液位-流量调节系统在气田污水处理中的应用

李 波

（中石化石油工程设计有限公司成都分公司，成都 610091）

0 引言

集气总站原生产流程中，本站生产污水通过排污总管直接进入污水汽提塔处理后外输，如图1所示。污水主要来源于各工艺设备，包括收球筒、生产分离器、放空管排液罐以及外输管汇排污管线。由于进入污水汽提塔的污水直接受上述各工艺设备的影响，液量不稳定，波动太大。如果流量很小甚至为零时，单质硫等固体杂质在污水汽提塔或排污管线中沉积，堵塞污水汽提塔和排污管线；而当在清管、放空时污水流量急剧上升，大量液体在短时间内排入污水汽体塔，导致污水汽提塔汽提效果不佳，影响正常生产。

为了解决上述问题，考虑在污水汽提塔前增加一个污水缓冲罐，污水缓冲罐液相出口通过泵将污水送人污水汽提塔。污水缓冲罐作为一个缓冲容器，虽然能解决液量不稳定的问题，但同时我们将面临连续生产中前后设备之间供求之间的矛盾。因为在连续生产过程中，一方面希望污水缓冲罐液位保持相对稳定，另一方面又希望的污水汽提塔进口流量平稳[1]。

图1 原污水汽提塔污水管线工艺流程

1 应用串级-均匀调节系统

1.1 调节方案比较

污水缓冲罐罐底的排量刚好是污水汽提塔的进口流量，由于上游污水量变化的不确定性，假设我们只为了稳定污水缓冲罐的液位，设液位调节系统，那么污水汽提塔的进口流量的稳定将得不到保证，流量必将是一个波动值；又假设只为了稳定污水汽提塔的进口流量，设置流量调节系统，那么污水缓冲罐的液位也会波动，甚至会出现液位超低或超高的情况。因此，要完全使液位和流量处于绝对的平衡，几乎是不可能的，使用单通道控制往往顾此失彼，很难解决根本问题[2]。

如果既要稳定污水缓冲罐的液位，又要保证污水汽提塔进口流量的稳定而设置两个单回路的调节系统进行控制，2个控制系统将会发生矛盾 ,解决这个矛盾的有效办法就是采用均匀调节。但是，简单均匀调节系统只适用于干扰较小、对流量均匀程度要求不高的场合,为提高控制效果，特地引入串级均匀调节系统进行控制。

1.2 串级均匀调节系统

均匀调节系统则指前后两个设备被调参数均在一定范围内波动，但波动的幅度都不会超过允许值，而串级均匀调节系统就是在均匀调节系统的基础上增加一个副回路，克服干扰对调节效果的影响[3]。虽然串级均匀调节系统和简单的调节系统或串级调节系统在结构上相似，但在调节的目的上却不同。串级调节系统有两个控制回路，主回路是定值调节系统，副回路是随动调节系统，目的主要是调节主参数达到控制目标；而串级均匀调节系统中，表征前后供求的两个参数都不是定值，应是均匀、缓慢变化的。也就是是说，前后设备间的物料供求之间达到均匀的目的后，两者都允许有一定程度的波动，但波动比较缓和、平稳。

针对上述工艺情况，设置液位-流量串级均匀调节系统。系统主要由执行器，控制器和检测机构组成。污水缓冲罐设置液位变送器LT，检测液位值；污水汽提塔进口设置流量变送器，检测流量值。液位和流量变送器的输出控制信号又同时控制泵（变频泵）的运行，如图2所示。

图2 液位-流量串级均匀调节系统

液位-流量串级均匀调节系统控制方案为：即将污水缓冲罐液位控制器的输出作为流量控制器的给定值，用流量控制的输出来操作变频泵的运行，共同稳定一个被控变量所组成的闭合回路，这样就形成了一个具备串级调节系统特点的均匀调节系统，如图3所示。由于在这个系统中加入了副回路，可以及时的克服由于干扰所引起的流量变化。一方面，污水汽提塔污水进口流量不会出现急剧跳变的情况，而是缓和、平稳的变化，配合污水汽提塔汽提作用的汽提气以此流量信号作为参考值，采用比值调节系统更好的稳定汽提气的流量，使得污水流量和汽提气流量达到较好的配合比，从而改善污水汽提塔的气提效果；另一方面，污水缓冲罐的液位也会稳定在一个范围之内，不会出现液位超低或超高的情况[4]。

图3 液位-流量串级均匀调节系统框图

在系统框图中可以看出有主调节器和副调节器，其实在实际的应用中，都把这部分的工作交给了站控PLC来处理。即站控PLC起调节器的功能：一方面,它可与现场的液位、流量变送器器相连，获取输入信号（测量值）；另一方面，它将获得的测量值与给定值比较，得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，然后PLC输出信号直接控制变频泵电机的转速，从而达到控制液位和流量的目的；另外，PLC 和上位机进行通讯，并利用上位机组态软件实现给定值和PID参数的设置等，实现计算机的远程监控。

1.3 方案的进一步优化

为了保证系统的可靠性和现场的适应能力，实际的工艺流程中污水汽提塔为一用一备设置，即增加了一台污水汽提塔。两台污水汽提塔并联使用，在一台污水汽提塔发生故障需要停运时，另一台污水汽提塔接替其工作，不影响生产。同时，污水缓冲罐罐底的变频泵也设置为一用一备，保证系统的可靠性。虽然设置了两台变频泵，相当于调节系统中有两个执行器，但是作为调节信号通过站控PLC的输出只有一个信号，这一信号同时分接到两台变频泵上。即调节器在一个调节回路中同时控制两个执行器（变频泵），这样设置既不会打乱整个调节回路，同时又满足了可靠性的要求[5]。

2 结束语

集气总站污水处理的改造中，首先从工艺流程上考虑增加了污水缓冲罐，然后又引入了液位-流量串级均匀调节系统，彻底解决清管时污水汽提塔进口流量大的问题，也提高了流程的自动化水平，使系统的稳定性有了大幅的提高，更好的节约了人力资源。当然，实际的应用中，工艺流程远比上述内容复杂的多，这里只是摘出液位-流量串级均匀调节系统相关的部分进行简单的介绍。液位-流量串级均匀调节系统在各生产设备之间紧密联系在一起，即前一设备的出料就是后一设备的进料，各设备之间相互关联又相互影响的工况下，具有较高的参考和实用价值。□

[1] 赵玉珠.测量仪表与自动化[M].山东:石油大学出版社,1997.

[2] 王廷才.变频原理技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3] 马林,马茵.PLC 在上,下水箱液位串级变频调速控制中的应用[J].电子质量,2011,(2):50～51.

[4] 罗邕生.基于西门子S7-200PLC的液位串级控制系统[J].中国西部科技,2010,(25):04～05.

[5] 王蕊.丁二烯精馏塔过程控制系统优化[J].现代化工,2008,(5):64～66.