自动化技术在油气储运工程中的应用

2021-01-07田有盼

化工设计通讯 2021年4期

田有盼

（哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨 150000）

油气储运指的是石油天然气的存储和运输，油气长输管道与战略性油气储备成为当前油气储运工程中的热点问题，鉴于油气本身具有易燃易爆危险的特点，很容易在存储、运输中产生安全事故。为此，随着现代油气储运系统开发技术和存储技术的进步，使得油气储运工程的高危性特征日益明显。为降低危险系数，确保油气储运全过程的安全稳定，必须对原有的储运技术进行改进优化，对油气储运中的参数及其程序进行优化。而采用自动化技术，并和计算机网络技术相结合，不仅可以实现对油气储运过程的全过程动态监控，及时发现异常并排除，而且也提高了储运的效率，确保设备运行的安全稳定。

1 自动化技术在油气储运中的应用情况

1.1 采用自动化技术提高了设备的运行效率

在油气储运中，采用自动化技术实现对泵类设备的改造，通过自动化监测实时获得设备运行参数，并集中传输到中央处理器进行处理分析，再计算泵类设备的实时效率，对其中不合理的参数进行优化调整。实践发现，温度、进口过滤器的摩擦阻力损失、电机运行效率和出口阀组节流等因素会影响泵类设备的运行效率。采用自动化技术可以使泵类设备的运行效率提升至少5%。同时，运输中另一项消耗是加热炉燃料燃烧加热，采用自动化技术对原来的三会城水套炉改造，不仅提高了设备运行效率而且也减少了热能损失，使燃料充分燃烧，也降低了污染物的排放[1]。

1.2 采用自动化技术实现对储运管线的动态监控

利用自动化技术和计算机网络技术构建动态监控系统，实时记录管线运输中对温度、黏度、流量、压力等参数，并经过控制室集中化分析处理后对这些数据参数进行优化，修正不合理的参数，调节不合理的加热温度，从而实现对储运管道中原油流量的控制。

2 自动化技术在油气储运中应用的重要性

2.1 优化油气储运参数，提高储运效率

自动化技术在油气储运工程中的应用，不仅能实现对油气储运全过程的动态监控和智能化控制，能及时发现异常问题并自动化报警处理，而且也提高了生产和运输的安全性与效率，有效减少对人力资源的需求。从实践可知，原油黏度下降以后油气储运输送量就会增加，为此必须在控制油气管道流量的基础上对加热炉设备进行有效控制以确保原油的黏度，在原油黏度增加时油气储运运输量下降，这时加热炉的温度会快速上升。为避免对原油黏度的影响，在油气储运中采用自动化技术可自动化完成对原油黏度、运输量等参数的实时监测和自动化控制，从而使得原油输送参数得以优化，使油气运输管道流量得以控制，进而提高油气管道储运的效率。将自动化控制和计算机技术结合起来实现对管线运输全过程实时化监控，并及时采集首末端压力，通过对流量、黏度等参数的控制，使用双向微波的形式使这些参数数据及时被传输到控制中心，再通过参数及其子程序的优化，确保输油过程安全可控，通过对加热炉温度的调节确保运输流量得到有效控制[2]。

2.2 提高油气储运设备运行效率

自动化技术的应用可以提高油气储运的效率。为了进一步提升设备运行效率，在大型油气外输泵运行效率中通过自动化监控，能有效避免外输泵出现泵口过滤器摩阻损失的问题，增加了出口阀组节流，同时也提高了原油的温度与黏度，进一步提高了电机设备运行的效率。

3 自动化技术在油气储运中的应用

利用自动化技术实现对油气储运相关设备的改造升级，从而可对油气储运的全过程进行自动化监测。为确保油气储运的安全稳定，必须对从首站进入下站的原油进行加热，但当油气输运管道输送量增大以后就会导致温度有所下降，使得进入下一站的原油温度可能低于安全极限。这时需要采用加热设备以及正输反输交替的方式，但这些方式都会使得能源消耗增大。为节省新增设备带来的投资，采用降低原油凝点的方式来降低原油进站温度，该运输方式非常适用于恶劣环境地区。目前我国在油气储运方面主要采用的是含蜡原油管道运输，但该运输方式效率不高，为提高运输效率必须从技术角度研究。综合采用自动化技术和计算机技术，实现对油气储运过程的动态实时监控，做好对运输管道温度、流量、首末端压力参数的记录，并采用双向微波使这些参数传输到首末站控制室中，再通过计算机将这些参数进行优化，修正不正常的参数，对设备加热炉加热温度进行调整，对输油程序进行优化，从而能更好地控制管道原油流量。

4 工程概况

某采油厂集输首站的任务是完成该采油厂原油集中运输和部分油区原油处理的工作，其主要工艺包括原油脱水、原油集中运输以及污水处理。自引入自动化技术以后，在三年的建设改造下完成了首站自动化控制系统，该系统包括对原有水分的自动化处理、污水的处理、加热系统的控制等，同时结合计算机网络技术的优势，完成数据的自动化采集以及信息综合发布系统的建设，各种数据报表可自动化生成，对生产成本、运营等实现了网络化、智能化管理。采用自动化技术以后，使该采油厂集输首站的生产和运营管理水平大幅提升，实现了经济技术指标。

4.1 自动化油气储运系统组成

自动化技术是一个技术系统，整个系统可以分成决策层、数据层、监控层与现场层。其中决策层是通过对数据层数据的综合统计与分析后来判断油气储运的实际情况，从而做出正确的决策以指挥实际生产和运输。数据层的作用是完成对数据的采集、存储和分类，并自动生成数据报表，能实时显示和查询，完成数据月度、季度和年度汇总，从而为决策控制提供可靠依据。监控层是通过自动化监视设备完成对各集输站库内现场数据的采集、显示和调控存储，并向上级系统及时完成数据输送和数据显示、存储等任务，对故障点进行自动化报警处理。现场层的作用是对油气储运现场进行直接数据采集与调控，通过有效的现场调控可确保现场的安全、高效，而且也减少了人力输出[3]。

4.2 自动化技术在首站生产运营中的应用

4.2.1 原油脱水生产管理中的应用

首站原油脱水生产，是通过高效分水器完成原油的脱水，因此分水器的质量直接影响脱水的效果。在未自动化改造前，受到来液不稳和控制装置为传统浮球连杆机构的影响，使得分水器出油含水波动较大，且频繁出现超压和油气带水的问题。引入自动化技术进行设备改造以后，对原有分水器内油水界面、油气界面以及操作压力等参数进行了检测和优化，实现对分水器参数的实时自动化控制，通过准确设定PID控制参数使各项参数能稳定在给定值上，提升了分水器设备的各项指标，使得自动化改造以后的分水器脱水效率大幅提升，同时也减少了加热负荷，使脱水系统能安全稳定的运行。

4.2.2 原油长输管道运行中的应用

在长输管道运输中会出现摩擦阻力损失与散热损失的现象，为此必须经常给流体提供能量，包括加热炉设备提供的热能以及泵站提供的压力能，其中散热损失对运输管道的效率起着决定性作用，而摩阻损失和油品黏度有关，油品的黏度又和运输温度有关。控制加热站出站温度使原油在较高温度下输送，这样原油黏度较低摩擦阻力损失较小，但是散热的损失较大。为既提高运输效率，又能节约能耗，通过对管道运输流量的控制可以实现。基本原理是，将流量控制系统控制输油泵站出站原油流量稳定为固定值，这样在原油黏度增大时管道运输量减小，流量控制系统可提升加热炉的温度使原油黏度下降，而输送量增加，这时再降低加热炉温度，使黏度增大而运输量下降。采用自动化控制技术和计算机网络技术来优化输油参数，可实时调整黏度、加热温度和输送量等参数，从而提升管道运输的效率。通过计算机网络技术可实现对管道运输的实时化监控，并采集首末端压力、温度、黏度和运输量等参数，再由中心控制站对输送参数及其程序进行优化和修正，使得加热炉温度得到合理调节，使输送流量得到有效控制。

4.2.3 设备运行效率

泵类设备的运行效率直接影响单位的能耗，首站对于大型外输泵运行效率采用自动化监控以后，利用能耗计量表计量电机设备实时耗电量，再通过泵的进出口压力与流量来确定泵的输出有用功，结合智能化运算计算泵的实时效率，找出泵效率发生变化的原因，对于过滤器摩擦阻力损失和出口阀组节流、原油温度和黏度进行控制，使首站泵的运行效率始终控制在标准以上。对于加热炉设备而言，一方面改变了原来人工控制火量的方式，增加安全监测和保护系统以后，不仅可以获得实时能耗数据，而且也确保设备运行的安全性。另一方面完善了加热炉的自动化监测，增加多个监测点实时监测各项设备数据并进行完善，不仅提高了燃烧效率，而且通过连锁保护系统的设置提升了设备的安全可靠性。

5 自动化技术在油气储运中的发展前景

在油气储运中采用自动化技术不但可以提高生产运输的效率，而且也降低了运输的危险性，确保油气储运全过程的安全可靠。因此，自动化技术在油气储运工程中具有很好的发展前景。近几年来，随着自动化技术的发展，其在油气储运中的应用日益普遍，将自动化技术应用到无人值守油气储运站和区域化管理储运站建设中，不但减少了劳动力，而且也提高了建设管理的效率。在以后的油气储运发展中，采用数据采集和监视控制系统，能对长运输管道油气储运的运营数据进行实时化采集和自动化监督控制，并和管道模拟技术相结合可有效提升油气储运管道的自动化管理水平。