DCS在油田污水处理系统中的应用.pdf

第24卷第2期 2006年4月 天 然 气 与 石 油 Natural G as And Oil Vol. 24 ,No. 2 Apr. 2006 收稿日期2005204226 作者简介丁万成19712 , 男,甘肃武威人,工程师,工学学士,1995年毕业于石油大学华东热能工程专业,主要从 事节能和新技术、 新工艺推广工作。电话09906884170。 DCS在油田污水处理系统中的应用 丁万成1,王卓飞1,谢 姝2,陈 雷2,江兴家2 1. 新疆油田重油开发公司,新疆 克拉玛依834000 ;2.新疆油田勘探开发研究院,新疆 克拉玛依834000 摘 要介绍了DCS在油田污水处理系统中的应用。通过应用DCS控制系统,提高了污水 处理系统的处理效果,提高了系统运行可靠性,确保了污水回用锅炉的顺利进行。 关键词污水处理;控制;DCS 文章编号10062553920060220052203 文献标识码B 0 前言 油田污水是油田开采过程中产生的污水,主要 污染物包括悬浮物、COD、 石油类、 挥发酚等。新疆 油田重油开发公司污水处理站是全国最大的石油工 业污水处理站。该工程设计规模为4104m3/ d ,设 计处理能力1 750m3/ h。某油田污水处理站污水处 理工艺采用 “高效水质净化与稳定技术” [1] ,污水处 理工艺采用自然沉降、 混凝沉降、 压力过滤三段式流 程,工艺过程比较复杂,因而使用自动控制技术是保 证处理工艺平稳运行的关键。某油田污水处理站控 制系统采用浙大中控JX - 300X集散控制系统[2] Distribution Control System DCS ,DCS技术在生 产过程中发挥了重大作用。 1 集散控制系统DCS在某油田污水 处理站的应用 1. 1 某油田污水站工艺简介 根据某油田各原油处理站产出的稠油污水物 性,进行长期的分析跟踪,并与有关院所合作进行适 应性试验,污水处理工艺采用了自然沉降-混凝沉 降-压力过滤三段式工艺流程。 此项工艺的主要流程如下 原油处理站沉降污水 ϖ污水计量 ϖ调储缓冲 罐 ϖ反应提升泵 ϖ反应罐按顺序加入三种药剂,混 凝沉降ϖ斜板沉降罐沉降ϖ过滤缓冲罐 ϖ过滤 ϖ净化水罐 ϖ外输计量间计量ϖ回注或外输。 1. 2 DCS控制系统的应用 根据污水处理站工艺流程比较复杂的特点,我 们采用浙大中控的JX- 300X DCS系统。集散控制 系统DCS是以微处理机为核心,采用数据通信技 术和显示技术的计算机控制系统。其基本思想是集 中管理、 分散控制风险分散。DCS能够完成直接 数字控制、 顺序控制、 批量控制、 数据采集与处理、 多 变量解耦控制以及最优控制等功能,在先进的集散 控制系统中,还包含有生产的指挥、 调度和管理的功 能。 JX - 300X的基本组成包括工程师站ES、 操 作站OS、 控制站CS和通讯网络SCnet II。在通 讯网络上挂接通信接口单元CIU可实现JX - 300X与PLC等数字设备的连接;通过多功能计算 站MFS和相应的应用软件AdvanTrol - PIMS可 实现与企业管理计算机网的信息交换,实现企业网 络Intranet环境下的实时数据采集、 实时流程查 看、 实时趋势浏览、 报警记录与查看,开关量变位记 录与查看、 报表数据存贮、 历史趋势存贮与查看、 生 产过程报表生成与输出等功能,从而实现整个企业 生产过程的管理、 控制全集成综合自动化。JX - 300X具有大型集散系统的安全性、 冗余功能、 网络 扩展功能、 集成的用户界面及信息存取功能,除了具 有模拟量信号输入输出、 数字量信号输入输出、 回路 控制等常规DCS的功能,还具有高速数字量处理、 高速顺序事件记录SOE、 可编程逻辑控制等特殊 功能;它不仅提供了功能块图FBD、 梯形图LD 等直观的图形组态工具,又为用户提供开发复杂高 级控制算法如模糊控制的类C语言编程环境 SCX。系统规模变换灵活,可以实现从一个单元的 过程控制到全厂范围的自动化集成。 JX- 300X控制站以多个先进的微控制器为核 心,提高了系统的实时性和控制品质,系统能完成各 种先进的控制算法过程管理级采用高性能CPU 的主机和WINDOWS NT的多任务操作系统,以适 合集散控制系统良好的操作环境和管理任务的多样 化;过程控制网络采用双重化以太网技术,使过程控 制级能高速安全的协调工作,做到真正的分散和集 中。 污水处理站生产工艺中有以下几个主要的控制 过程加药反应过程、 压滤过程、 过滤过程、 液位控 制和一系列测量、 显示液位、 流量、 温度、 压力等 过程,所有的监测、 控制功能都可在控制室完成。重 油污水厂的JX- 300X DCS系统基本结构如图1所 示 图1 重油污水厂的JX- 300X DCS系统基本结构图 加药反应过程是污水处理的关键,直接关系到 最终的水质。以往加药量控制都是靠人工进行,所 加的药剂难以做到水量匹配,很难保证水质持续稳 定达标。污水处理系统来水量总是随生产情况动态 变化的,药剂本身的浓度也是有变化的,在药剂筛选 对路、 工艺设计合理的前提下,水质能否达标的关键 环节是加药控制的好坏。加药控制系统是一个多变 量过程,药剂的种类不同,加入的时间和顺序也不 同,加药量随溶液流量、pH值的变化而改变。常规 的PID控制适用于单入单出系统,不能满足多变量 过程的需要。在实际的生产过程中,因为来水的波 动较大,且其可测不可控,所以我们选择来水量作为 前馈控制的扰动量,并且把药剂流量Q1⋯Qn作为 被控对象构成流量控制的负反馈即内环 , 最后选 择pH值作为被控对象,构成了pH值控制的负反馈 即外环。其中内、 外环的控制可通过上位机内部 的软件进行pH控制和PPM控制,加药自动控制系 统工作原理如图2所示。 图2 加药自动控制系统工作原理图 压滤机控制是利用PLC 可编程控制器控制 压滤机处理污水厂的最终固体排放物。其中主要是 顺序控制,模拟量控制用于信号采集,PLC将运行 状态与模拟量信息传送到上位机。 过滤器控制是利用PLC控制过滤器,处理污水 厂的最终液体排放物,并将运行状态与模拟量信息 传送到上位机。 流量、 液位、 温度、 压力等测量值经变送器传递 到上位机存入历史数据库,生成报表、 趋势分析等。 一些状态数据送入实时数据库进行实时监控,对于 管理计算机和操作站来说,实时数据库是透明的。 操作站负责监控污水厂的生产过程 。操作员 通过丰富灵活的动态画面,可以方便准确地完成生 产过程的监视、 操作任务,可应用实时监控软件进行 分组显示、 趋势图显示打印、 动态流程、 报警管理、 报 表及记录、 数据存档、 现场控制站远程诊断监控等。 工程师站负责以应用组态软件为主的开发应 用。JX- 300X系统软件基于中文Windows NT开 发,用户界面友好,所有的命令都化为形象直观的功 能图标,使用方便简洁。基本组态软件SCKey用户 界面友好,只需填表就可完成大部分的组态工作。 软件提供专用控制站高级编程语言SCX,功能强大 的专用控制模块,可方便实现各种理想的控制策略。 管理计算机主要负责数据汇总、 报表输出以及 同远程计算机的通信。 数据通信系统JX- 300X系统控制网络SCnet II连接工程师站、 操作站、 控制站和通讯处理单元。 某油田污水处理站的DCS通讯网络采用星形拓扑 35第24卷第2期丁万成,等DCS在油田污水处理系统中的应用 w w w . b z f x w . c o m 结构,曼彻斯特编码方式,遵循开放的TCP/ IP协议 和IEEE802. 3标准。SCnet II采用1∶1冗余的工业 以太网,TCP/ IP的传输协议辅以实时的网络故障 诊断,其特点是可靠性高、 纠错能力强、 通信效率高。 2 污水处理效果 污水处理站投产以来,经受了来液量波动大,来 水水质不稳定等不利因素的考验,污水处理系统运 行基本平稳,药剂投加量与设定值基本吻合,处理后 的水质达到了工程设计要求。JX - 300X DCS系统 在重油污水处理厂的应用是成功的,表1是污水处 理站出水水质全分析抽样调查表。 由于DCS自动控制技术的成功应用保证了水 质的稳定性,降低了员工的劳动强度,提高了企业的 管理水平。目前某油田污水处理站已平稳运行3 年,处理后污水达到国家二级污水排放标准和油田 注水标准,截止2005年3月31日已累计处理污水 约4 000104m3,油田回注和锅炉回用2 000 104m3。 表1 污水处理站出水水质全分析抽样调查表 时 间 含油 / mgL - 1 悬浮物 / mgL - 1 氧 / mgL - 1 硫 / mgL - 1 铁 / mgL - 1 腐生菌 /个. mL - 1 硫酸菌 /个. mL - 1 腐蚀率 / mma - 1 COD / mgL - 1 挥发酚 / mgL - 1 20012100. 81. 71. 40. 70. 21001 0001030. 026 5102. 00. 060 20022101. 02. 10. 91. 00. 410010 0001050. 017 691. 40. 012 20032100. 21. 90. 20. 70. 2101 0001030. 050 395. 00. 015 20042010. 61. 40. 20. 90. 2101001020. 058 8102. 00. 060 20042060. 51. 00. 41. 10. 3101 0001030. 013 1146. 00. 040 20052011. 31. 20. 21. 30. 31001 0001030. 026 3155. 00. 028 3 结论 现场运行表明DCS是建立在大量实测数据基 础上的控制系统,基础数据的不准确性会导致整个 系统的性能下降、 失灵。因此要严格要求基础数据 的准确性,特别注意仪表的定时校验。在控制系统 设计和施工过程中要充分考虑完善的抗干扰措施。 JX- 300X DCS系统在重油污水处理厂的应用,对 于确保水质稳定和提高管理水平起到了极其重要的 作用,其可靠性已被现场实践所证明。 参考文献 [1] 张学鲁,朱泽民.高效水质净化与稳定技术[A].中国 石油股份公司勘探与生产分公司. 2001年石油开采新 技术交流论文集[ C].北京石油工业出版社,2001. 3972407. [2] 浙江大学中控技术股份有限公司. SUPCON JX - 300X 集散控制系统用户手册[ Z].杭州浙江大学中控技术 股份有限公司,2001. 抽提蒸馏分离芳烃新工艺打破国外垄断 燕山石化制苯装置采用的NFM抽提蒸馏分离芳烃新工艺生产苯、 甲苯,年新增效益达1 600多万元。 这套技术的成功开发,打破了国外技术垄断,可节约近千万元的技术引进费用。该技术荣获2004年度中石 化科技进步一等奖。 抽提蒸馏分离芳烃新工艺开发应用项目由燕山石化与石科院、 中国石化工程公司等单位联合开发。其 过程包括系统试验、 过程模拟研究、 工艺包开发、 工程化研究等环节。该技术适用于从裂解加氢汽油中分离 苯和甲苯,具有产品质量好、 收率高和操作灵活等特点。2001年该技术在燕化20104t/ a芳烃抽提装置改 扩建中首次工业应用,并一次开车成功。两年多的运行结果显示该工艺生产稳定、 产品质量优良,到2004 年12月累计生产合格产品37104t。装置标定考核结果表明,在产品产量达到设计值的工况下,苯、 甲苯质 量均达到或超过国家优级品标准,收率分别为99. 75 及99. 37 ,其他各项技术经济指标也达到了合同保 证值,而且单位产品能耗和溶剂消耗较改造前均大幅度降低。其中,苯工况的蒸气消耗降低约45 ,溶剂消 耗较原来减少35t/ a ,装置运行稳定性大大改善,苯产品质量也明显提高。 目前国内多套乙烯下游装置都将进行扩能改造,此项新技术在投资和操作费用等方面具有很大的优势, 具有较高的推广价值。 上海擎督信息科技公司金秋石化科技传播工作室 钱伯章 45 天 然 气 与 石 油2005年 w w w . b z f x w . c o m SELECTED ABS TRACTS NATURAL GAS AND OIL BIMONTHLY Vol. 24 No. 2 Apr. 2006 Du XiaoliInner Mongolia Baotou Aluminium Industry Group Construction and Installation Engineering Co. ,Baotou ,014030 ,Inner Mongolia ,China NG O, 2006, 24 2 19221 ABSTRACT During crude oil flows along pipeline ,friction heat will result from friction resistance. Made isfeasibility analysison usage of friction heat not heating station to transport crude oil. The numerical is put forward for obtaining temperature and pipeline diameter at the outlet of the station ,which provides theoretical basis for practical application. KEY WORDS Hot oil pipeline;Friction heat ;Transportation;Numerical Compressor Station Operation Optimization Model with Local G as/ power Price Consideration Wang XiyongEngineering Technology Institute of Southwest Branch ,SINOPEC ,Deyang ,618000 ,Sichuan ,China Chen Xuefeng PetroChina Southwest Oil and Gas Field Branch Gas Transmission Administration Department , Huayang ,610215 , Sichuan ,China He San ,Yuan ZongmingSouthwest Oil College Petroleum Engineering Institute ,Chengdu ,610500 ,Sichuan ,China Gao MingWestern2China Normal University Mathematical department ,Nanchong ,637002 ,Sichuan ,China NG O, 2006, 24 2 222 23 ABSTRACT Based on compressor station operation optimization model ,such 2 on/off variations are introduced as compressor station on/off variation ,compressor on/off variation ,also 2 variations are introduced for energy consumption. In process of the model ,varia2 tions relevant to price are introduced too. Therefore ,the model embodies economic properties in the result of operation optimization , which is more visible to pipeline operators. KEY WORDS Operation optimization;Energy consumption factor ;Price factor ;On/ Off variation;Compressor station CORROSION AND CORROSION PROTECTION Current Situation and Development of External Corrosion Control of Hot Bending Elbows in Steel Pipelines Mo Hua ,Yang HaoChina Petroleum Engineering Co. ,Ltd. Southwest Company ,Chengdu ,610017 ,Sichuan ,China Zhou DezhiPetroChina Southwest Oil External corrosion coating;Prefabrication;Corrosion control working line;At2site construction op2 eration;Expectation OIL Aromatization;Produce;Aromatics INSTRUMENTATION AND AUTOMATATION Application of Distribution Control System in Oilfield Wastewater Treatment System Ding Wancheng ,Wang ZhuofeiXinjiang Oil Field Heavy Oil Development Co. ,Kelamayi ,834000 ,Xinjiang ,China Xie Zhu ,Chen Lei ,Wang XingjiaXinjiang Oil Field Exploration ,Development and Research Institute , Kelamayi ,834000 ,Xinjiang , China NG O, 2006, 24 2 52254 ABSTRACT Introduced is application of distribution control system to wastewater treatment system in oil field. Application of DCS improves efficiency and operation reliability of the wastewater treatment system and ensures the wastewater2recycling boiler to operate properly. KEY WORDS Wastewater treatment ;Control ;DCS