鞏宏偉(大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠)
“三合一”液位變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)的節(jié)能效果分析
鞏宏偉(大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠)
油田轉(zhuǎn)油站的生產(chǎn)集輸控制過程中,“三合一”液位控制一直是最重要的環(huán)節(jié)。針對現(xiàn)有系統(tǒng)存在著浮球報警儀表不能實現(xiàn)連續(xù)液位檢測,生產(chǎn)運行極不平穩(wěn)的弊端,通過技術(shù)改進(jìn),在原有液位控制系統(tǒng)中增加一個光柱指示的調(diào)節(jié)器,實現(xiàn)電動機自動啟停,從而保證了系統(tǒng)平穩(wěn)運行,降低了電能消耗,減少電動機的維護(hù)費用,同時還解決了部分用電設(shè)備負(fù)荷不匹配的問題。達(dá)到了節(jié)能降耗的目的,經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。
變頻器 儀表 液位控制 閉環(huán)
在油田生產(chǎn)集輸工藝控制過程中,液位的監(jiān)控直接關(guān)系到油品的質(zhì)量和生產(chǎn)安全。目前,通過低壓交流變頻調(diào)速器控制電動機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)油站油氣水三相分離器(以下簡稱“三合一”)液位、選用浮球報警儀表進(jìn)行密閉容器的高、低液位報警,已在油田生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。在油田轉(zhuǎn)油站的生產(chǎn)集輸控制過程中,“三合一”液位控制一直是最重要的環(huán)節(jié),直接關(guān)系到油田生產(chǎn)安全。因此為了降低成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,必須做好“三合一”液位的檢測和控制工作。
目前油田生產(chǎn)存在著現(xiàn)用浮球報警儀表不能實現(xiàn)連續(xù)液位檢測,如應(yīng)用連續(xù)液位檢測儀表很多都需要在“三合一”上重新開孔,因在密閉容器上開孔涉及問題較多,阻礙了此類儀表的安裝應(yīng)用。結(jié)合采油廠集輸工藝現(xiàn)場實際情況,多數(shù)變頻器只能手動調(diào)節(jié),未實現(xiàn)閉環(huán)自動控制,沒有完全發(fā)揮變頻器控制的節(jié)能優(yōu)勢。
采油廠某轉(zhuǎn)油站原控制系統(tǒng)為根據(jù)顯示調(diào)節(jié)儀顯示液位的高低來手動調(diào)節(jié)變頻器,由于受流量、壓力的影響,滯后時間長,液位大范圍波動,生產(chǎn)運行極不平穩(wěn)。這種情況下運行既浪費電能又影響電動機使用壽命,也沒有真正發(fā)揮變頻的優(yōu)勢。針對上述問題,我們在原有的液位控制系統(tǒng)中又增加了一個光柱指示的調(diào)節(jié)器,較好地解決了這一問題。通過信號控制變頻器的輸出,控制電動機轉(zhuǎn)速,控制泵的排量,實現(xiàn)電動機自動啟停,既保證“三合一”液位平穩(wěn)又降低了電能,減少電動機維護(hù)費用,還解決了部分用電設(shè)備負(fù)荷不匹配的問題。不但減輕值班工人的勞動強度,而且減少機泵磨損,實現(xiàn)“三合一”液位變頻閉環(huán)自動控制,提高了轉(zhuǎn)油站自動化管理水平。
2.1改進(jìn)措施
在控制室內(nèi)新安裝一臺DTGX型光柱指示調(diào)節(jié)器,此儀表與普蘭店液位儀共同使用,實現(xiàn)了系統(tǒng)的閉環(huán)控制。思路是首先液位顯示儀接收現(xiàn)場檢測到的電阻信號,將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號 4~20mA 并通過安全柵與調(diào)節(jié)器相連接,調(diào)節(jié)器接收到液位顯示儀的輸入信號,再與設(shè)定值相比較,達(dá)到調(diào)節(jié)變頻器的輸出。根據(jù)現(xiàn)場工況變化,選用DTGX型光柱指示調(diào)節(jié)器,經(jīng)過反復(fù)的試驗,輸入適合現(xiàn)場情況 的 PID 控 制調(diào)節(jié)參數(shù) ,通 過 PID 參數(shù)調(diào)節(jié) 來自 動控制變頻器輸出,實現(xiàn)了變頻閉環(huán)自動控制,從而達(dá)到液位平穩(wěn)外輸?shù)哪康?,見圖1。
新型光柱指示調(diào)節(jié)器安裝到現(xiàn)場后,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,實現(xiàn)了該轉(zhuǎn)油站密閉容器液位連續(xù)檢測、報警及自動控制等功能,保證了站上工藝安全穩(wěn)定運行。同時“三合一”液位變頻閉環(huán)控制比手動控制變頻調(diào)節(jié)液位更節(jié)約電能,達(dá)到了節(jié)能的目的。安裝了該裝置后,我們隨機選取了一部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,可以看出在節(jié)能方面有明顯效果。外輸泵安裝前后電流對比見圖2。
圖1 “三合一”液位自動控制系統(tǒng)
圖2 外輸泵安裝前后電流對比
2.2技術(shù)關(guān)鍵
系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是按照工藝對控制性能的要求,如何選擇一個質(zhì)量可靠、效果滿意的調(diào)節(jié)器。比例控制 KP加大,使系統(tǒng)的動作靈敏,速度加快,當(dāng) KP太大時,系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。若 KP太小,又會使系統(tǒng)的動作緩慢;積分環(huán)節(jié) Ki通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。 Ki太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定,振蕩次數(shù)較多。 Ki偏大,對系統(tǒng)性能的影響減小。只有當(dāng) Ki合適時,控制過程比較合理。微分控制 Kd可以改善動態(tài)特性,當(dāng) Kd偏大時,調(diào)節(jié)時間較長,當(dāng) Kd偏小時,調(diào)節(jié)時間也較長,只有 Kd合適時,可以得到比較滿意的過渡過程。調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差調(diào)節(jié) PID 的參數(shù),當(dāng)運行參數(shù)遠(yuǎn)離目標(biāo)參數(shù)時,調(diào)節(jié)幅度加快,隨著偏差的逐步接近,跟蹤的幅度逐漸減小,近似相等時,系統(tǒng)達(dá)到一個平衡,使“三合一”液位始終保持在一定的穩(wěn)定狀態(tài)。
達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)能將現(xiàn)場“三合一”液位較平穩(wěn)地控制在 2.2m 左右。當(dāng)來液量較大,液位超過設(shè)定值時,調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié),變頻器頻率逐漸增大,外輸泵轉(zhuǎn)速加快,泵的排量變大,液位逐漸下降。同理當(dāng)液位低于設(shè)定值時,變頻器頻率越來越小,外輸泵轉(zhuǎn)速越來越慢,直到電動機停止工作,液位逐漸上升,從而達(dá)到液位平穩(wěn)的目的。DTGX調(diào)節(jié)器達(dá)到本質(zhì)安全規(guī)范,精確等級為 0.5,供電電 源 為 24VDC, 輸入輸出 信 號 為 1~5V 或 4~20 mA,此調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、測量范圍可調(diào)、極易便于站上值班工作人員的操作。
該調(diào)節(jié)器于2011年3月中旬在采油廠某轉(zhuǎn)油站的 1#“三合一”罐應(yīng)用后,系統(tǒng)經(jīng)過兩個多月的運行,安全可靠,解決了泵站外輸安全平穩(wěn)運行的問題,達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。1#外輸泵閉環(huán)狀態(tài)運行參數(shù)見表1,2#外輸泵開環(huán)狀態(tài)運行參數(shù)見表2。
表1 1#外輸泵閉環(huán)狀態(tài)運行參數(shù)
表2 2#外輸泵開環(huán)狀態(tài)運行參數(shù)
開環(huán)控制的 2#機泵年均耗電量為 959428kWh;閉環(huán)控制的 1#機泵年均耗電量為 772548kWh。調(diào)節(jié) 器 的 成本 是 2000 元 , 如 果 電 費 按 1.0 元/kWh 計算,則單臺泵年節(jié)約資金為 184880 元。由此可見,安裝此調(diào)節(jié)器形成閉環(huán)后,單臺泵可年節(jié)約資金 18余萬元,采油廠總共有轉(zhuǎn)油站 65座,46座未能實現(xiàn)閉環(huán)控制,每套按年平均節(jié)約資金10萬元計算,就能節(jié)約400余萬元。
“三合一”液位控制系統(tǒng)的改進(jìn)保證了液位自動安全平穩(wěn)運行,從而保證了站上的工藝系統(tǒng)的相對穩(wěn)定,減少跑、冒罐現(xiàn)象的發(fā)生,并且減輕操作員工的勞動強度,減少機泵磨損,還可節(jié)約電能,提高轉(zhuǎn)油站自動化管理水平。經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用,同其它常規(guī)儀表相比,具有安裝方便、調(diào)試簡便、遠(yuǎn)傳信號標(biāo)準(zhǔn)、實現(xiàn)了防爆等優(yōu)點,經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著,建議進(jìn)一步擴大應(yīng)用規(guī)模。
10.3969/j.issn.2095-1493.2013.011.008
2013-09-20)
鞏宏偉,2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院 (電器工程與自動化 ), 從 事 油 田 儀 器 儀 表 維 修 與 檢 測 工 作 , E-mail:gonghw@petrochina.com.cn, 地 址 : 黑 龍 江 省 大 慶 油 田 有 限 責(zé) 任 公 司第二采油廠工程技術(shù)大隊儀表室,163000。