试析 PLC在油田撬装式设备中的应用

试析 PLC在油田撬装式设备中的应用

赵育生 曾壮 杨军

新疆成和天利能源科技股份有限公司 834000

摘要：现如今，在油田生产集输系统中撬装式设备受到普遍应用，和其相关的PLC系统也深受人们的重视。基于此，本文从概述、PLC的简单介绍、PLC的主要选型依据三个方面进行详细分析，希望可以为有需要的人提供参考意见。

关键词：PLC；油田撬装式设备；应用

最近几年，随着我国社会经济的迅速发展，各行各业对汽油、燃油等各种油的需求量也不断增加，所以油田开采业发展速度日益加快。目前，我国很多油田开采企业为了提高油田开采量，在生产过程中使用撬装式设备，而且将PLC应用在这种设备中，这样不仅可以提高设备的自动化水平，而且可以保证设备安全可靠的运行。

一、概述

为了可以满足油田地面建设新的需求，以减少工程投资、降低现场投产周期、提升现场安全性为主要目的的撬装式处理设备，开始在生产工艺中普遍应用。撬装式处理设备将控制系统与工艺流程相结合，具有显著的优势，比如：操作便捷、方便灵活、占地面积不大以及设备运行成本不高等等^[1]。撬装式处理设备的控制系统重点是PLC控制，结合各个撬装设备工艺流程，要求其所配备的PLC系统也存在差异。近年来，在PLC不断推广以及普及的背景下，不管是PLC产品的数量，还是类型，都不断增多，功能也越来越完善。其在很多方面都有所不同，包括编程方式、结构显示以及性能等等，适用于各种场合。因此，正确选择PLC，对于提升PLC在控制系统中运用发挥着关键的作用。

二、PLC的简单介绍

PLC又称之为可编成控制器，根据不同规模和功能来划分，其可以分成三种，分别是大型PLC、微型PLC和小型PLC。而根据不同的结构，可以将PLC划分成两种类型，一类是整体型，另一类是模块型。整体型PLC的固定点数是I/0，所以用户基本不会选择，主要用于工艺过程固定环境条件不错的小型控制系统。模块型PLC可以提供各种各样的卡件或者插件，所以用户可以选择与配置控制系统的元素，功能延伸较为灵活，主要是在大型和中型控制系统中使用。PLC系统运用PLC和上位工业控制系统结构组成，整体系统工控机是监控显示和数据处理单元。PLC的所有模块能够结合需求，随意组成控制和采集单元，进而真正实现回路的控制以及计量和测量参数的采集。

三、PLC的主要选型依据

对于PLC系统进行设计，第一步是制定控制方案，第二步是PLC工程设计选型。工艺流程的运用要求以及特征是PLC工程旋设计选型的关键依据^[2]。PLC和相关设备必须是规范和集成的，根据工艺控制系统形成整体，便于拓展其各个功能的原则选型。PLC的功能以及软件配置必须要适用于装置规模以及控制要求，PLC设计选型以及估算过程中需要对撬装式设备工艺过程的控制要求和特征进行全面分析，确定控制范围与控制任务必有的动作以及操作。接着结合控制要求，对输入点数、输出点数和存储器容量进行合理估算，明确PLC的外部设备特性和功能。最后，选择性价比高的PLC和与设计相对应的控制系统。因为油田生产具有较强的复杂性，各套撬装处理设备在工艺方面都存在差异，而且信号控制与信号采集方式也是完全不同的。下面主要根据油田生产实际运行过程中采用的撬块设备，包括钻井废液处理撬块以及三相分离器撬块等等，详细探讨在撬块设备控制系统中PLC的选型以及应用。

（一）钻井废液处理撬块

钻井废液处理设备通常是对石油天然气开采钻探中出现的钻井废水以及废钻井液进行处理，还有作用过程中压裂和酸化出现的废液等等，使撬块的控制对象是以排污法以及进水阀等等为主。若只是依赖人工手动将排污阀启动和关闭，每隔四个小时进行一次，也要充分考虑进出口阀的关闭和罐内的水位，不可以定时排除污水，排除污水量不足或者偏高都有可能对排除污水的连续性以及质量造成不良影响，运用PLC集中控制，控制元件形成电信号向电动执行机构输进^[3]。然后电动执行机构对碟阀自动关闭与开启进行控制，而且向PLC系统传回蝶阀的实际开关状态，真正实现自定时定量的自动排除污水。对于此种以开关量控制和以开关量控制为重点、带有部分模拟量控制的工程，通常不需要考虑其控制速度，所以选择加减运算和数据传送功能低档机，就可以满足其各项要求。此撬块使用日本三菱企业的某系列PLC，其主机带有通讯接口以及I/O模块，具有很多特点，主要包括通用性相当强以及结构较为紧凑等等。同时，PLC控制系统控制安全可靠、维修简单，可以根据要求重新编程，这样可以使自动化管理程度明显提升。

（二）三相分离器撬块

当前，油气水三相分离器普遍运用在油田联合站以及接转站中，重点是在气液分离油井产物的基础上，还可以将原有的一些水分离出来^[4]。分离器要想具有理想的分离效果，就应该对其压力与液位合理控制，可以将压力变送器和射频导纳界面仪分别在安装在三相分离器的气相、水相中。压力变送器主要是对三相分离器的气相压力进行检测，而且严格控制。气相出口管线的电动调节阀利用对调节阀的开度进行控制，确保三相分离器气相保持在相对平衡的状态，而双法兰液位变送器主要是对三相分离器的液位进行测量，向PLC传输检测的液位信号，作为反馈信号PV，和PLC程序中设定液位给定值的SV的偏差来PID运算，接着向油相出口管线中的电动调节阀输入4-20mA的模拟信号，通过加强电动调节阀开度的控制，保证三相分离器液位大概是1.2米，最后射频导纳界面仪主要是对三相分离器油水的界面进行测量，对水路出口位置的电动调节阀实施控制与安装，及时多出的水排出去。

这种撬块的控制系统往往有闭环控制与PID运算，在PLC实际选择过程中，应该考虑多个方面，比如：闭环控制和PID运算等等，控制较为复杂，控制功能较高，可以结合复杂程度和控制规模选择适合的机器，比如：高档机以及中档机等等。此PLC系统选择的是西门子公司生产的一款微型模块化微型PLC系统，多样化性能的模块能够适应且满足自动化控制任务。多界面网络能力与分布式结构能够自由延伸，方便操作^[5]。编程PLC控制系统组成相当灵活，操作不复杂，安全系数很高，这样在很大程度上为保证设备正常运行奠定坚实的基础。

结语：

总而言之，对于油田生产过程中采用的撬装式设备相配套的PLC系统，钻井废液处理撬块PLC功能是以控制与采集开关量为主，而三相分离器撬块PLC功能重点是做好PID的调节以及闭环控制，对于各个生产流程与控制要求，PLC在生产设备的应用和选型中也有一定差异。近年来，在油田开发进一步深入的背景下，很多功能相对特殊的撬装设备也开始在油田生产系统中运用，其相配套的自动化程度也提出更高的要求，PLC系统具有很多优点，主要包括价格不高、灵活运用以及功能多样化等等，所以目前已经在自动化控制系统中普遍应用，在自动化控制系统中也发挥着十分关键的作用。

参考文献：

[1]刘亮.定边油田撬装站污水处理工艺研究与应用[J].化工管理,2018(23):209.

[2]陈斌,鱼涛,屈撑囤.撬装式采出水处理装置工艺优化研究[J].石油化工应用,2018,37(04):14-18.

[3]高宝元.撬装式油气分离单井自动计量装置研究及应用[J].石油化工自动化,2016,52(06):31-33.

[4]孟凡荣.撬装式压裂反排液处理装置原理及现场应用[J].化工管理,2016(18):223.

[5]陈莉. PLC在油田撬装式设备中的应用[C]. 山东省石油学会.山东省石油学会油田电力、通信及自动化技术研讨会优秀工程技术论文集.山东省石油学会:山东省科学技术协会,2009:555-558.