关键词：自控系统、计量、改造、效果
1概况
大牛地气田采出水处理自控系统具有“点多，面广，线长”的特点。突出表现为：仪表型号不统一、过程控制系统不统一、仪器仪表故障频次高、一二站自动化系统老化、仪表带病工作或停用现象普遍、过程监控系统版本低、过程控制系统精度差、手动操作点多等问题。这些问题导致自动化由助力安全生产逐渐变成拖累安全生产的顽疾，成为老大难。通过气田采出水处理自控系统需求分析，查阅相关文献对其进行设计，完成气田采出水处理自控系统改造。
2工艺流程
从各集气站产出的含甲醇污水经罐车拉运至甲醇污水处理站，首先卸车转水至污水接收罐，经过油水分离，凝析油回收至储罐进行外销，然后经预处理后作为料液储存，料液经甲醇回收装置处理，产出的甲醇产品进甲醇储罐储存，装车拉运至各集气站循环使用;脱甲醇后的废水和生产污水经处理合格后回注地层;水质预处理过程所产生的污泥压滤、外运。
3系统硬件结构
现场的硬件系统主要有2台AB品牌ControLogix系统1756_L61处理器、远程IO模块、主监控室服务器、站场值班室监控计算机、光纤交换机、现场仪表、变频器等组成。上位机组态软件选用了AB品牌FactoryTalk View Site Edition (SE)组态软件。以下对主要硬件做简要介绍：
（1）ControLogix系统1756_L61处理器：该控制器系统封装外形小巧且极具成本优势，不仅可提供离散、驱动、运动、过程和安全控制。还具有通信功能和最先进的I/O。
（2）FactoryTalk View Site Edition (SE)组态软件：该软件用户只需一次设计图形显示画面，然后将其存储在服务器上，就可以在网络上任何一个客户端访问这些画面，无需拷贝、导入、转换、或者重新输入标签或命令。
(3)全部采用总线通讯方式与变频器通讯（Mod-bus RTU协议）。
(4)现场仪表：主要包括各种温度、压力传感器、可燃气体探测器、流量计。仪表均采用（4-20）mA模拟量信号进行监控。
4系统网络结构
现场网络可划分3个层级：ControLogix系统处理器和远程IO模块之间选用ControlNet网络；上位机和控制器选用ENBT网络；上位机和变频器之间选用Mod_bus_TCP网络。
5自控系统优化
（1）甲醇回收装置控制
甲醇回收装置共有六套闭环控制回路， 控制对象分别是进料量、进料温度、塔底温度、塔顶温度、回流罐液位、塔底液位，装置生产运行中频繁出现参数无法实现精细化调节。原设计采用PID单回路控制，其特点为算法简单、鲁棒性好及可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。然而实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果，而且在实际生产现场中，由于受到参数整定方法繁杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差。
通过分析生产工艺的控制要求，采用串级控制，其特点为串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到了广泛的应用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所谓串级控制，就是采用两个控制器串联工作，外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出去操纵控制阀，从而对外环被控量具有更好的控制效果。这样的控制系统被称为串级系统。
应用RSLogix5000编程软件重新编写甲醇回收装置六套控制回路逻辑，原理如下：采用串级控制，将采集的两个参数为参考值，串联两个PID控制器工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对装置参数精确控制，提高甲醇产品质量。
（2）储罐区切断阀控制
储罐区进出口紧急切断阀频繁出现远程不能操纵且缺失高低液位连锁保护，影响储罐安全生产运行。
通过分析储罐液位连锁逻辑关系及切断阀工作原理，应用RSLogix5000编程软件重新编写切断阀连锁控制逻辑，原理如下：采用储罐液位为参考值，上位机设置高低液位报警值，通过程序判断液位高低保实现液位高报关闭进口阀门，液位低报关闭出口阀门。
（3）上位机监控画面设计
监控数据画面采用RSView32软件由于处理站分批建设，当时没有统一的标准，造成了软件系统版本较多且不支持winxp以上系统、没有与数据库连接、不能保证一周7X24运行要求，缺失历史报警查询、用户管理和操作记录、SQL数据库管理功能且工艺管线、设备布局与现场实际位置不符。
通过勘探现场管线、设备布局，绘制工艺流程图，采用Factory Talk上位机组态软件绘制甲醇污水处理监控画面，功能如下：① 现场参数集中显示;②操作权限控制;③ 趋势曲线控制;④ 报警控制系统;⑤电动阀控制;⑥调节阀控制;⑦事件的记录;⑧历史数据查询和报表生成;⑨扩展功能。
（4）仪表选型设计
①甲醇回收装置进料流量采集选用椭圆齿轮流量计。该仪表利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。在实际应用时经常发生仪表易堵塞、活动卡件易损坏、精度差影响甲醇回收装置各项参数准确分析。涡轮流量计具有精度高、重复性好、无零点漂移、高量程比等优点。涡轮流量计拥有高质量轴承、特别设计的导流片，因此极大降低了磨损，对峰值不敏感，甚者恶劣的条件下也可以给出可靠的测量变量。涡轮流量计输出信号为脉冲，易于数字化。涡轮流量计压力损失小，叶片能防腐，可以测量粘稠和腐蚀性的介质。
②储罐区拥有24具储罐，主要存储含醇污水、不含醇污水、甲醇和凝析油介质。均采用光导液位计进行液位计量，该计量仪表利用力平衡和光电进行液位自动测量的原理。在实际应用时经常发生指示失灵或指示不准确故障。主要表现为信息码带易磨损、钢带易扭曲、浮球易脱落等现象,并具有结构复杂、更换配件难度大、故障频次高直接影响着罐区安全保护系统。根据储罐储存介质不同，甲醇、凝析油选用磁至伸缩液位计，含醇污水与不含醇污水建议选用非接触式的雷达液位测量仪表。
6效果分析
通过对气田采出水处理自控系统升级优化达到以下效果：
（1）通过优选计量标准和统一计量，实现计量误差在2%以内；重新编写精馏塔控制逻辑，实现了装置参数精细化调节，甲醇回收率在现有83%的基础上提升至85%，产品甲醇质量由现有85%的基础上提升至86.6%。
（2）通过优化上位机画面实现了数据共享，操作更直观、简洁，调度数据员和中控操作人员可以进行整合优化，由原来6人缩减为3人。
参考文献
[1]企业标准，QSY HB 0172-2013 油气田生产自动化联合站数据处理系统建设规范
[2]国家标准，GB/T15969.1-2007 可编程序控制器 第1部分：通用信息
[3]邓李.ControlLogix系统实用手册.机械出版社.2008
论文作者:刘宁
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第17期
论文发表时间:2020/3/4
标签：甲醇论文; 系统论文; 控制器论文; 液位论文; 自控论文; 气田论文; 上位论文; 《科学与技术》2019年第17期论文;