联合站油水分离系统设计与性能分析

彭立 张欣（中国石油工程建设公司北京设计分公司，北京 100101）

联合站油水分离系统设计与性能分析

彭立 张欣（中国石油工程建设公司北京设计分公司，北京 100101）

联合站的油水分离工艺有电脱水器和游离水脱除器等，主要是通过手工操作完成，整理、记录数据太过庞大，因此，对自动化油水分离系统设计的研究显得十分必要，该系统主要由显示操作程序和过程控制程序两部分组成，通过编写程序代码建立人机互动界面，实时监控控制系统运行状态，利用SLC500 PLC软件模块实现过程控制功能，该系统性能稳定，操作方便，可实现对油水分离工艺整个过程进行监控，并根据运行情况，进行实时调节运行参数，在降低人员工作量的同时，确保油水分离处理工艺安全、稳定地运行，显著提高了工作效率。

工艺流程；软件编制；网络；自动化

0 前言

目前，大部分油田原油已经发展到高含水阶段，而油水的分离主要采取的是沉降脱水和复合电脱水两种技术手段。联合站的油水分离工艺包括：电脱水器和游离水脱除器等，主要是通过手工操作完成，数据整理、数据记录太过庞大，这种大数据量的工作，一旦一个环节处理不当就会出现较大差错。为了提高工作效率，降低数据整理、记录过程中出错概率，对油水分离自动化系统进行了探索性的设计，通过对该系统的应用，实现在人机互动界面上，用更加直观形象画面来监视处理工艺整个过程，用自动化的控制系统，来维护、调节联合站油水分离系统运行参数，确保油水分离处理工艺的顺利进行［1］。

1 油水分离工艺

按照工艺流程划分，可将油水分离系统分为：①游离态水脱除区，②原油加热区，③复合电脱水区，④净化油输出区等4个部分［1-2］，如图1 所示。

图1 油水分离工艺图

2 油水分离工艺系统总体框架设计

油水分离工艺核心要求：由总控室自动监控各工作区，通过工作区来实时监控油水分离各个环节仪器设备的运行状态，与正常状态下的系统运行参数作对比，及时更新调节系统处理运行参数，实现对油水分离工艺系统控制的目的。

在该系统中，上位机主要采用工控机，用RockWell Automation的SLC500 PLC来实现下位机的功能，DH+网连接上位机和下位机，组成总线通信。64个Device Net网络节点，支持I/O和热插拔，Device Net网络节点容易扩展，布线较为方便，可实现在线维护网络仪器。通过SLC500 PLC的输入、输出功能，维护电脱水区、加热区的仪器正常运行，Device Ne和FlexIO功能主要是实现对游离水区工艺运行压力和油水混合液位调整。净化后的原油向外输出环节，利用变频器自动控制和调节输出油量，监控外输设备运行状态［3］。

3 程序设计与性能分析

该套控制系统主要由显示操作程序和过程控制程序两部分组成。显示操作程序功能主要通过上位机和人机接口界面来实现，通过上位机编制程序代码实现显示控制功能，将运行参数数据自动生成图表、报告等；通过Panel-Builder软件编制显示界面和控制程序，完成油水分离自动化运行过程中显示操作程序功能，对油水分离处理工艺运行参数实时监控。其中，利用SLC500模块来实现过程控制功能，主要是随时采集并记录油水分离运行参数，并进行分析和预处理［3-4］。

3.1 显示操作

（1）上位机组态软件，即：RSView 32TM软件，提供单位：罗克韦尔软件公司，编写程序代码建立人机互动界面，主要是对油水分离环节进行监控，维护工艺正常运行，对油水分离工艺参数进行采集，将采集的数据信号转化为PLC可以处理的格式，观察并检视油水运行参数是否合理，否则，做相关调整，在数据采集程序中一般会加入滤波程序，主要是为了降低不同干扰源的干扰，降低出错率。

（2）其他功能模块。油水分离工艺运行偏差报警系统、人机友好界面监视系统以及手自切换调节与控制系统等等，此外，还包括对油水分离运行历史数据记录和归纳、运行参数图件报表打印等功能。将处理工艺图导入Panel-Builder程序中，充当PanelView的背景显示，可实现工作站与监控室画面一致，有效避免了汉字显示不灵活或图形带来的偏差，更形象、具体、直观对系统进行实时监控和参数变量控制［4-5］。

（3）在油水分离过程中，工艺参数包括：液面高度、运行压力、输出流量、运行温度、油水界面以及阀门开度等，主要通过显示操作程序，来直观、具体地显示出来，根据参数运行状况，有针对性地对相关偏差参数进行调整和重新设置。如在处理过程中出现事故，报警系统会及时拉响，并启动防范处理预案程序。报警系统显示绿色，表示油水分离工艺运行状态正常；报警系统显示红色时，油水分离工艺环节出现差错，报警声音提示，预防应急措施启动，对相应环节参数和工艺进行调整，待恢复正常运行状态，报警系统恢复显示绿色。

3.2 过程控制

（1）过程控制主要功能：数据采集、调节以及报警系统。通过软件输入模块实现实时数据采集，油水分离参数信号格式转化，工艺参数（压力、温度、油水界面）进行实时监控，PID实现调节阀控制，PI控制器调节油水界面高度，PID控制调节运行压力［3-5］。

（2）油水分离工艺过程中，出现异常状况时，报警系统会自动进行预警处理，分为报警上限和报警下限，报警系统设置红、黄、绿三种警示灯，一旦油水分离工艺在运行过程中出现偏差，报警系统立即响应，根据报警信号以及级别，应急系统及时进行相应调整，主要是在偏差环节进行运行参数数据的修正和调整，稳定油水分离工艺安全进行，例如：油水分离工艺输出端压力出现异常，系统运行偏离正常轨道，报警系统及时响应，并会快速识别出错环节与位置，系统进行运行参数的判断和分析，采取相应的处理措施：提高阀门开度、加快变频转速，该套系统的采用有效降低事故的发生概率，避免相关设备损坏，确保油水分离系统正常运行工作。

图2 油水分离工艺系统设计过程控制程序

4 结语

联合站油水分离系统主要是根据现场油水分离工作需求来设计，目的是维护油水分离作业正常运行，以及监视相关设备运行状态，避免事故损坏。其一，该系统考虑的工艺参数繁多，对运行参数的调节主要是通过PID调节器来实现；其二，完善的系统功能，使得处理工艺流程界面化、形象而具体；其三，该系统对运行数据实现实时采集和格式转化，降低了数据出错率以及工作量，根据运行参数数据绘制的相关报表，可以直观掌握油水分离系统运行状态；最后，Device Net网络节点容易扩展，布线较为方便，可实现在线维护网络仪器，该系统功能以及性能均适应油水分离自动化要求。该系统的投入使用，能显著降低工作量，缩短数据处理时间，而且能实时监控油水分离各个环节设备的运行状况，显著提高工作效率，维护油水分离过程的顺利进行。

［1］任长江.油田联合站控制系统的设计与实现［J］.自动化技术与应用，2008，（07）：205-209.

［2］ Yang Y，Zhang X， Wang Z. Oilfield produced water treatment with surface-modified fiber ball media filtration［J］.Water Science and Technology，2002，46（12）:165-170.

［3］涂乙，吴萌，管丽，等.注水开发油田结垢影响因素的分析与研究［J］.油气储运，2010，29（2）：97-99.

［4］官英双，赵希人，于秀萍.自动化控制系统在联合站的应用［J］.自动化技术与应用，2008，28（5）:406-409.

［5］贲艳波.PLC在油水分离控制系统中的应用［J］.油气田地面工程，2013，32（5）:78-79.

彭立（1972-），男，河南信阳市人，工程师，1996年毕业于大庆石油学院石化系化学工程专业，主要从事海内外油气田地面工程设计工作。