會員咨詢
提 交

產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS

少用電  用好電  再生電  存儲電  防爆電

解決方案

青海油田計轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)水泵的自動控制

發(fā)布時間:2014-04-11 作者:新風(fēng)光

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(biāo):
  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(biāo),必須在油水分離時嚴(yán)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(jìn)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(biāo),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(biāo);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(dāng)油水分界面低時,一臺泵運行;當(dāng)油水界面較高時,兩泵并聯(lián)運行。當(dāng)油水界面超低時,到達(dá)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(dāng)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(jìn)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(dāng)?shù)倪M(jìn)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(jìn)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(biāo)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(biāo)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(rèn)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(jìn)行適當(dāng)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(dāng)目標(biāo)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(dāng)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(dāng)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(dá)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(biāo)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(dāng)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(biāo)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(dá)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(dāng)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(dāng)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(jìn)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(dāng)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。