油气集输仿真系统设计.pdf

石油管材与仪器 P E T Ro L E U M T U B UL A R Go0D S I NS T R U ME N T S 2 0 1 5年 6月 开发设计 油气集输仿真 系统设计 时 强 孔 祥敏 1 ． 中石化西北油 田分公 司新疆乌鲁木齐 邱海 峰 赵 毅 石 明江 8 3 0 0 1 1 ； 2 ． 西南石油大学电信院 四川 成都6 1 0 5 0 0 摘 要 油气集输是石油开发工程的重要组成部分， 在油田生产中占领着主导作用。仿真系统以水的集输模拟油气集输， 实现中 转油罐给用户供油的手动／自动控制和监控， 在仪表盘上可显示重要的检测数据、 启停按钮、 报警器、 状态指示灯等； P L C控制器实 现温度、 压力、 流量的采集， 实现对系统的补油、 流量等进行 自动控制； 监控界面具备监控状态、 参数设置、 报警、 P I D控制参数设置等 功能 。 关 键 词 集输 ； P L C； 组 态； 监控 中图法分类号 T E 8 3 2 ． 2 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 6 0 0 7 7 2 0 1 5 0 3 0 0 2 8 0 4 De s i g n o f Oi l a n d Ga s Ga t h e r i ng S i mu l a t i o n S y s t e m S H I Q i a n g K O N G X i a n g m i n Q I U H a i f e n g Z H A O Y i S H I Mi n 鲥 i a n 1 ． S i n o p e c N o r t h w e s t O i l F i e l d C o m p a n y ， Wu l u m u q i， X i n fi a n g 8 3 0 0 0 1 ， C h i n a ； 2 ． S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i ty ，C h e n g d u ， S i c h u a n 6 1 0 5 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t O i l a n d g a s g a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n a r e a n i mp o r t a n t p a rt o f o i l d e v e l o p me n t p r o j e c t ， o c c u p y i n g a l e a d i n g r o l e i n o i l p r o d u c t i o n ．S i mu l a t i o n s y s t e m u s e d wa t e r t o s i mu l a t e o i l a n d g a s g a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n ．I t a c h i e v e d t r a n s i t o i l t a n k t o t h e u s e r g ma n u a l ／ a u t o ma t i c c o n t r o l a nd mo n i t o r i n g ．Th e i mp o rta nt t e s t d a t a，s t a r t a n d s t o p b ut t o n s，a l a r ms，s t a t us i nd i c a t o r s e t e ．c a n be di s p l a y e d on t h e da s h b o a r d ．P L C c o n t r o l l e r s c o l l e c t e d t e mp e r a t u r e ，p r e s s u r e ，fl o w，a n d r e a l i z e d t h e a u t o ma t i c c o n t r o l o f o i l s u p p l e me n t a n d o i l fl o w t o t h e s y s t e rn．T h e mo n i t o r i n g i n t e r f a c e h a s t h e f u n c t i o n o f mo n i t o r i n g s t a t u s ，p a r a me t e r s e t t i n g s ，a l a r m，a n d P I D c o n t r o l p a r a me t e r s e t t i n g s ． Ke y wo r dg a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n，PLC，c o n fig u r a t i o n，mo ni t o r i n g 0 引 言 油气集输系统作为油气 田开发工程 中的一个重要 组成部分， 对其各个参数进行 自动监测控制对提高油气 田能源的利用率有着重要意义。油气集输主要负责 的 任务有四个方面 将开采出来的油气混合物传输到处理 站， 将油气进行分离以及脱水 ， 使原油达到 国家要求标 准； 将合格 的原油通过管道输送到原油储存库 进行储 存； 将分离出来的天然气输送到再加1 二 车间， 进行进一 步的脱水 ， 脱酸， 脱氢等处理 ； 分别把经过处理， 可 以使 用的原油和天然气输送给客户 。 随着油田大规模扩展 ， 油气集输系统在工业 中趋于 完善， 利用先进的传感设备以及智能化的控制， 再加上 实时监测和管理， 不仅可以生产利益最大化， 而且降低 了人员伤亡和经济损失。目前， 广泛应用 P L C实现油气 集输的自动监控 。 1 系统结构及功能 1 ． 1 系统结 构 系统利用传感器与变送器将被控对象的物理参数 转换为电信号， 再将这些电信号经信号处理模块转换为 计算机可以识别的数字量。并且在计算机上以数字、 曲 线或图形的方式显示， 从而使操作人员能够直观地 了解 被监控对象的变化过程 ； 同时， 计算机还能储存采集的 数据， 随时进行分析 、 统计和生成各种报表。计算机还 能够根据控制算法在输 出装置中输 出相应 电信号对被 监控对象压力和流量进行控制 。 系统由上位机 包含工业组态软件和人机界 面 、 P L C 西门子 s 73 0 0 以及现场仪表 包括超声波流量 计 、 涡轮流量计、 工业热电阻、 液位传感器、 压力变送器 、 第一作者简介 时强 ， 男， 1 9 8 1 年生 ， 高级工程师 ， 2 0 0 4年毕业于中国地质大学 武汉 ， 目前在中国石化西北油 田分公司工程技术研究院 从事油气地面工程技术工作 ， 研究方向 油田地面工程规划 。E m a i l s w p u s h i 1 2 6 ． c o n 2 0 1 5年第 1卷第 3期 时强等 油气集输仿真系统设计 2 9 调节阀、 电磁阀和水泵 组成 ， 框图如图 1 所示。 图 1 油 气 集 输 监 控 系统 框 图 1 ． 2系统 功 能 系统以 P L C控制器为核心， 可以实现手动与 自动控 制。通过仪表盘盘面按钮实现对总储油罐补油 、 中转储 油罐加油、 用户泵供油的手动启停控制； 通过手操器对 用户泵的运转速度和调节阀开度进行调整， 其中可实现 当总储油罐和中转油箱到高液位报警时连锁停机， 中转 油箱加油时， 为保障安全， 需要加油泵延时停机 ， 即在中 转油箱加油启动时， 同时计时， 时间达到设定值时连锁 停止中转油箱加油。 一 一 总储油罐出现低液位报警时自动启动补油， 在监控 画面可以选择不同管路组合 ， 出现高液位报警时 自动停 止补油 ， 中转油箱液位出现低液位加油点时自动启动加 油 ， 当出现中转油箱高液位报警或加油延时停机到时 自 动停止加油 ， 关断油库 电磁 阀和泵 ， 延时停机报警需人 工解除， 才能进行下次加油。总储油罐出现低液位报警 时连锁停止加油。 2系统硬件设计 系统工艺主要包括三方面 由总储油罐液位 高报、 低报 控制自来水管 模拟炼油厂油气输送管道 向总储 油罐输送 自来水 ； 由总储油罐液位 高报、 低报 和中转 油罐液位 高报、 低报 来控制泵给中转储油罐进行远程 加水； 中转储油罐将水输送给用户 用户 A由流量控制、 用户 B由压力控制 ， 中转油罐低报时停止供水 ； 系统工 艺流程图如 2 所示。 用 户AN A2 5 图 2 油气集输监控 系统工 艺流程 图 图2中， T I 1 0 1 、 T I 1 0 2 、 T I 1 0 3为温度传感器 工业热 电阻 ； P I 1 0 2 、 P I 1 0 6为压力传感器； L I 1 0 1 为投入式压力 变送器； L I 1 0 3为磁翻板变送器 ； F I 1 0 2 、 F E 1 0 2分别为孔 板流量计的检测和显示部分； F I 1 0 4 、 F E 1 0 4分别为涡轮 流量计的检测和显示部分； F I 1 0 5 、 F E 1 0 5分别为超声波 流量计的检测和显示部分 ； F V 1 0 4为电磁阀； F V 1 0 5为调 节阀； P V 1 0 6为变频器控制的压力泵； L V 1 0 7为总储油罐 和中转储油罐液位控制的离心泵。 2 ． 1 超 声波 流量 计 系统采用 A F V系列超声波流量计 ， 用来测量用户 A 流量。A F V系列超声波流量计采用时差法测量原理 、 非 接触测量， 采用 了先进 的多脉冲和信号处理技术 ， 具有 石油管材与仪器 P E T RO L E U M T U BU L A R G0oD S I NS T R UME N T S 2 0 1 5年 6月 超强的纠错功能和极高的抗干扰能力； 可进行定时数据 存储 ， 具有多种输出。误差小于 1 ． O ％， 测量范围 流速 范围0 3 0 m ／ s _ 4 J 。 2 ． 2 涡轮流量计 用于检测用户 B瞬时流量和总的积算流量， 测量精 度为 0 ． 5级 ， 流量范围在 1 ． 6 m 。 ／ h一1 0 ． 0 m ／ h ， 使用条 件要求环境温度在 一 2 0℃ ～ 5 0 c I 、 介质温度在0℃ ～ 1 2 0 c c、 相对湿度在 5 ％ 一 9 5 ％。 2 ． 3 压 力变 送器 用于测量加油管道压力和用户 B管道压力。其工 作原理是 被测介质的压力直接作用在传感器 的膜片 上， 使膜片产生与介质压力成正比的微位移， 使传感器 的电阻值发生变化 ， 并转换输 出一个对应于这一压力的 标准测量信号。 2 ． 4投入 式压 力变送 器 用于测量总储油罐压力与液位， 测量范围为 01 2 k P a ， 可测量储罐水位 0 1 ． 2 m， 输出标准电流信号4 m A 一 2 0 m A 两线制 ， 精度为0 ． 5级。 2 ． 5 一体化孔板流量计 系统采用的一体化孔板流量计 ， 用于测量加油管道 流量。一体化孔板流量计是将标准孔板与多参数差压 变送器 或差压变送器、 温度变送器及压力变送器 配套 组成的高量程比差压流量装置， 可测量气体 、 蒸汽、 液体 及天然气的流量。 2 ． 6 磁翻板液位计 用于测量中转油罐液位， 工作压力为 1 ． 6 MP a ， 工作 温度为 8 0℃， 介质密度为 1 ． 0 g ／ c m ， 测量范 围为 0 6 0 0 m m， 液位指示误差为 1 O 1 1 1 t l l 。 2 ． 7温度传感器 系统采用的是工业热电阻 P t l 0 0温度传感器， 用于 测量总储油罐温度、 中转油罐温度、 加油管道温度。 2 ． 8 调节阀 调节阀又叫控制阀， 系统采用电动控制气开阀， 用 于控制用户的流量。公称直径为2 5 m m， 公称压力为1 ． 6 MP a ， 采用4 m A～ 2 0 m A D C标准电流信号控制。 3 系统软件设计 系统采用西门子 s 7 3 0 0 P L C作为控制器。该控制 器采用模块化设计， 各种单独模块之问可以进行广泛的 组合和扩展。它的主要组成部分有机架、 电源模块、 中 央处理单 元 C P U 模 块、 接 口模 块 I M 、 信 号模 块 S M 、 功能模块 F M 和通信处理 c P 模块等 引。P L C 控制器主要完成集输管线的控制， 自动／ 手动补油操作； 完成总储油罐、 中转油罐的温度液位检测 ， 实现高低 限 报警 ， 并 自动／ 手动启停补油； 完成输油管线流量 、 温度 压力的测量 ； 完成用户管线温度 、 流量、 压力的测量 ， 实 现对用户流量的 P I D调节。完成测量参数的显示 ， 并实 现与 P c机通信。 P L C监控参数采集程序框图如图3所示。由于液位 温度、 压力 变送器输出的是 4 m A一 2 0 m A的标准电流 信号， 信号采集模块将采集到的电流 温度、 压力 转化 成数字信号过后， 通过数据类型的转换， 使得采集到的 数据变成标准的液位 温度 、 压力 数据信号 ， 方便识别。 同时采集到的数值也需要转化成符合 P L C的 P I D运算 要求的标准数据类型， 实现 P I D控制。 开 始 一 初 始化 流量 压力 设定s P s P e v 偏差 执行 器 电磁 阀 厂面 r 一 判 定P V 高 限 或 者P V 低 限 丫 1 报警 停止 【电磁 阀 图 3 P L C监 控 参数 采 集 程 序 框 图 上位机采用力控组态软件实现动画显示、 流程控 制、 数据采集、 设备控制与输 出、 网络数据传输 、 工程报 表 、 数据与曲线等功能。 图4为组态绘制的油气集输系统监控画面， 该系统 能够实现监控整个工艺状态， 配合各种现场仪表 ， 能够 实时地显示液位、 流量 、 温度、 压力等参数 ； 除此之外 ， 还 可以动态显示回路中水 的流向以及各个泵的工作状态、 水箱的报警状态 ； 还可以进行历史趋势 、 压力控制、 流量 控制、 参数设置、 报表查询、 报警设置等画面之间的切换 翻页按钮。