摘 要 油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)是利用工業(yè)壓縮機將油田伴生氣壓縮到一定的壓力后，再通過切換閥門以及專用管道回收利用的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括了壓力檢測、溫度檢測、閥門切換以及變頻控制等控制過程。目前對此系統(tǒng)主要有兩類控制器，一類是采用單板機制作的專用控制器，此控制器可以較好的實現(xiàn)控制功能，但在可靠性以及維護性方面都存在較大的問題;還有一類是采用PLC作為系統(tǒng)的控制器，PLC的可靠性會大大強于單板機控制器，并且有豐富的通訊接口，易于組網(wǎng)。在監(jiān)控方面，系統(tǒng)一般包括現(xiàn)場觸摸屏監(jiān)控以及GPRS遠程監(jiān)控系統(tǒng)。和利時公司的LK系列PLC不僅有很高的可靠性還有豐富的通訊接口，系統(tǒng)組網(wǎng)更加容易，此外還具有SD卡程序下裝功能，系統(tǒng)的升級維護更加方便，因此LK系列PLC在此類系統(tǒng)中的應用前景更加廣闊。
關(guān)鍵詞 LK PLC;伴生氣增壓回收系統(tǒng);GPRS;
1 引言
伴生氣又稱為油田氣，是與原油共同儲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。隨著企業(yè)節(jié)能減排意識的提高以及自動化控制技術(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)樯鷼饣厥绽茫枰獙毫Σ蛔愕陌樯鷼膺M行增壓，油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)就是在此背景下應運而生的。
近些年，隨著自動化控制技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)的快速提升，油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)的功能也越來越強大，由最早是單機控制系統(tǒng)，發(fā)展到現(xiàn)在的帶有無線網(wǎng)絡的集中智能控制系統(tǒng)，這就需要控制器具有較強的通訊擴展能力。目前采用的控制器主要有兩大類，一類是基于單板機的專用控制器，還有一類是基于PLC的控制器。基于單板機的專用控制器可以較好的實現(xiàn)控制功能，但在可靠性以及維護性方面都存在較大的問題，其中一些控制器的網(wǎng)絡接口也沒有統(tǒng)一的標準，不易進行網(wǎng)絡擴展;另一類采用PLC作為系統(tǒng)的控制器，PLC的可靠性大大強于單板機控制器，此外PLC的通訊擴展能力也比較強，可以比較方便的實現(xiàn)復雜的網(wǎng)絡。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GPRS DTU模塊，系統(tǒng)實現(xiàn)了基于GPRS的遠程監(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偏僻、不便于使用電腦對控制系統(tǒng)進行升級與維護的應用場合。下面就詳細介紹一下采用和利時公司的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)主要由以下三個子系統(tǒng)組成，分別是增壓系統(tǒng)、噴液冷卻系統(tǒng)以及獨立潤滑油系統(tǒng)。下面分別對這幾個子系統(tǒng)進行簡要說明。
↗ 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進行啟動停止，其核心裝置為雙螺桿壓縮機，壓縮機采用變頻工作方式。控制器根據(jù)設(shè)定的出口氣體壓力與實際出口壓力作比較，采用PID算法計算出變頻器的運行頻率，實現(xiàn)對雙螺桿壓縮機的動態(tài)能量調(diào)節(jié)。
↗ 噴液冷卻系統(tǒng)
壓縮機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入冷卻器，經(jīng)冷卻后的油氣作為噴淋液進入壓縮機。
↗ 獨立潤滑系統(tǒng)
獨立潤滑系統(tǒng)由油泵、油箱、潤滑油過濾器、潤滑油分配器等組成，分別向壓縮機的軸承、機械密封、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、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，再進入潤滑油分配器，加熱原油是避免油溫過低時阻塞油泵。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入壓縮機。圖中藍色部分為增壓系統(tǒng)，伴生氣在符合一定壓力條件下進入壓縮機，壓縮機變頻工作使壓縮后的伴生氣穩(wěn)定在設(shè)定壓力上。
圖 2-1 油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)工藝示意圖
3 油田伴生氣增壓回收控制系統(tǒng)設(shè)計
↗ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
此系統(tǒng)采用和利時公司的LK系列PLC作為控制器。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，在控制層每個采油站配置一個現(xiàn)場控制站，現(xiàn)場控制站包括一套LK PLC、一個觸摸屏以及一塊GPRS遠程通訊模塊，PLC負責現(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)絡即可將現(xiàn)場控制站的狀態(tài)與報警信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的操作員站上。網(wǎng)絡層采用星型網(wǎng)絡，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)絡與現(xiàn)場各工作站交換數(shù)據(jù)。在操作層采用了2個操作員站，其中一臺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)，兩個操作員站采用熱備的方式，當其中一臺操作員站出現(xiàn)故障時，可以使用另一個操作員站對系統(tǒng)進行操作，從而不會影響系統(tǒng)正常工作。兩個操作員站通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機進行數(shù)據(jù)交換，打印機負責打印日常報表。
圖 3-1 伴生氣增壓回收控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
↗ PLC硬件配置
本系統(tǒng)采用和利時公司的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RS232接口以及一個RS232485接口，不用另外擴展通訊模塊即可組成復雜的通訊網(wǎng)絡，既能滿足客戶的通訊需求，又為用戶節(jié)約了投入成本。單個子站控制系統(tǒng)硬件清單如下：
表 3-1單個子站控制系統(tǒng)硬件清單
↗ 上位機操作系統(tǒng)
上位機操作系統(tǒng)采用和利時公司的HollyView進行開發(fā)，實現(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)庫進行運行狀態(tài)信息的保存、讀取以及報警數(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PC機互為備份，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫同步，確保監(jiān)控系統(tǒng)的不間斷運行。
↗ 觸摸屏操作系統(tǒng)
觸摸屏可以在現(xiàn)場對設(shè)備進行監(jiān)視與控制，以及在設(shè)備調(diào)試時使用。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、報警信息記錄等功能。系統(tǒng)運行畫面如圖3-2所示：
圖 3-2 觸摸屏系統(tǒng)運行畫面
4 應用特點
基于LK的伴生氣增壓回收系統(tǒng)具有如下特點：
↗ 可靠性
本系統(tǒng)采用和利時公司的大型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)計借鑒了和利時公司DCS產(chǎn)品的成功經(jīng)驗，在惡劣的工作環(huán)境下仍然可以保證長時間可靠的工作，LK系列PLC還通過了UL和CE兩大國際認證。上位機系統(tǒng)采用兩臺PC互為熱備，當一臺PC機出現(xiàn)問題的時候，另一臺PC機可以立即投入工作，從而不會影響系統(tǒng)正常運行，可以看出本系統(tǒng)在控制層與操作層都有相當高的可靠性。
↗ 系統(tǒng)功能強
LK系列PLC可靠性高，運算速度快，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)就可以很方便的實現(xiàn)PID運算功能。此系統(tǒng)被控對象所處位置偏遠且分散，對此采用了基于GPRS網(wǎng)絡的遠程監(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。
↗ 數(shù)據(jù)庫記錄完善
上位機操作系統(tǒng)采用HollyView組態(tài)軟件連接SQL2000數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控以及系統(tǒng)狀態(tài)信息、報警信息的記錄功能，觸摸屏所做的操作界面同樣具有報警信息記錄等功能，用戶可以在現(xiàn)場隨時查詢報警信息。
5 結(jié)束語
油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)在保護環(huán)境、節(jié)能減排上有著深遠的意義，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，這也預示著國產(chǎn)PLC的迎頭趕上。GPRS遠程監(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。
參考文獻
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