油田聯(lián)合站多參數(shù)光纖傳感測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用

油田聯(lián)合站多參數(shù)光纖傳感測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用

多參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)油田的聯(lián)合站是油田原油輸送的咽喉要道。一般來說，它必須承擔(dān)原油脫水、原油穩(wěn)定、污水處理、高壓供水、井污泥、原油儲(chǔ)存等任務(wù)。為了對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行計(jì)量和安全監(jiān)控,需要對(duì)油罐和各類壓力容器內(nèi)的液位、壓力、流量、溫度等多種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。油庫(kù)中大型油罐液面高度、壓力、流量等參數(shù)的測(cè)量一直是一個(gè)十分棘手的問題。其主要原因是一些測(cè)量方法如“電碼盤測(cè)量”、“壓電傳感測(cè)量”等均需將電引入油庫(kù)區(qū),雖然可以采取一些防爆措施,但為了防止意外起見仍很少采用,很多單位仍使用人工測(cè)量的原始方式。由于光纖傳感器無電源,能避免產(chǎn)生火花,能在易燃易爆環(huán)境下工作,而且不怕液壓、耐腐蝕,適合在有毒環(huán)境和有毒液體中進(jìn)行測(cè)量,具有信息容量大,容易與光纖遙測(cè)網(wǎng)結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)控等一系列優(yōu)點(diǎn),具有很好的應(yīng)用前景。近年來,出現(xiàn)了許多使用光傳感技術(shù)來測(cè)量液面高度等參數(shù)的安全方法,筆者介紹一種集液位、罐壓、流量等多參數(shù)測(cè)量于一體的測(cè)控系統(tǒng)。河南油田的魏崗聯(lián)合站處理原油350t/d,處理污水5000m3/d,注水2000m3/d。還擔(dān)負(fù)著東部油田外輸原油4000t/d生產(chǎn)任務(wù),全站共有各類儲(chǔ)罐18座,壓力容器14臺(tái),機(jī)泵53臺(tái)。該站檢測(cè)手段落后,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作效率低,原油儲(chǔ)罐參數(shù)采取人工上罐尺檢。由于檢測(cè)手段落后不能有效消除因計(jì)量操作環(huán)節(jié)復(fù)雜引發(fā)的一系列事故隱患,以致發(fā)生冬季因空氣濕度大,輸油罐潮濕空氣結(jié)冰堵塞大罐呼吸閥,連續(xù)輸油造成負(fù)壓癟罐事故,近4a就發(fā)生過2起5000m3原油罐癟罐事故。原油穩(wěn)定和脫水裝置采用傳統(tǒng)的氣動(dòng)控制儀表,氣信號(hào)在傳輸過程中存在堵、漏、凍現(xiàn)象,靈敏性和穩(wěn)定性差使系統(tǒng)運(yùn)行過程中各類事故頻發(fā),僅2000年聯(lián)合站原油穩(wěn)定塔和脫水器共發(fā)生沖塔、天然氣管線串油事故19起,嚴(yán)重影響了聯(lián)合站的正常運(yùn)行。多參數(shù)光纖傳感器系統(tǒng)1.光纖負(fù)壓閱讀器二次儀表的工作原理油田聯(lián)合站多參數(shù)光纖傳感測(cè)控系統(tǒng)傳感器全部采用自行開發(fā)的光纖傳感器。GY系列光纖液位計(jì)利用力平衡原理實(shí)現(xiàn)液位的檢測(cè),系統(tǒng)由測(cè)量單元、光纖傳感器、光電變送器、二次儀表、電源、計(jì)算機(jī)及光纜組成。由被測(cè)介質(zhì)液面變化引起測(cè)量浮球上下移動(dòng),測(cè)量鋼絲繩帶動(dòng)光纖傳感器內(nèi)光碼盤轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)二次儀表處理后,顯示出儲(chǔ)罐內(nèi)液位值,同時(shí)輸出信號(hào)給計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)罐區(qū)內(nèi)液位自動(dòng)檢測(cè)。該傳感器已在國(guó)內(nèi)數(shù)10家石化企業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。光纖液位變送單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)浮球隨著液位的變化而上升或下降時(shí),帶動(dòng)傳感器的主軸旋轉(zhuǎn),傳感器內(nèi)有二組齒輪,將浮球的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過齒輪變速后,傳送到光學(xué)編碼器。通過光學(xué)編碼器,將旋轉(zhuǎn)的角運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣饷}沖信號(hào),經(jīng)光纜傳輸?shù)竭h(yuǎn)端操作室內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)輸入二次儀表。光學(xué)編碼器由光碼盤、軸及光纖探頭組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。傳感器光學(xué)系統(tǒng)由1根光纜(內(nèi)含4根光纖)、2組固化的聚焦式光纖探頭、4個(gè)光纖連接器及光碼盤組成。輸入光纖和輸出光纖的端面分別固定在兩個(gè)聚焦透鏡的焦點(diǎn)上,聚焦透鏡之間就形成了平行光。光碼盤是一個(gè)齒輪狀的薄圓盤,當(dāng)光碼盤因被測(cè)液位的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),對(duì)兩個(gè)光纖探頭內(nèi)的紅外光分別進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制后的兩組光脈沖信號(hào)返回各自的光纖,沿光纜傳輸回控制室的智能二次儀表。液位變化方向的判斷,通過兩路光纖中光脈沖信號(hào)的狀態(tài)確定,從而判斷液位的上升或下降。通過液位變送單元內(nèi)的阻尼系統(tǒng)和傳感信號(hào)的計(jì)算機(jī)處理算法,濾除液面波動(dòng)等干擾信號(hào),實(shí)現(xiàn)液位的準(zhǔn)確測(cè)量。系統(tǒng)靜態(tài)測(cè)量液位分辨率1mm,測(cè)量精度±2mm,誤差小于0.1%Fs。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可保留一周內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。其工作原理如圖3所示,光纖流量發(fā)訊器由轉(zhuǎn)速傳感器和光電轉(zhuǎn)換器組成。轉(zhuǎn)速傳感器通過專用聯(lián)軸器與被測(cè)流量計(jì)轉(zhuǎn)軸聯(lián)接,由光學(xué)編碼器將被測(cè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成光脈沖信號(hào),經(jīng)光纜傳送到操作室內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器,再進(jìn)入其他二次儀表。流量發(fā)訊器輸出脈沖數(shù)(脈沖/轉(zhuǎn))為100;輸出波形為方波;輸出高電平VH≥4V,低電平VL≤0.7V;轉(zhuǎn)速范圍為2～500r/min。如圖4所示,光纖負(fù)壓報(bào)警器的測(cè)量元件由靈敏度極高的精密金屬膜盒、運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、擋光板等組成。當(dāng)大罐壓力發(fā)生變化時(shí),通過通氣孔使金屬膜盒產(chǎn)生形變,并帶動(dòng)方向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),擋光板也隨之旋轉(zhuǎn),在一定負(fù)壓下,擋光板將行至某一確定位置,產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。光纖負(fù)壓報(bào)警器壓力報(bào)警范圍在—300～+300Pa可調(diào);報(bào)警準(zhǔn)確度2.5級(jí);繼電器輸出接點(diǎn)容量為1A。2.輸系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析油田聯(lián)合站多參數(shù)光纖傳感一體化監(jiān)控系統(tǒng)由外輸控制站、內(nèi)輸控制站(三相分離和穩(wěn)定控制站)、總控站、原油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)、事故預(yù)案管理等幾部分組成,其中外輸控制系統(tǒng)、內(nèi)輸控制系統(tǒng)與總控部分以及原油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)既有相對(duì)的獨(dú)立性又有密切的聯(lián)系,構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。系統(tǒng)構(gòu)成見圖5。原油三相分離器的檢測(cè)信號(hào)主要為油、水液位和壓力信號(hào),原油穩(wěn)定塔液位、壓力等信息;原油外輸系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)主要是原油罐壓力、進(jìn)出油壓力、原油液位和流量、摻水液位等信號(hào),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)量和安全監(jiān)控。系統(tǒng)采用多級(jí)、分布式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),傳感和控制信號(hào)由最下層的PLC控制器處理和傳輸,中間級(jí)為小區(qū)控制計(jì)算機(jī)三相分離IPC和原油外輸IPC。整個(gè)系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)控制,內(nèi)容包括主要生產(chǎn)參數(shù)、站內(nèi)工藝流程圖、局部工藝流程圖、控制趨勢(shì)狀態(tài)圖、歷史趨勢(shì)圖顯示;報(bào)警狀態(tài)畫面圖;生產(chǎn)報(bào)表自動(dòng)、手動(dòng)打印,并可通過Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到異常時(shí),將在現(xiàn)場(chǎng)、小區(qū)和主控室同時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。小區(qū)計(jì)算機(jī)與PLC之間通過RS232接口進(jìn)行通訊,與主控計(jì)算機(jī)之間通過RS422接口通訊?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)用當(dāng)今較為先進(jìn)的“整體解決方案”技術(shù)。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)全面性、可靠性、穩(wěn)定性和安全性,在軟件設(shè)計(jì)上運(yùn)用國(guó)際上流行的MVC技術(shù),即將表示層、控制層及數(shù)據(jù)層相分離,3層相輔相成,在使用上很直觀地體現(xiàn)出了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、監(jiān)控級(jí)、工程師及操作員級(jí)、企業(yè)管理級(jí)多級(jí)工作方式。整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)采用分布式控制技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的先進(jìn)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站生產(chǎn)、安全實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理,并將聯(lián)合站實(shí)時(shí)的生產(chǎn)和安全信息聯(lián)入油田開發(fā)網(wǎng)和安全信息網(wǎng),為油田經(jīng)營(yíng)管理層的決策工作提供及時(shí)、全面、準(zhǔn)確的信息資源。管理控制達(dá)到一體化、智能化(1)首次將光纖傳感與控制技術(shù)大規(guī)模運(yùn)用于油氣處理和集輸工藝中,利用光纖傳感技術(shù)所獨(dú)有的高精度、非電非接觸式檢測(cè)等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了油田聯(lián)合站多點(diǎn)多參數(shù)全天候自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控,使站內(nèi)管理控制達(dá)到一體化、智能化。多參數(shù)光纖傳感測(cè)控系統(tǒng)液位控制精度達(dá)到±5cm,壓力控制精度±2kPa,大罐液位檢測(cè)精度±2mm,溫度檢測(cè)精度±2℃。(2)開發(fā)研制的3種新型光纖傳感器,即GY系列光纖液位計(jì)、GLF光纖流量發(fā)訊器和YGO光纖負(fù)壓報(bào)警器,屬國(guó)