1 引言

伴生氣又稱為油田氣，是與原油共同儲(chǔ)藏在地層深處的一種能源，其主要成分為甲烷，其中還有乙烷、丙烷、丁烷等少量氣體。早期國內(nèi)外大部分油田沒有對伴生氣進(jìn)行有效的回收利用，多采取燃燒、排放等簡單的處理方式，這些處理方式不僅污染環(huán)境，而且造成巨大的浪費(fèi)。隨著企業(yè)節(jié)能減排意識的提高以及自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷提升，越來越多的油田開始致力于伴生氣回收系統(tǒng)的開發(fā)。不同的油田所產(chǎn)生的伴生氣濃度與壓力是不同的，為了能夠?qū)樯鷼饣厥绽?，需要將壓力不足的伴生氣進(jìn)行增壓，油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)就是在此背景下應(yīng)運(yùn)而生的。

　　近些年，隨著自動(dòng)化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速提升，油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)的功能也越來越強(qiáng)大，由最早是單機(jī)控制系統(tǒng)，發(fā)展到現(xiàn)在的帶有無線網(wǎng)絡(luò)的集中智能控制系統(tǒng)，這就需要控制器具有較強(qiáng)的通訊擴(kuò)展能力。目前采用的控制器主要有兩大類，一類是基于單板機(jī)的專用控制器，還有一類是基于PLC的控制器?；趩伟鍣C(jī)的專用控制器可以較好的實(shí)現(xiàn)控制功能，但在可靠性以及維護(hù)性方面都存在較大的問題，其中一些控制器的網(wǎng)絡(luò)接口也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不易進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展；另一類采用PLC作為系統(tǒng)的控制器，PLC的可靠性大大強(qiáng)于單板機(jī)控制器，此外PLC的通訊擴(kuò)展能力也比較強(qiáng)，可以比較方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。本文所述的油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)就是采用PLC作為控制器的，本系統(tǒng)采用的是和利時(shí)公司LK系列PLC，這款PLC不僅具有很高的可靠性，還有豐富的通訊接口，非常易于組網(wǎng)，利用CPU自帶的RS485接口以及宏電的GPRSDTU模塊，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。此外系統(tǒng)還支持SD卡程序下裝功能，用戶只需通過帶有程序的SD存儲(chǔ)卡就可完成程序的下裝，此功能特別適用于對此類所在地點(diǎn)偏僻、不便于使用電腦對控制系統(tǒng)進(jìn)行升級與維護(hù)的應(yīng)用場合。下面就詳細(xì)介紹一下采用和利時(shí)公司的LK系列PLC搭建的油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)。

　　2 油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)工藝

　　該系統(tǒng)主要由以下三個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是增壓系統(tǒng)、噴液冷卻系統(tǒng)以及獨(dú)立潤滑油系統(tǒng)。下面分別對這幾個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行簡要說明。

　　ì增壓系統(tǒng)

　　增壓系統(tǒng)用于伴生氣增壓，可根據(jù)入口氣體壓力情況自動(dòng)進(jìn)行啟動(dòng)停止，其核心裝置為雙螺桿壓縮機(jī)，壓縮機(jī)采用變頻工作方式?？刂破鞲鶕?jù)設(shè)定的出口氣體壓力與實(shí)際出口壓力作比較，采用PID算法計(jì)算出變頻器的運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)對雙螺桿壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)能量調(diào)節(jié)。

　　ì噴液冷卻系統(tǒng)

　　壓縮機(jī)汽缸采用噴淋冷卻的方式，冷卻液采用油田中的原油，原油與套管氣混合后進(jìn)入冷卻器，經(jīng)冷卻后的油氣作為噴淋液進(jìn)入壓縮機(jī)。

　　ì獨(dú)立潤滑系統(tǒng)

　　獨(dú)立潤滑系統(tǒng)由油泵、油箱、潤滑油過濾器、潤滑油分配器等組成，分別向壓縮機(jī)的軸承、機(jī)械密封、同步齒輪提供潤滑油。潤滑系統(tǒng)設(shè)置油壓連鎖控制等功能，保證主機(jī)得到良好潤滑和封閉。

　　油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，從圖中可以看到此系統(tǒng)主要包括壓縮機(jī)、變頻器、潤滑油分配器、冷卻器、原油加熱器、油泵以及一些閥門開關(guān)等。圖中綠色部分即為獨(dú)立潤滑油系統(tǒng)，潤滑油采用原油，經(jīng)加熱后由油泵打入冷卻器中，再進(jìn)入潤滑油分配器，加熱原油是避免油溫過低時(shí)阻塞油泵。圖中紅色部分為噴液冷卻系統(tǒng)，原油經(jīng)冷卻后作為冷卻劑進(jìn)入壓縮機(jī)。圖中藍(lán)色部分為增壓系統(tǒng)，伴生氣在符合一定壓力條件下進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)變頻工作使壓縮后的伴生氣穩(wěn)定在設(shè)定壓力上。



3 油田伴生氣增壓回收控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　ì系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　此系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的LK系列PLC作為控制器?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，在控制層每個(gè)采油站配置一個(gè)現(xiàn)場控制站，現(xiàn)場控制站包括一套LKPLC、一個(gè)觸摸屏以及一塊GPRS遠(yuǎn)程通訊模塊，PLC負(fù)責(zé)現(xiàn)場工況信號的采集、處理以及向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送控制信號，觸摸屏用于現(xiàn)場監(jiān)控與調(diào)試，GPRS遠(yuǎn)程通訊模塊將現(xiàn)場控制站以無線的方式接入公網(wǎng)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)即可將現(xiàn)場控制站的狀態(tài)與報(bào)警信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的操作員站上。網(wǎng)絡(luò)層采用星型網(wǎng)絡(luò)，以公網(wǎng)為中心，操作員站通過網(wǎng)線連接到公網(wǎng)，公網(wǎng)再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場各工作站交換數(shù)據(jù)。在操作層采用了2個(gè)操作員站，其中一臺(tái)操作員站具備工程師站的功能，用于操作以及監(jiān)視此控制系統(tǒng)，兩個(gè)操作員站采用熱備的方式，當(dāng)其中一臺(tái)操作員站出現(xiàn)故障時(shí)，可以使用另一個(gè)操作員站對系統(tǒng)進(jìn)行操作，從而不會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。兩個(gè)操作員站通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，打印機(jī)負(fù)責(zé)打印日常報(bào)表。



　　PLC硬件配置

　　本系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的LK系列PLC，LK系列PLC的CPU上集成了豐富的通訊接口，包括冗余的Profibus-DP接口、太網(wǎng)接口，一個(gè)RS232接口以及一個(gè)RS232485接口，不用另外擴(kuò)展通訊模塊即可組成復(fù)雜的通訊網(wǎng)絡(luò)，既能滿足客戶的通訊需求，又為用戶節(jié)約了投入成本。單個(gè)子站控制系統(tǒng)硬件清單如下：



　　位機(jī)操作系統(tǒng)

　　上位機(jī)操作系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的HollyView進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對各PLC控制站的監(jiān)視與控制。為了通過GPRS與各子站進(jìn)行通訊，操作員站申請了域名，通過HollyView虛擬串口功能與各DTU建立連接。數(shù)據(jù)庫采用SQL2000，通過連接SQL2000數(shù)據(jù)庫進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)信息的保存、讀取以及報(bào)警數(shù)據(jù)的記錄等工作。為了保證系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)采用兩臺(tái)PC機(jī)互為備份，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫同步，確保監(jiān)控系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。

　　觸摸屏操作系統(tǒng)

　　觸摸屏可以在現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與控制，以及在設(shè)備調(diào)試時(shí)使用。觸摸屏系統(tǒng)中包括了參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警信息記錄等功能。系統(tǒng)運(yùn)行畫面如圖3-2所示：



4 應(yīng)用特點(diǎn)

　　基于LK的伴生氣增壓回收系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

　　ì可靠性

　　本系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的大型PLC產(chǎn)品LK系列PLC，LK系列PLC主要針對大型或?qū)煽啃砸蟾叩目刂葡到y(tǒng)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)借鑒了和利時(shí)公司DCS產(chǎn)品的成功經(jīng)驗(yàn)，在惡劣的工作環(huán)境下仍然可以保證長時(shí)間可靠的工作，LK系列PLC還通過了UL和CE兩大國際認(rèn)證。上位機(jī)系統(tǒng)采用兩臺(tái)PC互為熱備，當(dāng)一臺(tái)PC機(jī)出現(xiàn)問題的時(shí)候，另一臺(tái)PC機(jī)可以立即投入工作，從而不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，可以看出本系統(tǒng)在控制層與操作層都有相當(dāng)高的可靠性。

　　ì系統(tǒng)功能強(qiáng)

　　LK系列PLC可靠性高，運(yùn)算速度快，邏輯控制容量大，支持SD卡程序下裝，支持LD、ST等多種語言混合編程，特別適合伴生氣增壓回收系統(tǒng)這樣算法比較多的控制系統(tǒng)。LK編程軟件中帶有增量PID功能塊，通過配置參數(shù)就可以很方便的實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算功能。此系統(tǒng)被控對象所處位置偏遠(yuǎn)且分散，對此采用了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，不僅節(jié)省了布線成本，新建的子站也可以很容易的加入現(xiàn)有系統(tǒng)中。

　　ì數(shù)據(jù)庫記錄完善

　　上位機(jī)操作系統(tǒng)采用HollyView組態(tài)軟件連接SQL2000數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控以及系統(tǒng)狀態(tài)信息、報(bào)警信息的記錄功能，觸摸屏所做的操作界面同樣具有報(bào)警信息記錄等功能，用戶可以在現(xiàn)場隨時(shí)查詢報(bào)警信息。

　  5 結(jié)束語

　　油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)在保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排上有著深遠(yuǎn)的意義，此類系統(tǒng)也將成為控制領(lǐng)域新的研究方向。LK系列PLC以其高可靠性、易用性很好的完成了此系統(tǒng)的控制任務(wù)，這也預(yù)示著國產(chǎn)PLC的迎頭趕上。GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的成功搭建也給系統(tǒng)監(jiān)控提供了新的思路。

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