石油安全02.docx

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石油安全02

1绪论1

1.1联合站的国内外现状1

1.2联合站简介1

1.3联合站主要岗位及任务2

1.4联合站系统流程3

2联合站总体设计方案4

2.1计算机监控技术特点分析4

2.2联合站计算机监控系统设计5

3联合站监控系统硬件设计6

3.1联合站工艺流程图6

3.2联合站的工艺流程与系统I/O点数统计7

4联合站监控系统方案设计11

4.1智能仪表选型11

4.2系统硬件监控方案设计图12

4.3监控系统设备选择13

5结论14

参考文献14

1绪论

1.1联合站的国内外现状

联合站是油田原油集输生产中最重要的生产工艺过程，它是集油水分离、污水处理、原油及天然气集输等多个工艺系统为一体的综合性生产过程，主要包括输油脱水、污水浅处理、污水深处理、注水、锅炉和配电等生产岗位或工艺环节。

目前，各大油田联合站生产工艺过程的控制主要有人工监测控制、常规仪表自动监测控制、计算机监测控制等三种方法。

联合站输油脱水岗是进行原油沉降脱水、实现油水分离和净化油外输的生产过程，是联合站生产的中心环节，工艺要求较高，其生产过程的管理水平，直接关系到成品原油的产品质量和整个联合站生产的安全和高效平稳运行。

特别是随着油田开发进入高含水后期，工艺过程更加复杂，对工艺过程提出了更高的要求，采用人工监测控制和常规仪表控制已很难满足生产要求。

上世纪九十年代，计算机控制开始应用于联合站生产过程，并取得了一定的应用效果。

但由于在方案选型、设计和管理维护等方面存在一些问题，总的来讲，应用效果不够理想。

在油田联合站生产过程中，如何合理选择、设计安全可靠和便于维护的计算机监控系统，保证联合站生产的平稳运行和优化控制，实现节能降耗和安全生产，提高生产管理水平，是目前自动化技术在油田生产应用中面临的重要课题。

1.2联合站简介

联合站是转油站的一种，但由于其功能较多，在油田上普遍存在。

站内包括有原油处理系统，转油系统，原油稳定系统，污水处理系统，注水系统，天然气处理系统等。

它是油气集中处理联合作业站的简称。

主要包括油气集中处理（原油脱水、天然气净化、原油稳定、轻烃回收等）、油田注水、污水处理、供变电和辅助生产设施等部分。

联合站（库）是油田原油集输和处理的中枢。

联合站（库）设有输油，脱水，污水处理，注水，化验，变电，锅炉等生产装置，主要作用是通过对原油的处理，达到三脱（原油脱水，脱盐，脱硫；天然气脱水，脱油；污水脱油）三回收（回收污油，污水，轻烃），出四种合格产品（天然气，净化油，净化污水，轻烃）以及进行商品原油的外输。

联合站是高温，高压，易燃，易爆的场所，是油田一级要害场所。

1.3联合站主要岗位及任务

（1）脱水岗（沉降岗）　　

脱水（沉降）岗主要任务是将高含水原油，通过热化学脱水（即游离水预处理），沉降脱水和电脱水处理，并将脱水后的净化油转输到输油岗，把含油污水转输到污水处理岗　　

（2）输油岗　　

输油岗将脱水岗的净化油输送到缓冲罐（或大罐），再经输油泵加压，经流量计计量外输后外输到联合站或长输管道　　

（3）污水岗　　

污水岗把一段，二段，电脱水器和站内的其他污水收集起来进行处理，达到回注水质量标准后，送往注水站进行回注。

（4）注水岗　　

注水岗把本站经净化处理和外来质量合格的水，根据地址的需要经注水泵加压输送到配水间，通过注水井注入到油层　　

（5）集气岗　　

集气岗主要任务是将中转站来气，经增压机加压，经流量计（微机显示）计量后输送到供输油站或气处理厂。

（6）变电岗　　

变电岗把35Kv,110Kv,220Kv高压电，经变压器及其他设备降压，向联合站（库）各用电设备配电。

（7）仪表岗　　

仪表岗对本站各岗位使用的一，二次仪表，流量计进行投产运行时的调试和正常生产时的维护保养，调试，标定。

（8）化验岗　　

化验岗一般设三个岗：

①原油化验岗：

负责本站进站原油含水，外输原油含水以及原油脱水过程中的质量监护化验和原油密度的测定。

②污水化验岗：

负责本站进站原油含水，外输原油含水以及原油脱水过程中的质量监护化验和原油密度的测定。

③锅炉化验岗：

负责锅炉用水水质的化验。

（9）锅炉岗，维修岗等岗位。

1.4联合站系统流程

（1）油系统，中转站来油->进站阀组->游离水脱除器->一段加热炉->沉降罐->含水油缓冲罐->脱水泵->二段加热炉->脱水器->净化油缓冲罐->外输泵->计量->外输。

（2）水系统，游离水脱除器-污水站-注水站。

沉降罐-污水缓冲罐-污水泵-污水站。

（3）天然气系统，中转站来气-收球配气间-除油器-增压站-计量-外输。

（4）加药系统，调配罐-加药罐-加药泵-阀组汇管。

2联合站总体设计方案

2.1计算机监控技术特点分析

1、主要特点

（1）实时性。

对工业生产过程进行实时在线检测与控制，按优先级进行采集和输出调节，保证被控系统的正常运行。

（2）可靠性。

具有在较为恶劣的工业现场长期工作的能力，并具有良好的故障诊断和维护性。

（3）较强的输入/输出能力。

可与工业现场的板卡和控制装置相连接，完成各种测量控制任务。

（4）应用软件丰富。

目前大多数计算机监控系统以WINDOWS做工作平台，系统软件、应用软件丰富，可提供良好的人机界面，特别是组态软件更为用户提供了方便。

（5）设计原则：

可靠性原则、使用方便原则、开放性原则、经济性原则、开发周期短原则。

2、分析

（1）系统硬件是一款集各种数据（开关量、模拟量和视频信息）采集传送的综合监测报警联动装置。

可以连接与加油站安全有关的各种物理量变送器和与火警有关的传感器。

（2）传感器均采用防爆型或本安型，本安型探测器还配备安全栅用以在探测器本安防爆系统发生故障时，将窜入危险场所的电能限制在安全值以内，从而保证了加油站现场的本安特性。

（3）监控参数与多媒体信息是以现场总线或专用网络为基础，系统服务器具有远程通讯端口，将报警图像及相应信息通过Internet实时送至远地的安全监控中心和其他领导机关，为加油站的有效监管和事故应急提供了丰富而及时的现场信息。

（4）系统采用工业组态软件作为上位监控软件，同时将参数监控界面和视频监控界面集成在同一软件界面中，大大提高加油站管理工作的效率和技术水平。

（5）系统采用模块化设计，具备可扩展性，配置灵活，可满足不同用户的需求。

（6）系统性能稳定，工作可靠，模块之间实现无缝连接。

（7）装置具有良好的经济性，Profibus/RS485总线可连接256个输入输出模块，每个模块均可连接多路模拟量/数字量信号源，一台综合监测联动装置可以带动多至32路视音频信号源，覆盖的面积大，成本低。

2.2联合站计算机监控系统设计

联合站监控最重要的是对工艺过程中的各项参数如温度、压力、液位、流量等进行实时监控。

所以必须在各种干扰的情况下，将液位、温度、压力等稳定控制在工艺允许的误差范围内，所以对这些参量监控就是生产过程中的关键。

设计联合站计算机综合监控系统，不仅节省了人力物力，而且在准确性、灵活性以及生产效率上都有明显提高，保证了油田的安全稳定生产。

智能仪表控制系统主要完成对现场数据的采集、现场仪表和执行机构的控制。

来自生产现场的生产过程参数经过传感器测量变送后变为4一20mA的标准仪表信号，经信号电缆传送至I/O模块。

模拟信号经模数转换后变为数字信号，同时对需要控制的过程参数在控制模块中进行PID运算，将运算结果经数模转换后输出4一20mA的控制信号，经放大整形后驱动执行机构，实现对过程参数的PID控制。

本次设计采用智能仪表控制器来采集与控制现场数据。

通过I/O模块控制器，将现场的模拟或数字信号传输到工控机中，通过显示器显示出现场采集的数据。

在控制系统中应配有冗余工控机、打印机以及UPS电源装置，以提高监控系统的可靠性。

软件平台是基于WindowsNT，采用北京亚控公司的组态王6.53。

软件是开放式结构、模块化结构、填表方式、组态方式。

其中实时过程控制软件包括组太模块、显示模块、控制模块、图形模块、历史数据模块、报警模块、报表生成模块。

操作员软件在操作站上提供操作窗口、显示、趋势和手工操作。

本监控系统充分利用组态王提供的功能齐全、使用灵活的人机界面编辑功能，设计组态软件监控模块，他是岗位工人和技术工人实现对工艺过程实时监控的操作平台。

图2-1是组态王的软件架构。

组态王COM组件

图2-1组态王软件架构图

3联合站监控系统硬件设计

3.1联合站工艺流程图

图3-1联合站工艺流程

来油

污水缓冲罐

一次沉降罐

分离器

加药泵

二次沉降罐

污水外输泵

脱水泵

加热炉

过滤罐

脱水器

外输泵

净化油罐

图3-2联合站工艺流程图

3.2联合站的工艺流程与系统I/O点数统计

（1）分离器流程。

从各个采油队输送过来的原油首先通过计量器计量后又进入联合站的油气水三相分离器，在这里实现气体和液体的分离。

原油从分离器一端进入，然后天然气从另一端上部流出进行天然气外输，而油水混合的液体从下部流出进入一次沉降罐。

（2）油罐区流程。

油罐区的储罐主要的任务是进行油水分离，由一次沉降罐、二次沉降罐、净化油罐组成，分离器将油水混合液体输入一次沉降罐，一次沉降罐分离出大部分的原油，并把部分天然气再行收集，而将水输到污水区，进行污水处理。

经过一次沉降罐的原油流入二次沉降罐继续进行油水分离，这之后的原油已经含水很少了，然后原油进入加热炉加热和脱水器脱水。

经过加热和脱水后的原油进入净化油罐，等待外输。

（3）加热炉流程。

从油罐区二次沉降罐输送过来的原油在这里经过加热，以利于原油的输送，然后送到脱水器脱水。

（4）原油外输流程。

经过加热和脱水处理的原油含水已经很少，通过原油外输泵将原油输送出联合站。

污水处理工艺流程。

在这一流程里，从一次沉降罐过来的污水首先进入缓冲罐，将含有的残留天然气进行收集，然后经过加药泵进行加药处理，再进入过滤罐过滤，最后将经过处理的污水输出

根据联合站的工艺流程和各个设备的工作原理，整个监控系统需要处理：

（1）控制三相分离器上油室、水室的液位恒定。

（2）监测三相分离器上油室、水室的液位、温度、压力及报警、

（3）监测俩个沉降罐的油室、水室的液位、温度、压力及报警。

（4）监测脱水泵、脱水器、加药泵、污水外输泵、外输泵各自前后的压力，控制各个泵的起、停，显示其运行状况及报警。

（5）监测净化油罐、污水缓冲罐，过滤罐、加热炉的温度及液位及报警。

（6）监测遍布整个战区的气体浓度及报警。

根据联合站的流程图，先要列出统计出系统的I/O点数，系统的I/O点数如表3-1所示。

表3-1联合站监控系统I/O变量表

序号

设备名称

总点数

控制要求

一个三相分离器

水室的液位、温度、压力

油室的液位、温度、压力

油室、水室液位恒定控制

两个沉降罐

罐的液位、温度

2*2=4

一个脱水泵

脱水泵的液位、温度

一个加热炉

加热炉前后的温度

一个净化油罐

净化油罐的液位、温度

一个外输泵

泵的前后压力

控制泵的起停

泵运行状况显示

一个加药泵

泵的前后压力

控制泵的启停

泵运行状况显示

一个过滤罐

罐的液位、温度

罐液位的恒定控制

一个污水外输泵

泵的前后压力

控制各个泵的启、停

泵运行状况显示

合计

表3-2模拟量I/O点参数表

I/O位号

变量

名称

变量

说明

I/O类型

工程

单位

信号

类型

量程

上限

量程

下限

报警上限

报警

下限

偏差报警

正常

值

1-1

SISA

三相分离器水室液位

1-2

SISB

三相分离器水室温度

℃

100

1-3

SISC

三相分离器水室压力

1-4

SISD

三相分离器油室液位

1-5

SISE

三相分离器油室温度

℃

100

1-6

SISF

三相分离器油室压力

1-7

SISG

三相分离器水室液位恒定控制信号

℃

100

1-8

SISH

三相分离器油室液位恒定控制信号

℃

100

1-9

SISI

1#沉降罐液位

1-10

SISJ

1#沉降罐温度

℃

100

1-11

SISK

2#沉降罐液位

1-12

SISL

2#沉降罐温度

℃

100

1-13

SISM

脱水泵液位

1-14

SISN

脱水泵温度

℃

100

1-15

SISO

加热炉前温度

℃

100

1-16

SISP

加热炉后温度

℃

100

1-17

SISQ

净化油罐温度

℃

100

1-18

SISR

净化油罐液位

1-19

SISS

外输泵泵前压力

100

1-20

SIST

外输泵泵后压力

100

1-21

SISU

加药泵泵前压力

100

1-22

SISV

加药泵泵后压力

100

1-23

SISW

过滤罐液位

1-24

SISX

过滤罐温度

℃

100

1-25

SISY

过滤罐液位恒定控制

℃

100

1-26

SISZ

污水外输泵前压力

100

1-27

SISYK

污水外输泵后压力

100

表3-3数字量I/O点参数表

I/O位

号

变量

名称

变量

说明

I/O类

型

正常

状态

信号类型

信号上线

信号

下线

逻辑

极性

2-1

CIQD

外输泵启动

正

2-2

CIQC

加药泵启动

正

2-3

CIQY

污水外输泵启动

正

2-4

CIZA

外输泵运行状况

正

2-5

CIZB

加药泵运行状况

正

2-6

CIZC

污水外输泵运行状况

正

4联合站监控系统方案设计

4.1智能仪表选型

由前面分析可知，监控系统可采用一台工控机，下面连接PID控制表和研华ADAM4000或ADAM5000系列模块来构成。

（1）一个三相分离器的液位恒定控制总共有2路PID控制，一个过滤罐的液位恒定控制有1路PID控制，可选择3路单路PID表，因此我们选用一台昌辉公司的SWP-LCD-SSR48段PID自整定控制仪完成PID控制，选择RS-485接口型。

（2）由于所有液位、温度、压力信号比较重要，必须要再现场控制柜显示，所有要选用控制柜上的显示仪。

这些显示可以选择单路显示仪，也可以选用昌辉公司的SWP-LCD-M型多通道巡检控制仪，该仪表可以轮流显示十六路模拟数据，选择RS-485接口型。

液位、压力、温度信号共有24路，所有可以选用2台，由2*16-24=8路冗余。

2块SWP-LCD-M型多路仪表必须选择RS-485接口型。

（3）剩余3路DI信号和3路DO信号，可以选用研华模块来完成。

由于数字量输出去控制泵的起停，所以输出模块最好选用继电器输出型，可以省去后接的驱动继电器。

所以可以一个ADAM-4052（8路隔离数字量输入模块）和一块ADAM-4068（8路继电器输出模块）。

有5路DI和5路DO冗余。

各个模块必须选择RS-485接口型。

（4）如果仪表接口选择RS-232C接口型，则每个串口只能接一块仪表，所以上面仪表及模块都选择了RS-485接口型，这样某一类仪表就可以在接在同一串口上。

一般工控机只有两个串口，我们可以把所以昌辉公司的仪表接在一个串口，把所有研华公司ADAM40000系列的模块接在一个串口，计算机通过模块及仪表内地址区分不同设备。

但是计算机是RS-232C接口，而仪表是RS-485接口，所以还需要两块ADAM-4520（隔离RS-232到RS-422/485转换器）模块。

（5）系统还需要选用工控机、打印机、UPS等设备

（6）系统还需要操作软件和组态编程软件。

4.2系统硬件监控方案设计图

21寸彩显

打印机

UPS

研华工控机IPC-610

COM1COM2

ADANM4520

ADAM4520

ADAM

4068

8路DO

ADAM

4520

8路DI

SWP-LCD-M

16路AI

SWP-LCD-M

16路AI

SWP-LCD-SSR

3路PID

7路液位检测、9路温度检测

3路泵启停控制

3路泵状态显示

8路压力检测

3路液位PID控制

图4-1监控系统输入输出原理图

4.3监控系统设备选择

表4-1联合站监控系统设备清单

序号

类别

名称

型号

技术要求

数量

计算机部分

工控机主机

研华IPC610

PIV1.8G/512MDRAM/40G/50X

1台

21寸彩显

研华FPM-3190

22寸工业平板显示器

1台

UPS电源

山特3KVA

3KVA0.5小时

1台

彩色打印机

惠普

彩色激光打印机

1台

软件部分

操作系统

WindowsXP

MicrosoftWindowsXP

一套

组态软件

Kingview6.51

北京亚控“组态王6.51”

一套

控制器及仪表部分

智能多回路PID控制器

昌辉SWP-SSR

48段PID自整定控制仪：

8路输入，4路输出

1块

多通道巡检控制仪

昌辉SWP-LCD-M

16路多通道巡检控制仪，控制输出方式：

电压/电流输出，设定/显示精度：

0.5%FS+1位数max

2块

DI模块

研华ADAM-4052

8路隔离数字量输入模块

1块

DO模块

研华ADAM-4068

8路继电器输出模块

1块

信号转换器

研华ADAM-4520

RS-232到RS-485转换器

2块

控制台

仪表盘柜

KG-221

仪表控制柜，2100×900×600（高×宽×深），配套接线端子，端子排，绘线槽及内部接线

1台

小型操作台

西仪横河

西仪横河计算机专用操作平台

1台

5结论

本次课程设计主要完成某联合站安全监控系统硬件设计,使所学知识能够运用于安全工程设计理论并进行油气设施监控系统的初步设计,进一步了解石油工程安全设计的基本原理，了解石油安全工程设计的步骤和方法,培养计算机绘图能力。

运用已学过各类传感器、输入输出模块、工控计算机、现场总线等的知识，完成监控系统硬件方案、设备选型、设备接线等各功能的设计；同时进一步熟悉计算机监控系统相关的硬件组成与方案，培养了我初步设计小型计算机安全监控系统硬件方案的能力，熟悉联合站工艺流程，监控目标及要求。

因此本次课程设计对我来说是一次全面的锻炼，相信通过此次课程设计并加上课程设计中所体会到的经验，对我以后顺利走向工作岗位会起到很大的促进作用。

参考文献

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[2]杨善林、郭骏、于士忠，计算机控制技术[M]，合肥：

中国科技大学出版社，1993

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清华大学出版社，2001.

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