油田联合站注水系统实时监测与控制
2009-06-03
作者：陈祥光
摘 要: 为了提高油田联合站的自动化管理水平，确保注水系统的安全性和可靠性, 采用PC－工业控制计算机和ADAM 4000系列及ADAM 5000系列智能模块，对油田联合站注水系统进行自动化控制，对污水罐液位、注水泵和电机的温度、输出水压力和流量以及润滑油压力和流量进行实时检测与控制。检测与控制信号通过RS485总线与工控主机连接，研制完成的多功能管理软件已成功地应用在注水过程的自动控制系统中。
关键词: 注水系统 过程控制 智能模块 ADAM系列 PC－工控机
油田注水是采油生产中最重要的工作之一, 但它是油田耗电大户,一般占油田生产耗电的30～40%。 在油田联合站的注水系统中，注水泵机组是采油生产过程中的主要设备，是保证原油高产、稳产的关键设备。目前的一些联合站注水泵机组均无监控系统，致使水泵抽空、电机和泵轴承以及轴瓦过热烧损、泵体振动过大等事故时有发生，影响了正常生产。因此,研制注水过程自动控制系统、推广应用注水系统的自动监控技术对于提高注水效率、保证安全生产具有十分重要的意义。
1 注水系统工艺流程及监测点的确定
某油田联合站注水系统工艺流程图(总控图)如图1所示。
其工艺流程为：来自新、老联合站的污水，经过沉降过滤处理后，用泵打入污水储罐，依据生产指标要求，来水经高压注水泵增压后，通过干线输至配水间，再经控制、计量后分配至各注水井。系统主菜单如下所示：
根据现场运行的实际情况，以及生产过程中可能出现的问题，选取以下各参数进行实时监测与控制：
(1)污水储罐
①1号储罐液位实时监测及上、下限报警；
②2号储罐液位实时监测及上、下限报警；
③3号储罐液位实时监测及上、下限报警。
(2)注水电机
①电机前后轴承温度；
②电机定子(机身)温度。
(3)注水泵
①注水泵前后轴承温度；
②注水泵进出口压力。
(4)公共参数
①汇管压力、流量；
②润滑油压力、流量。
2 储水罐液位自动监测系统
储水罐的工艺指标是水位高度保持在5～8米之间，当液位高于8.5米时，发出上限报警信号；当液位低于4.5米时，发出下限报警信号。储水罐液位自动监测系统如图2所示。
3 注水泵、电机自动监控系统
注水泵、电机自动监控系统是通过实时检测泵进出口压力，泵和电机的轴承、轴瓦温度，以及润滑油的压力、流量来控制电机的正常运行，对温度、压力及流量均设有报警信号。注水泵、电机自动监控系统如图3所示。
4 自动控制系统硬件设计
本自动控制系统硬件采用ADAM 4000 系列和ADAM 5000系列智能模块，主机选用研华PC－工业控制机。该系统连接框图如图4所示。
模块定义如下：
(1)“4080”计数器输入模块共3块，每块具有两个独立的32位计数器，分别检测1～5台污水进口流量计脉冲信号和1台润滑流量计脉冲信号。
(2)“5017”8通道A/D转换模块共6块，分别检测3个储水罐的上下限检测信号、每台注水泵的输入/输出压力信号、注水泵和电机的温度检测信号以及润滑油的压力信号等。
(3)“5068”8通道继电器输出模块共1块，分别控制5个注水电机的启停。
(4)“5051”16通道数字量输出模块共1块，1～8通道输入“4048”模块的报警输出信号，9～16通道分别输入注水泵、电机等的开启状态。
(5)“5000”可编程控制器共2块，第1块包含3块“5017”、1块“5068”；第2块包含3块“5017”、1块“5051”。其主要功能是将“5017”、“5051”、“5068”的检测信号通过RS485总线传送至工控主机。
5 自动控制系统软件设计
注水过程自动监控系统软件由主控图、储水罐控制图、注水泵和电机控制图、系统设置、报表输出、数据通讯、系统帮助、退出系统等8大部分组成，大小画面共几十幅，系统软件结构图如图5所示。系统画面功能大致可归纳为以下几点：
(1)主控图
主控图画面包括3个储水罐、5套注水泵和电机以及相应管网、阀门等，实时计量各储罐进水流量数值；实时检测各注水泵进出口压力、泵和电机各点温度、以及润滑油的压力和流量等；实时显示各注水泵、电机的的启停状态。在画面上通过鼠标单击有关按钮可对各注水泵、电机进行开关控制。
(2)系统设置
系统设置画面的主要功能是：操作员登录、配置用户及密码修改，并可对各注水泵、电机的优先启停进行设置，同时还可以设置工艺过程的有关参数。
(3)储水罐监测
在储水罐控制画面上可实时显示储水罐的液位状态，对1、2、3号储水罐的液位上、下限设有报警功能。当某储水罐液位越限时，工控主机将发出报警信号，画面上相应位置有报警灯闪烁，以及时提示操作人员采取相应措施。
(4)注水泵、电机控制
注水泵、电机控制画面显示5个编号按钮，单击其中某一按钮，即进入到相应的注水泵、电机画面(三级画面)，该画面显示注水泵、电机的运行状态。正常工况下，注水泵、电机日夜不停地运转。当温度信号越限时，工控主机发出报警信号，如果温度继续上升，直至超过上上限时，主机将输出信号切断电机电源。当测到润滑油流量不足或无流量信号时，主机也发出相应报警信号，以提示操作人员及时处理。
(5)报表输出
报表输出画面可供选择的报表打印按钮有：打印即时数据报表、打印历史数据报表、打印单日注水量清单、打印单月注水量清单等。用户可根据需要单击相应的按钮。
(6)数据通讯
用户通过选择数据通讯画面上的相应按钮，可将实时数据文件或历史数据文件传至信息中心或上层计算机管理系统。
(7)系统帮助
系统帮助包括一级画面、二级画面及三级画面的操作说明，以及紧急停机和事故处理操作说明，其目的是帮助用户尽快掌握和应用该系统软件的全部操作功能。
(8)退出系统
若用户要求退出监控系统，可进入到退出系统画面，在单击退出系统按钮时，系统将检查操作员的权限，只有达到退出系统的权限时，才能正确退出系统。
本文在分析研究油田联合站注水系统生产工艺的基础上，采用ADAM系列智能模块、PC－工控机以及美国DE公司生产的射频导纳物位计等仪表，设计完成了注水过程自动控制系统，并将其应用于油田联合站。该系统的主要特点是：操作画面友好、系统功能强、运行稳定可靠，实时监控软件包括有多级操作画面，可实时动态地显示各工艺参数和综合信息，并采用VB5.0编制打印报表软件，克服了当前工控系统打印输出报表功能单调、不能满足用户要求的缺点。该系统具有实际推广应用价值。
参考文献
1 组态王5.1 使用手册.北京亚控自动化软件科技有限公司.1999
2 物位仪表选型手册.美国DE工程公司.1998～1999