PID调节在原油长输管线上的应用

张　华　张　茜

（1.山东潍坊凯特工业控制系统工程有限公司，山东潍坊 261021；2.中石化管道储运有限公司潍坊输油处，山东潍坊 261021）

PID调节在原油长输管线上的应用

张华1张茜2

（1.山东潍坊凯特工业控制系统工程有限公司，山东潍坊 261021；2.中石化管道储运有限公司潍坊输油处，山东潍坊 261021）

21世纪，随着社会与经济的发展。我国原油的需求日益增加，国家建设了大批的商业储备库及国家储备库，中石油和中石化也建设了大量的原油长输管线，将原油输送到全国各地的炼油厂等化工企业。因此，对原油储运经济效益的要求也越来越高，高效的原油管线输送愈受重视。自动化技术的应用为高效的原油输送带来了良好的解决方案。

油气储运 原油长输管线 PID调节 闭环控制

如今，自动化技术已经成为工业生产过程中必不可少的一部分。石油和天然气的储存和运输简称油气储运。主要指合格的原油、天然气及其它产品，从油气田的油库、转运码头或外输首站，通过长距离油气输送管线、油罐列车或油轮等输送到炼油厂、石油化工厂等用户的过程。自动化技术的应用为油气储运管理带来便捷的同时，还可实现成本的有效控制，同时在提高利用率和输送率上也有重要意义。PID调节就是自动化技术的重要应用。本文主要介绍PID调节在原油长输管线上的应用。

PID是英文单词比例（Proportion），积分（Integral），微分（Differential coefficient）的缩写。PID调节实际上是由比例、积分、微分三种调节方式组成，它们各自的作用不再赘述。

1　概述

作为经典的控制理论，PID仍然是当今工控行业的主导控制方式，无论复杂、简单的控制任务，PID控制都能取得满意的控制效果，前提是PID参数必须选择合适。通过适当给定PID参数，大多数的控制任务都可以完成。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。在原油的输送过程中，对于原油的温度、压力、流量等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，以提高原油输送效率。

在原油长输管线上，为了增加输送量，需要增加输油站的出站压力，但是又要保证管线安全，防止压力太大，需要输油站的出站压力在一个安全值以下。通过PID的调节功能，控制输油泵电机的转速，调节输油泵出口压力在一定范围内，即保证了输油管线的安全，又提高了原油输送量。同时也要保证输油泵入口（即喂油泵出口压力）达到一定值，不至于输油泵入口变成负压另外。通过PID的调节功能，控制喂油泵电机的转速，调节喂油泵出口压力在一定范围内，保证输油泵安全稳定运行。原油的组份非常复杂，其中石蜡对原油的输送非常不利，当原油温度降低时，石蜡的溶解度降低，蜡结晶将会析出并沉积在管壁上，从而减小管道有效过流面积，增大摩阻，所以合理的控制原油温度也是提高原油输送率的有效方法。可以通过PID的调节功能调节加热炉的煤油流量，使加热炉出口的原油温度在一定范围内。有时为了完成生产任务，输油站出站的原油流量也会成为PID调节的参数。在实际输油生产中，很多时候是多个PID调节回路共同作用，采用低选或高选的方式控制输出。本文就以输油泵出口压力（出站压力）和进流量需要共同调节时，采用低选，控制输油泵电机转速，调节出站压力和进站为例，介绍一下PID的应用。希望为PID的应用提供帮助。

2　PID调节在原油长输管线的具体应用

2.1输油工艺及控制要求

吴起-定边油房庄输油管线首起吴起县新寨乡姚寺村吴起输油首站，终至定边县砖井镇闫塘村油房庄生产运行库，管线沿线设有4座RTU控制阀室，1座高点信号采集点，无中间站。管道长度约83.42km，吴起输油首站至1#阀室设计压力8.0 MPa，管线壁厚7.1mm，1#阀室至油房庄输油末站设计压力6.3MPa，管线壁厚6.4mm（大河沟跨越段设计压力8.0MPa）。吴起输油首站建有变频喂油泵3台，变频输油泵2台（P1～P2），每台泵出口配压力变送器（PT201～PT202），进站设有流量计3台（FT101～FT103），出站设有流量计2台（FT201～FT202）、出站压力变送器（PT203）、温度变送器等。

2.2控制要求

喂油泵控制:PID自动调节时，通过调节喂油泵变频器的输出转速，将输油泵进口汇管压力（PT101）控制在0.3-0.67MPa范围内；

输油泵控制:采用一个低选控制器对变频器的输出转速进行调节控制，被比选的控制信号共有2路:（1）出站压力控制信号（输油泵出口汇管压力）（PT203），（2）铁三联、吴一联（吴二联）、刘坪输油站三者来油流量之和（FT101+FT102+FT103）做为任务外输量的流量调节信号或人工给定任务外输量的流量调节信号，两者可相互切换。

2.3系统配置

吴起输油首站站控系统配置2台DELL工作站和一套美国罗克韦尔自动化公司的AB ControlLogix 系列PLC，CPU 采用LOGIX5573。组态软件为施奈德电气旗下的CITECT SCADA 7.1。

2.4PID双回路调节示意图（图1）

2.5输油泵的正常生产保护调节

本站输油泵的正常生产保护调节采用低选控制器，对变频器的输出转速进行调节控制，被比选的控制信号共有2路，分别如下:

PID1，为PID闭环调节的出站压力控制信号PT203（反作用），出站压力＜6.45MPa。

PID2，两种情况:

（1）人工给定任务外输量的流量调节信号FIT201（正作用）。该任务外输量是由站控操作站或控制中心根据实际生产需求人工设定的，并以外输流量计FT201、FT202之和作为该PID调节的反馈值，进行闭环调节控制，流量设定范围是:50～700m3/h；

（2）吴一联（吴二联）、刘坪输油站、铁三联来油流量之和（FT101+ FT102+FT103）做为任务外输量的流量调节信号给FIT201（正作用），并以外输流量计FT201、FT202之和作为该PID调节的反馈值，进行闭环调节控制。两者可相互切换。

2.6PID参数整定任意多回路的PID调节都是遵守先易后难的顺序，先调单回路，再调多回路。在调试之前应首先确认是正作用PID调节还是反作用PID调节在PID的调试过程中，我们应注意以下步骤:

（1）关闭I和D，也就是设为0.加大P，使其产生振荡；

（2）减小P，找到临界振荡点；

（3）加大I，使其达到目标值；

（4）重新上电看超调、振荡和稳定时间是否吻合要求；

（5）针对超调和振荡的情况适当的增加一些微分项；

（6）注意所有调试均应在最大争载的情况下调试，这样才能保证调试完的结果可以在全工作范围内均有效；

在本应用中，先调节PID1，确定参数的顺序为P，I，D；再调节PID2，确定参数P，I，D。

3　结语

本文通过一个长输管线的PID应用实例，介绍了PID调节控制给实际生产带来的便利。对于先进的控制系统，设备、控制技术、操作人员都是非常重要不可忽视的因素。要实现自动化系统给生产带来的长期经济效益，对设备的定期保养与维护必不可少，值班人员的及时准确地判断与处理也是自控系统安全稳定运行的保障。因此，对设备的定期和不定期的维护保养，以及对值班人员的严格管理，才能确保自控系统的安全并顺利运行。

［1］关中原《.我国油气储运相关技术研究新进展》.2011-06-02.

［2］王丽，刘丽霞，陶勇僌，杨春玲，管军《.油气储运工程项目后评价指标体系及方法》 2012-10-08.

［3］樊国平《.智能PID控制系统的设计与研究》.2005-05-01.