联合站油水分离控制系统设计Rockwell系统毕业设计Word文件下载.docx

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Theoil-waterseparationprocessinoilstationisanimportantprocesstochangehighlymoisturecontentcrudeintoqualifiedproducts.Viewedfromtheangleofcontroltheory,thisprocesshasmanycharacteristicslikevariables,factorsthatinterferewithcomplex,nonlinear,timedelay,andthestrongcouplingofpressureandinterface.Inthispaper,oil-waterseparationinoilstationissolvedbytheusingofDeviceNetfieldbustechnology,thedynamicmodeloftheoil-waterseparationinoilstationisestablishedandsimplified,therelationshipbetweentheinputandoutputaswellastheresponsetothedisturbancearediscussed,andallaboveareadoptedinthesystemconstructedbytheDeviceNetfieldbustechnology.ThroughtheearlyconstructingoftheDeviceNetfieldbusnetworkDeviceNetequipmentconfigurationandnetworkconfigurationarewellknown,thenRSLogix500areusedtoedittheprogramme,andRSViewisusedtoconstructthecontrolinterface,sothatthetargetoftheoilstationcanmeetthebasicneedofPIDcontrol,andtheoperatingconditionsofthetargetoftheoilstationcanbereflectedontheman-machineinterface.Themulti-variablecontrolintheoil-waterseparationprocessistosomedegreesolvedthroughtheestablishmentofthemathematicalmodelandthebasedontheDeviceNetFieldbus.

Keywords　oilstationoil-waterseparationDeviceNetfieldbustechnologyonstructionofthesystem

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第1章绪论

1.1联合站油水分离控制系统国内外现状及发展趋势

1.1.1联合站油水分离系统自动控制的意义

联合站油水分离主要通过游离水脱水、沉降脱水、电脱水三个阶段，每个阶段的放水含油和出油含水要求要达到规定的指标，从而实现污水回注和成品油平稳外输目的。

油水分离过程同时要经过加温、加压、加药等工序。

目前，油田原油生产已进入高含水期，联合站的任务变得更加繁重。

较之以前，联合站的工作效率，生产质量，能源消耗，都变得重要起来。

联合站油水分离过程是多入多出系统，且变量间耦合严重，干扰因素多且作用频繁，系统可控性差。

选择适合此过程特点的最优控制策略，开发出一套完善的联合站油水分离过程在线监测与控制系统，故障诊断报警系统具有重大的现实意义。

完善的控制系统能大幅度地节省人力及提高设备利用率。

控制系统使用后应使各阶段出油含水率降低，做到平稳外输：

并且水中含油量减少，使收油泵起停次数降低，每次运行时间减少，延长泵的使用寿命。

出水含油率的降低又可大大降低二次分离的消耗。

[5]

1.1.2国内、外现状及发展趋势

目前，在国内各种规模的联合站中油水分离控制过程大多数还采用手动或半自动控制防水。

即一次仪表加手操器方式或根据经验来控制手动阀门的开启度。

在这个环节上自动化程度很低，急待解决。

而在发达国家同类设备中，已基本上实现了全自动控制，即脱水、加药、污水处理、平稳外输过程的全自动调节及控制。

在这方面，我国处于落后状态的主要原因是传感器及调节仪表的性能质量均达不到要求，现场及操作人员素质欠缺，过去开发的一类型的自动控制系统无法使用等。

近年来，随着各类先进控制产品的引入及操作人员素质的不断提高，采用先进的全自动控制系统来控制脱水过程已经实现，并在不断推广。

就我国而言，联合站自动放水经历了三个主要阶段：

第一阶段：

属于探索阶段，期间各种方式混杂，各种方式在部分领域取得一定发展，由于元件、控制理论的局限，就其根本而言（即保证外输油含水率）是失败的。

第二阶段：

由于计算机技术的发展，以其独立开发的计算机系统或兼容机控制系统为核心，这类系统一般预先设置油中含水率和系统压力等控制参数，通过实时优化软件，根据控制参数的变化、每隔3秒随时调节放水阀及界面，含水率在规定的范围内变化，已基本实现自动控制，但还存在以下不足：

根据经验数据控制分离过程，调试阶段工作复杂，投产使用一段时间后，某些外部关键参数可能变化，这将影响控制的可靠性与稳定性，使放水及输出油指标降低甚至不合格。

由于一次仪表、特别是点位式界面仪的局限性，必然使只有部分数据取自现场仪表，油水界面、油中含水和水中含油指标显示数据非实际值而是计算值。

这样，对于含油率较稳定的站而言是失败的。

第三阶段：

工控机场地总线、集散控制系统阶段。

通过设备网（DeviceNet）采集现场一次仪表参数和控制相关执行机构，通过控制网（ControINet）实现本站系统状态的监测与控制，通过信息网（EtherNet）实现与整个计算机管理信息系统的互连。

油水界面和出油含水检测采用射频导纳连续液位变送器。

这种控制方式，是油水分离智能控制发展的必然趋势，他具有低成本、高可靠性、可扩展性等优点。

1983年，Honeywell推出了智能化仪表，它在原模拟仪表的基础上增加了计算功能的微处理器芯片，在输出的4～20mA直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接模拟信号变为数字信号。

之后，世界上各大公司推出了各种智能仪表。

智能仪表的出现为现场总线的诞生奠定了基础。

智能仪表的出现为现场信号的数字化提供了条件，但不同厂商提供的设备通信标准不统一，束缚了底层网络的发展。

现场总线要求不同的厂商遵从相同的制造标准，组成开放的互连网络是现场总线的发展趋势。

现场总线网、智能化设备仪表的发展，不可避免地影响着DCS的体系结构，现在可以看到的一个明显的趋势是DCS的进一步分散化。

传统的DCS，在I/O控制站这一层仍然是一个集中式的结构，有些系统出于成本或其它方面的考虑，将I/O控制站的规模做得很大。

这种考虑包括：

高性能CPU的价格己降得很低，为了充分发挥CPU的能力，可以将一个I/O控制站的点数、回路数扩充，以降低成本。

但是这种设计提高了危险性的集中度，如果为了提高可靠性增加冗余措施，系统成本仍然会上升，因此并不是一个理想的解决方案。

从当前的发展趋势看，利用现场总线网和智能化设备、智能化仪表，加上通用的工控机完全可以组成一个小型的DCS，这就对传统的DCS提出了挑战，因为基于现场总线网的DCS具有很多优越性，无论从系统的成本上、可靠性上，安装使用、维护的方便性及可扩充性上都有很大的优势。

传统的DCS只有在I/O控制站这一层进一步分散化，采用现场总线网技术，形成以现场总线网基础的、以智能I/O模块构成的分布式控制站。

也就是说，将过去DCS中集中式的I/O控制站变成分布式的控制站，在传统DCS网络的下一层再引入一层现场网络，基本控制单元深入到了设备控制这一级，形成设备级网络、控制级网络和管理级网络这样三层网络结构，以此来满足不断提高的应用需求。

[7]

1.2联合站油水分离系统面临的问题

在联合站集输流程中主要分为油、气、水三个系统，油系统主要指的是游离水、电脱水、输油等几个岗位；

气系统在联合站只进行计量，不进行控制，水系统包括污水、污水处理、注水等岗位。

油系统的工程流程是全密闭的，水系统中存在许多缓冲罐且都是常压的，因此，一般只在油系统中存在各控制参数的耦合关系。

游离水岗主要控制参数有：

沉降罐液位、沉降罐压力、沉降出油量、沉降放水量、沉降罐出油含水。

电脱水岗主要控制参数有：

脱水器界面、脱水器压力、脱水器油量、脱水器放水量、外输油含水。

主要干扰因素是来液量的变化和来液含水率的变化。

其中

控制输出：

游离水脱除器油出口含水率、放水含油率、系统压力；

沉降脱除器油出口含水率、放水含油率、放水含油率、系统压力；

电脱水器油出口含水率、放水含油率、系统压力。

操纵输入：

游离水脱除器放水量、油出口流量；

电脱水器放水量、油出口流量。

干扰输入：

中转站来液量、来液含水率。

（1）保持游离水脱除器界面平稳

对游离水脱除器来说，脱除器界面是一个重要参数，因为其界面的波动将直接影响到油水分离的效果，为此在每个脱除器上都装有界面子控制系统。

当界面由于某种干扰（如来液含水）而变化时，界面控制子系统就通过改变脱除器放水量和油出口流量来维持界面平稳。

但是来液含水的改变直接影响的是油出口流量，进而影响系统压力。

而游离水脱除器出油量的波动对电脱除出油量的波动对电脱水器来说是一个进液扰动，使电脱水器的界面平稳受到破坏，甚至出现生产事故。

（2）保持游离水脱除器系统压力平稳

对游离水脱除器来说，其系统压力也是一个重要参数，因为若出现高压时处理不及时，很可能造成安全阀跑油等严重事故，压力过低越出限值时，影响电脱水系统操作，严重时电场波动，造成事故。

为此在每个脱除器出油汇管上都装有压力控制子系统。

当压力由于某种干扰而变化时，压力控制控制系统就通过改变脱除器油出口流量来维持压力平稳。

但是出油