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(guó)內(nèi)外大部分油田沒有對(duì)伴生氣進(jìn)行有效的回收利用,，多采取燃燒、排放等簡(jiǎn)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(shí)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(wú)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(duì)此類所在地點(diǎn)偏僻,、不便于使用電腦對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)與維護(hù)的應(yīng)用場(chǎng)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(rùn)滑油系統(tǒng),。下面分別對(duì)這幾個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)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(rùn)滑系統(tǒng)

　　獨(dú)立潤(rùn)滑系統(tǒng)由油泵,、油箱、潤(rùn)滑油過濾器,、潤(rùn)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(rùn)滑油,。潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)滑油系統(tǒng)，潤(rùn)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(rùn)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(chǎng)控制站,，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)工況信號(hào)的采集,、處理以及向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送控制信號(hào),，觸摸屏用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與調(diào)試，GPRS遠(yuǎn)程通訊模塊將現(xiàn)場(chǎng)控制站以無(wú)線的方式接入公網(wǎng),，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)即可將現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(qǐng)了域名，通過HollyView虛擬串口功能與各DTU建立連接,。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL2000,，通過連接SQL2000數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(chǎng)對(duì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間可靠的工作,，LK系列PLC還通過了UL和CE兩大國(guó)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(yǔ)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(duì)象所處位置偏遠(yuǎn)且分散，對(duì)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(kù)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(chǎng)隨時(shí)查詢報(bào)警信息,。

　  5 結(jié)束語(yǔ)

　　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(guó)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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