用于工頻,,耗電大。經(jīng)變頻改造后,,1﹟泵處于變頻狀態(tài),,在液位較低時運行在最低頻率(25Hz),相當于空載,,大大節(jié)約了電能,,根據(jù)2006年7月8月的統(tǒng)計結(jié)果顯示改造后比改造前大約節(jié)電30%,18.5KW*2臺*24小時/天*365天/年*30%= 97KW,, 效果是十分明顯的,。
四、 系統(tǒng)需要改進的地方
(1)該系統(tǒng)為兩臺18.5KW 的水泵并聯(lián)運行,。若能改為一臺(如37KW或45KW 的)單獨運行,,則效果會更好,兩臺18.5KW 的排量并不是一臺18.5W 的泵的排量的雙倍,。單泵運行,,不但減少了泵的損耗,控制起來也較方便,。
(2)若用PLC 控制,,使兩泵處于循環(huán)控制狀態(tài),。1﹟泵至50Hz后切換入工頻運行,變頻器再帶2﹟泵,,使2﹟泵處于變頻狀態(tài),;同理當2﹟泵升至50Hz 時,又切入工頻運行,,再有變頻器帶1﹟泵運行,,這樣循環(huán)控制,效果也會更好,。