DCS系统在采油厂联合站原油脱水过程中的应用

姚卫东

摘 要：联合站油水分离是实现原油脱水，保证产出原油质量的重要过程，对采油厂经济效益有极大的影响。为了实现联合站原油脱水工艺流程自动监控，减少不必要的损失，集散控制系统就必不可少，测控点数多、测控精度高、测控速度快的联合站现场， 其特点是分散控制和集中监视，具有组网通信能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便，这个系统完全可以胜任或多回路调节器的工作， 它作为一个结点机使用是理想的。使用DCS 系统具有诸多优势，其通过对生产过程进行控制， 统的一切管理在控制中心即可完成， 实现了整体化、智能化、网络化、标准化的要求，系为实现安全稳定生产， 减少设备建设维护费用，提供了强有力手段。

关键词：采油厂联合站;原油脱水;DCS 系统

0 前言

随着国内大部分油田开发都进入到后期产能递减，产液量提高，原油综含水率上升，目前一般为50%～80%，有的甚至高达90%以上，同时盐和泥沙类机械杂质等也油井中的油气混合物中经常含有的，这些物质会增大液流的容积流量，使设备和管路的有效利用率降低了，因此对原油中的含水、盐、以及杂质进行净化处理是在原油进入集输系统前必须要做的，这样才能使之变成合格的商品原油。但是，随着油田联合站生产规模的日益扩大，原有的生产系统暴露出来的问题也日益突出，统计分析国内诸多采油厂联合站监控系统发现，原油脱水监控主要分为人工监测控制、常规仪表自动监测控制、计算机监测控制三种方法，采用人工监测控制阶段而常规仪表组成的控制系统在处理复杂控制系统、集中监控系统和控制精度等方面具有局限性。如人工監控的误差大、人工操作的不及时、动态处理过程不实时等。另一方面，系统没有实现自动控制，耗能大、效率低、能量浪费比较严重。因此，这就迫切要求对联合站进行自动化改造，实行集散控制系统的监控与管理，而DCS可以自动采集并监测生产过程的各个参数，并进行优化处理，实现节能降耗，对建成环保、节能、运行效率高、自动化管理水平高的智能化、数字化的联合站有着重要意义，它同时也是数字化油田建设的重要组成部分。

1.联合站集输系统工艺流程

联合站集输系统是实现油水分离的重要环节，原油的油水分离过程有自然沉水、化学脱水、机械过滤脱水、电脱水等多种方法。目前我国各油田普遍采用的自然沉降脱水、电脱水、电化学联合脱水等方法，采用脱水流程主要有两种，即两段式脱水流程和三段式脱水流程。

1.1两段式脱水流程

联合站两段式集输系统主要包括两个子系统：自然沉降脱水系统（一段脱水系统，电脱水系统（二段脱水系统）。

1.2三段式集输系统

三段式集输系统与两段式集输系统工艺原理相似，主要的区别在于中转站的来油首先进入游离水脱除器，进行沉降脱水，脱水至含水70%左右，然后进入压力沉降罐，进行压力沉降脱水，脱水至30%左右，再进入电脱水器进行电脱水，经电脱水后，成为净化原油。所以三段式集输系统包括三个子系统：自然沉降脱水系统、压力沉降系统、电脱水系统。这种集输系统虽流程复杂、设备较多、能耗较高，但是脱水效果较好。油田只有极少的一部分联合站采用此种集输系统进行原油脱水。目前，油田绝大多数联合站都采用两段式脱水集输系统。该系统简单、节省设备、能耗低、脱水效果较好。

联合站原油脱水的监控系统首先要保证联合站内的各个工艺装置工作正常，外还要设法保持工况的相对稳定，增加脱水转油的效率。如果脱水不彻底，不仅采来的油得不到利用产生浪费，而且会加重后面污水处理的负担。另外外输站的计量（流量与含水率）也因直接与采油厂的效益相关，所以也很重要。如采用人工定时采样测含水，容易造成漏洞，引致外输的实际油质与测量值不同，引起损失和纠纷。 为了实现联合站原油脱水工艺流程自动监控，减少不必要的损失，集散控制系统就必不可少，测控点数多、测控精度高、测控速度快的工业现场， 其特点是分散控制和集中监视， 具有组网通信能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便。系统完全可以胜任或多回路调节器的工作， 它作为一个结点机使用是理想的。使用DCS 系统对生产过程进行控制， 实现了整体化、智能化、网络化、标准化的要求。系统的一切管理在控制中心即可完成， 为实现安全稳定生产， 减少设备建设维护费用， 提供了强有力的手段。 因此，这就迫切要求对联合站进行自动化改造，实行集散控制系统的监控与管理。从而可以自动采集并监测生产过程的各个参数，并进行优化处理，实现节能降耗，对建成环保、节能、运行效率高、自动化管理水平高的智能化、数字化的联合站有着重要意义，它同时也是数字化油田建设的重要组成部分。

2.DCS 控制方案

基于DCS的联合站原油脱水监控系统也就是集散控制系统（Distributed control system），其是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。

目前的DCS发展成为基于计算机技术、控制技术、通信技术和图形技术及4C技术，通过通信网络将分布在联合站的现场控制站、检测站和操作控制中心的操作管理站、控制管理站及工程师站等联接起来，共同完成分散控制和集中操作、管理和综合控制系统（图1）。

3.DCS的优势

（1）采用分级递阶结构（一般为四级，应用过程控制，优化控制，自适应控制，工厂管理）;

（2）采用微机智能化技术;

（3）采用局部网络通信技术;丰富的功能软件包（应用程序模块化）;

（4）强有力的人机接口功能;

（5）采用高可靠性（硬件工艺结构可靠，冗余技术，容错技术）。同时，联合站装置比较集中，适于采用DCS进行控制和管理。

4.结语

采油厂联合站原油脱水的自动化水平要求也越来越高，系统的控制策略一步适合当前中转站来液量大且波动大的实际情况，监控软件中的先进控制方法以及软硬件交互的开放性应用也不够。随着DCS向计算机网络控制发展，集输系统生产过程不仅局限于联合站范围内的操作和控制，还向过程控制系统和信息管理系统紧密结合方向发展，即控制和管理一体化。因此，联合站采用DCS是最佳选择。

参考文献：

[1]王常力.集散控制系统选型与应用[M]，清华大学出版社，2001.