【正文】 系統(tǒng)是很有必要的。為此我們有必要對聯(lián)合站原油計量系統(tǒng)進行分析，了解其基本原理和控制要求。 聯(lián)合站工藝流程分析 聯(lián)合站原油生產(chǎn)工藝 聯(lián)合站是集油水分離、污水處理、原油含水分析、外輸計量等多個系統(tǒng)為一體的綜合性生產(chǎn)過程。 張?zhí)烨?lián)合站原油生產(chǎn)工藝流程如圖 21 所示。 增 壓 點 來 油雙 容 積 單 量套 管 換 熱 器 緩 沖 罐 沉 降 罐凈 化 油 罐外 輸 泵外 輸 計 量東 仁 溝 輸 油 首 站叢 式 井 來 油 收 球 筒 圖 21 原油生產(chǎn)工藝流程 張?zhí)烨?lián)合站的任務是對進站油氣（來自長 2 層增壓點或計量站、來自長 2 層叢式油井以及韓渠聯(lián)合站）進行匯集、處理及外輸計量。來自計量站的油氣要經(jīng)過快開式電加熱收球筒，將其加熱到 55℃ ，送熱交換器繼續(xù)加熱使原油脫水；來自韓渠聯(lián)合站的油氣直接通過熱交換器進行加熱脫水，來自其它管線的油氣首先經(jīng)過雙容積量油分離器進行油氣水三相的初步分離，然后通過齒輪卸油泵將其送熱交換器進行加熱脫水。完 畢后，一部 分進入氣液分離器進行進一 步油氣分離，將其中分離出的天然氣輸送至鍋爐房作燃料用，分離出的油進入污油箱 ； 一部分進入分離緩沖罐，可以供給氣液分離器，也可直接輸入污油箱，由污油泵輸送至溢流沉降罐進行原油沉降，然后進入凈化罐將原油凈化，生產(chǎn)出合格的穩(wěn)定原油，經(jīng)計量后進行裝車或密閉輸送至東仁溝輸油首站。 聯(lián)合站原油外輸計量工藝 原油外輸計量系統(tǒng)是對脫水后的原油進行溫度、壓力、產(chǎn)量的測量，在保證站內(nèi)安全的情況下進行外輸。計量站的生產(chǎn)過程包括對分離后的油換熱、緩沖、注入沉降 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 罐和凈化罐、泵的外輸?shù)冗^程。站內(nèi)的主要設備有：換熱器、緩沖罐 、輸油增加裝置、沉降罐、儲油罐、泵機、計量自控儀表、計算機監(jiān)控裝置等。 聯(lián)合站原油外輸計量系統(tǒng)通常由儲油、加熱、外輸及計量監(jiān)控四部分組成。原油計量工藝流程如圖 22 所示。 儲 油 罐 3P 6儲 油 罐 2外 輸 泵 1外 輸 泵 2外 輸 泵 4外 輸 泵 3P 3 4P壓 力 計 1T溫 度 計 1 流 量 計 1P含 水 分 析 儀 1P壓 力 計 2T溫 度 計 2 流 量 計 2P含 水 分 析 儀 2V 5V 7儲 油 罐 1加 熱 爐 1加 熱 爐 2外 輸 至 東 仁 溝 首 站外 輸 至 韓 渠 聯(lián) 合 站可 燃 性 氣 體 探 測 器 圖 22 聯(lián)合站原油外輸計量 監(jiān)控 工藝流程圖 原油外輸計量的工藝過程：油井來油經(jīng)加熱爐加熱后，至氣液分離器進行油、氣、水分離。再將分離后的油送入分離緩沖罐，經(jīng)過沉降罐、凈化罐，將油進一步凈化后，再經(jīng)過加熱爐加熱，利用外輸油泵的加壓，通過流量計 等儀表 檢測 后 輸出。工藝過程需要監(jiān)測儲油 罐的液位 、 加熱爐的溫度和壓力、原油外輸溫度和壓力、含水率、流量及站內(nèi)可燃性氣體濃度 ， 并分別對他們進行報警。 在整個過程中，用一些輔助設備，如壓力計 、 溫度計 、 液位計進行檢測 ， 再通過I/O 數(shù)據(jù)采集模塊進行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，計算機對其進行分析、檢測后，打印出正確的數(shù)據(jù)報表。同時在計算機的監(jiān)控下對可能發(fā)生的故障進行緊急快速的報警，使操作人員能及時處理故障，避免發(fā)生事故 [6]。 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求 聯(lián)合站原油計量的要求 聯(lián)合站原油計量系統(tǒng)的基本要求如下 [7]： (1) 全天 24 小時連續(xù)可靠運行，實時檢測生產(chǎn)參數(shù)（如換熱器溫度、沉降罐液位、凈化罐液位、凈化油外輸泵進出口壓力等）的變化，及時有效地控制調(diào)節(jié)各生產(chǎn)參數(shù)。 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 (2) 所有自動化儀表（如壓力計、溫度計、液位檢測儀等），外輸流量計及可燃氣體濃度檢測必須滿足安全等級，達到防爆的要求。 (3) 生產(chǎn)參數(shù)的自動控制要平穩(wěn)，一旦出現(xiàn)超限等危險情況要及時報警，（如沉降罐液位高低報警、凈化油外輸泵進出口壓力報警、可燃氣體濃度報警等）并有連鎖保護功能。 (4) 原油的計量計算要符合相關國家及企業(yè)標準。 聯(lián)合站原 油計量監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)的主要控制要求是實現(xiàn)原油的準確計量，各設備參數(shù)的檢測、顯示、控制、及報警 等 ，它們主要有： (1) 三 個 儲油罐液位檢測、顯示與高低報警，就地顯示； (2) 兩個加熱爐的溫度和壓力檢測、顯示與高低報警，就地顯示； (3) 兩組外輸泵的啟?？刂疲? (4) 至東仁溝輸油首站的原油外輸流量、含水率、溫度、壓力的檢測； (5) 至韓渠聯(lián)合站的原油外輸流量、含水率、溫度、壓力的檢測； (6) 兩個外輸油閥門開關控制； (7) 站內(nèi)可燃氣體濃度檢測、顯示、報警 。 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 3 聯(lián)合站原油計量 監(jiān)控系統(tǒng)方案設計 聯(lián)合站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計要求 計算機監(jiān)控系統(tǒng)對于不同的應用對象有不同的具體要求，但對大多數(shù)監(jiān)測控制系統(tǒng)的設計來說，運行上可靠、技術上先進、使用上方便、應用上靈活、時間上節(jié)省、經(jīng)濟上合理是共同的基本要求。 (1) 運行可靠 工業(yè)計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)的運行環(huán)境相對惡劣 ， 能否適應這種環(huán)境是系統(tǒng)不可避免要面臨的考驗。而且計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)往往負擔著重要的任務，一旦出現(xiàn)故障，將造成整個被監(jiān)控過程的混亂，引起嚴重的后果，由此造成的經(jīng)濟損失往往遠非計算機監(jiān)測控 制系統(tǒng)本身的造價所能比擬。所以，能否確保長期可靠地運行成為計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)中首要考慮的問題。特別是對一些影響面大的重要應用系統(tǒng)，如連續(xù)生產(chǎn)過程的控制、電力系統(tǒng)的監(jiān)控等，均不允許故障率高的系統(tǒng)存在。 (2) 技術先進 計算機監(jiān)測控制綜合了計算機技術、自動控制、信息處理和通信、檢測技術和儀表以及生產(chǎn)過程和管理方面的知識，是一個綜合性很強的技術領域，其技術先進性概括來說體現(xiàn)在硬件設備、軟件平臺和工具、信息處理和控制策略這三方面。計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)設計的一個原則 ， 不是盲目追求新技術，而是在技術成熟的前提下盡量采用先進的技術，其原因如下： ① 先進的技術可以獲得更好的監(jiān)測控制效果，從而可能獲得更高的經(jīng)濟效益，因此在保證可靠性和經(jīng)濟上允許的前提下，應盡可能采用先進的技術； ② 計算機技術發(fā)展十分迅速，硬件和軟件更新?lián)Q代的周期越來越短，采用 先 進的技術意味著延長系統(tǒng)的生命期限； ③ 計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)大多作為整套生產(chǎn)設備的一部分出現(xiàn)，而高技術含量往往又體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上，先進技術的采用可以大 大 提高整套設備的附加值，帶來可觀的經(jīng)濟和社會效益。 (3) 使用方便 ① 操作方便：系統(tǒng)應盡可能降低對操作人員的專業(yè)技術知識 的要求，操作的內(nèi)容盡可能簡單明了，操作的順序清晰簡明，便于記憶； ② 排錯方便：系統(tǒng)中硬件的排列和安裝合理，配有明顯的指示或信號，并有查錯、診斷、故障報警程序，在故障出現(xiàn)時能及時對它定位排除 ； ③ 維護方便：系統(tǒng)應盡量采用標準設備及其零件，便于硬件的更換。 (4) 通用性好 一個優(yōu)良的計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)應具有很好的通用性，能靈活地擴充、修改和升 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 級。當應用對象不同時，只需在基本系統(tǒng)中作適當?shù)母膭?，增減某些硬件模塊，便可滿足對象的要求。因此，在系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)、通信規(guī)約上要標準化，采用國際國內(nèi)的統(tǒng)一標準和規(guī) 范；設計指標要有一定余地，如輸入輸出通道數(shù)不要應用滿。軟件的設計也應規(guī)范化、模塊化。模塊要易于連接、組織。程序應可讀性強，清除多余語句，還應有適量的說明注釋，以便于修改。 (5) 節(jié)省時間 系統(tǒng)設計 (包括生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、投運等環(huán)節(jié) )時間應盡量短，其原因如下： ① 便于以更快的速度滿足用戶的要求，更快產(chǎn)生經(jīng)濟效益，這在市場競爭的環(huán)境下尤為重要； ② 計算機硬軟件的技術發(fā)展十分迅速，更新?lián)Q代很快，而其價格又呈下降趨勢，要保持性能價格比高的優(yōu)勢，時間是一個重要的因素； ③ 盡量縮短設計周期，可以降低整個 系統(tǒng)的開發(fā)費用 。 (6) 經(jīng)濟合理 系統(tǒng)應根據(jù)應用對象的要求和當前的市場情況進行具體分析進行全面的經(jīng)濟技術權(quán)衡，這與具體應用對象有密切的關系 [8]。 監(jiān)控系統(tǒng)功能 聯(lián)合站外輸計量系統(tǒng)實現(xiàn)的功能可以概括為以下幾個方面 [9]： (1) 數(shù)據(jù)的實時采集 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集就是利用智能模塊進行流量、溫度、液位等數(shù)據(jù)的采集。在通過RS232/RS485 協(xié)議傳輸?shù)接嬎銠C監(jiān)控系統(tǒng)。 (2) 外輸原油流量控制功能 在聯(lián)合站外輸計量站出現(xiàn)故障時候，操作人員可以迅速的對外輸設備實施一系列措施，使得外輸計量設備能 夠及時地停止運行，并能及時修理、排除故障，以保證計量的準確。 (3) 外輸計量實時狀態(tài)模擬功能 系統(tǒng) 提供了全中文、圖形化、動態(tài)的監(jiān)控界面，在計算機屏幕上分別顯示出 “ 實時趨勢 ” 畫面、 “ 歷史趨勢 ” 畫面、 “ 實時報表 ” 畫面、 “ 歷史報表 ” 畫面、 “ 實時報警 ” 畫面、 “ 歷史報警 ” 畫面等，將外輸 原 油流量的信息在相應畫面上顯示出來。 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng) 設計 方案 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案 聯(lián)合站原油外輸計量監(jiān)控系統(tǒng)要求對外輸油管線的溫度、壓力、流量、含水率、加熱爐的溫度和壓力、儲油罐的液位等參數(shù)實時監(jiān)測，對 輸油管線的流量精確測量，同時完成對站內(nèi)可燃性氣體的濃度檢測和生產(chǎn)的狀況及時給出報警信號，自動生成并 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 定時打印報表等。 根據(jù)系統(tǒng)的要求，設計了以研華工控機 IPC 為上位機，通過 ADAM4520 通信轉(zhuǎn)換器和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊組成的分布式分散控制系統(tǒng)（ DCS）。 上位機監(jiān)控軟件采用北京亞控自動化軟件公司開發(fā)的組態(tài)王 (Kingview )，通過 RS232 與下位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。 下位機采用臺灣 ADVANTECH 公司 ADAM5000 系列數(shù)據(jù)采集模塊，它通過 RS485 總線連接各個部件，對現(xiàn)場的控制部件實行在線 調(diào)試、診斷 ，使原油計量監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化 。 現(xiàn)場各個監(jiān)控點的物理參數(shù)，由對應的現(xiàn)場儀表傳感器或變器檢測出來并轉(zhuǎn)變?yōu)?20mA 電流信號，經(jīng)屏蔽電纜，安全柵送到各個數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)后，工控機通過各種模塊接口采樣電信號；控制信號由工控機輸出后以 420mA電流形式送到執(zhí)行結(jié)構(gòu) ,控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。例如流量的測量 ， 一次儀表把流量信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號 ， 經(jīng)屏蔽電纜傳輸?shù)轿C室的管線子系統(tǒng)的 IPC， 由計數(shù)卡對流量脈沖信號計數(shù) ， 然后在計算機內(nèi)經(jīng)過轉(zhuǎn)換計算，從而測得對應的流量。 上 位機作為管理機 ， 負責文件管理、數(shù)據(jù)庫維護、報表自動生成并定時打印功能。執(zhí)行機構(gòu)作為下位機要對現(xiàn)場進行測量、采集信息，并通過線路送到主機 ， 由上位機完成數(shù)據(jù)處理的任務 ， 根據(jù)下位機傳送來的信息 ， 上位機自動生成各種報表 ， 并在指定的時間打印輸出 ， 大大減輕了下位機的負擔 ， 以便更好地進行各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制功能 ， 保證系統(tǒng)的可靠性和精度。上位機還可以根據(jù)操作人員的選擇切換同步監(jiān)視各個部分的運行情況 [10]?？刂平Y(jié)構(gòu)示意圖如圖 31 所 示 。 工 控 機A D A M 4 5 2 0R S 2 3 2 / R S 4 8 5智 能 模 塊溫 度信 號智 能 模 塊壓 力信 號液 位信 號狀 態(tài)信 號脈 沖信 號濃 度信 號. . . . . . 圖 31 控制結(jié)構(gòu) 圖 原油計量的測量原理 原油計量監(jiān)控系統(tǒng)在線實時檢測原油的含水率、溫度 、 壓力、流量計脈沖數(shù)等 ，每 1s 對原油體積總流量、質(zhì)量流量、體積瞬時流量、質(zhì)量瞬時流量 、純原油量 等計 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 算 1 次。計算公式如下 [11]： 原油體積總流量 nQ (m3 / h)： mn ntNQ ? （ 31） 式中 :N —— 采樣測量的流量計脈沖數(shù) ， 個； n —— 流量計的流量系數(shù) ， 個脈沖 /L； mt —— 設定的采樣時間 ， s 。 原油 20℃ 時的體積總流量 20Q (m3 /d)： ? ?? ?20 ???? tantNQ m （ 32） 式中 :α —— 原油溫度膨脹系數(shù) (1/℃ 410? )。 原油 20℃ 時的質(zhì)量總流量 20G (kg/d)： ? ?? ?WWntNG Wm ????? 020 ?? （ 33） 式中 : W? —— 原油中水的密度 ， kg/ m3 ； W —— 原油含水率 ， %； 0? —— 原油在 20℃ 時的密度 ， kg/ m3 。 純原油量 SOG (kg/d)： ? ?WntNG mSO ??? （