自动化监控系统在油田生产中的应用

［摘 要］ 文章介绍了自动化监控系统的控制原理、系统构成、功能特点、主要监控内容及自动化生产实现方式，阐述了该系统实施对象的基本情况及存在的问题，并对系统应用后的效果进行了分析。 自动化监测与控制在机械加工、石油化工、冶金、国防科技等行业得到广泛应用，自动化程度的高低已成为企业影响其市场竞争力的重要因素。近年来，随着国内老油田开发难度的进一步加大和油田信息化建设的迫切要求，自动控制和信息化技术已越来越得到各油田的普遍重视，自动化生产控制和快速便捷的生产信息传递方式的优越性正得到充分体现，它在油田联合站生产过程中的应用必将带来可观的经济效益和社会效益。为此，我们在调查研究的基础上，提出了利用最新网络化、自动化检测与控制技术开发研究应用方案，现将该课题作一介绍以供同行探讨。 1 实施对象的基本情况及存在问题 孤东油田四号联合站于1996年投产，有加热炉5台（3××2500kW，3500kW），分离器3个，除油器2个，分水器4个，外输泵2台（装机容量110kW），提升泵2台（装机容量110 kW），燃油泵3台，污油泵1台，油罐4座等原油成套处理设备。各生产设备运行基本完好，但主要还存在着自动化程度及运行效率低，泵机组效率低，外输流量控制依靠人工调节，进出口阀门截流严重，能源浪费大，油水界面测量不准确，测量方法落后，大罐液面采用人工量油，油水界面采用手拍或万用表测量方法，不能够准确及时地反映罐液位及油水界面的实际情况，分离器、分水器气压及放液量均采取人工调节，工作量大，且人为因素较多，影响分离效果，一次罐自流放水、二次罐手动放水和原油外输量也没有采取自动控制措施，污油回收、提升泵、燃油泵也没有实现自动优化控制，数据采集仍依靠工人定时到现场一次仪表抄录，实时性差，误差大；整体自动化程度低，不适应现代化管理要求等问题。 2 自动化监控系统构成 2.1 系统组成 一是现场数据采集单元：实现现场所有数据的采集、运算、集中显示、运行保护、安全报警等功能。二是自动优化及控制单元：自动实现以控制开机台数（宏观调控）与变频调速（微观调节）相结合的机泵自动优化高效节能自动运行控制，实现外输系统、油罐区系统、提升泵系统、分离器系统、分水器系统的自动闭环控制，实现该系统的安全稳定运行。三是数据处理单元：将各现场数据采集及运行状况传输到中心控制主站，并接收中心主站的远传控制管理，主站能实时监测所有数据，并形成各种报表及安全生产记录。系统中控室预留网络接口，通过局域网实现上层管理网络数据共享。 2.2 系统实现形式 采用三级网络结构（如图1所示）：一级网为无线扩频数传网，它主要功能为将中控室主站数据从孤东油田四号联合站无线传输到孤东油气集输大队，在孤东油气集输大队上油田的局域网，以便达到数据与资源共享；二级网为总体485总线网，它主要负责联络中控室主站与各测控单元的数据传输；三级网为现场测控网，它负责联络各测控单元与相应测控点的数据传输。 三级网各调控单元为独立运行系统，它可脱开主控机运行，对每个调控对象进行优化运行控制，从而提高了整体系统可靠性；中控室主站通过二级485现场网通三级网的各测控单元进行高级管理和运行设置，并由此采集到全站所有运行数据，监测整体系统运行，同时，通过主控机可实现报表、管理、历史数据查询等高层管理。 2.3 系统主要监控内容 一是实现孤东油田四号联合站各生产环节的压力、温度、流量、液位等224个生产参数在线实时监测及数据上限、下限报警功能。二是原油外输量实现自动调控、分水器自动调节等13个生产子系统的自动调控，实现该领域可靠运行。三是建立联合站生产数据处理及监控平台，在线监测各生产环节的生产情况及历史数据的在线调用，建立生产数据库，利于设备运行状况分析，形成设备安全运行档案。四是建立远程数据查询监测系统，实现联合站生产工况的远程监控。 3 主要功能特点 （1）该系统的成功之处在于监测的生产参数比较齐全，覆盖了孤东油田四号联合站224个生产检测和控制点，各生产环节的压力、温度、流量、液位等安全生产参数都实施了在线实时监测。 （2）该系统控制协调有效，突出了整个联合站大系统一体化运行的生产控制理念，将不同的生产分系统有机地联系起来，解决了原生产子系统独立运行，相互之间依靠人工调节，相互制约的矛盾，实现了联合站的整体优化运行。 （3）该系统设计时将安全生产和系统节能的理念植于其中，基本达到了自动安全生产控制和能源合理利用相互协调的目标。 （4）该系统成功运用了故障诊断技术，建立以“状态维修”为基础的预防维修体制，保证了联合站各种设备的安全、高效运行。 （5）通过实施生产参数自动优化控制，实现各控制环节的无人值守，实时准确测量各项参数，使全站各系统自动安全高效优化运行，提高设备利用率，提高各生产工序效果，达到节能降耗的目的。 （6）减少职工的劳动强度，及时发现问题，及时解决；提高企业的自动化管理水平。 4 应用效果分析 该系统于2003年12月在孤东油田四号联合站投入现场应用，经过一年多时间的应用表明，该系统性能优越，质量可靠，它的应用既提高了现场设备管理水平、方便运行管理，又保证了联合站长时间和自动优化程度安全稳定运行，节能降耗效果良好，取得了显著的经济效益和社会效益。 直接效益方面，通过自动优化控制，可有效控制安全生产事故（如大罐冒顶）的发生，年养活损失30万元；系统得到优化运行，通过对泵机运行效率调控，使机组始终处于高交运行区间，机泵运行效率由原来的60.5%提高至目前的72%。全站年平均实际容量为815kW•h，年节电费达38万多元，5台加热炉料现优化控制，年节气价值60万元，三项合计创直接年效益达128万元。 间接效益方面，通过系统的应用，使该站自动化程度上了一个新台阶，实现了安全生产管理自动化和生产信息传递的网络化，大大降低了工人的劳动强度，提高了测量准确度和生产信息传递的实时速度，保证了设备的安全运行，避免了安全事故的发生，运用故障诊断技术，建立了以“状态维修”为基础的设备预防体制，延长了设备使用寿命，降低了维修费用。