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?，需要將壓力不足的伴生氣進行增壓，油田伴生氣增壓回收系統(tǒng)就是在此背景下應(yīng)運而生的。

　　近些年,，隨著自動化控制技術(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(luò)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(luò)接口也沒有統(tǒng)一的標準，不易進行網(wǎng)絡(luò)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(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(yīng)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。

　　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?？刂破鞲鶕?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),。

　　ì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,。

　　ì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,。



3 油田伴生氣增壓回收控制系統(tǒng)設(shè)計

　　ì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LKPLC,、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(luò)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(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,。



　　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(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。單個子站控制系統(tǒng)硬件清單如下：



　　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：



4 應(yīng)用特點

　　基于LK的伴生氣增壓回收系統(tǒng)具有如下特點：

　　ì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。

　　ì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(luò)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,。

　　ì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(wù),，這也預(yù)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。

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