【文章內(nèi)容簡介】 課題集輸處理系統(tǒng)將向著數(shù)值模擬化及自動化方向發(fā)展。為了提 高油田生產(chǎn)管理和運行管理效率，降低管理成本，提高管理水平．?dāng)?shù)字化、自動化油田建設(shè)是油田今后的發(fā)展方向 [4] 美國海灣石油公司于 1954 年 10 月，建成世界上第一套自動監(jiān)控輸送系統(tǒng) (Ledge Automatic Control Transmission system 簡稱 LACT 裝置，解決了原油的自動收集、處理、計量和輸送問題，到 1967 年底，美國陸地石油公司已有 75%的原油采用 LACT裝置。在 LACT 應(yīng)用的同時，一些原油處理站出現(xiàn)了以閉環(huán)控制為特點的就地自動化控制系統(tǒng)。從六十年代末期以后．計算機及 PLC 技術(shù)已 開始應(yīng)用于油田聯(lián)合站內(nèi)的部分生產(chǎn)系統(tǒng)中，但此時聯(lián)合站集輸系統(tǒng)還是處于簡單常規(guī)儀表控制時期。隨著集輸工藝上計量站的形成和中心處理站（簡稱聯(lián)臺站）的產(chǎn)生，集散控制系統(tǒng) (Distribute 西安石油大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 4 Control System,簡稱 DCS)開始應(yīng)用于聯(lián)合站集輸系統(tǒng)中代替常規(guī)儀表。進(jìn)入九十年代． DCS 的功能越來越強，工作也越來越可靠。如 HONEYWELL 公司的 TDC3000系統(tǒng)、 FISHERROSEMOUNT 公司的 PROVOX 系統(tǒng)等數(shù)十個廠商的 DCS 都在油氣處理站有所應(yīng)用。隨著通信技術(shù)的發(fā)展， SCADA(Supervisory Control And Data Acquit Liston)即監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用于油田生產(chǎn)控制與管理中。 SCADA 系統(tǒng)與在油氣開采中的處理設(shè)備上的檢測儀表和控制設(shè)備直接相連接，這樣連接能夠?qū)崟r和不斷地獲取檢測儀表所檢測到的運行信息。 SCADA 系統(tǒng)還可以主要是面向操作人員的需要，也可以是多用途的，提供操作、計算、管理和經(jīng)營等功能。進(jìn)入 90 年代以來，一場拉動自動化儀器儀表工業(yè) “革命 ”和儀器儀表產(chǎn)品全面更新?lián)Q代的技術(shù)在國際、國內(nèi)引起人們廣泛的注意和高度重視，其發(fā)展的勢頭已成為世界范圍內(nèi) 的自動化技術(shù)發(fā)展的熱點，這就是被產(chǎn)業(yè)界人士稱為 “自動化儀表與控制系統(tǒng)的一次具有深遠(yuǎn)影響的重大變革 ”的現(xiàn)場總線拄術(shù)以及基于現(xiàn)場總線的工業(yè)過程智能自動化儀表和基于現(xiàn)場總線的開放自動化系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)步發(fā)展，構(gòu)成了新一代的自動化儀表與控制系統(tǒng)先進(jìn)體系，向更高層次的 “綜合自動化 ”推進(jìn)，實現(xiàn) “綜合自動化 ”是當(dāng)代自動化技術(shù)發(fā)展的方向 [5]?，F(xiàn)場總線智能儀表及其基于現(xiàn)場總線的開放自動化系統(tǒng)將成為實現(xiàn)綜合自動化最有效的裝備?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng) (FCS)的核心是現(xiàn)場總線技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)是計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)的綜合 與集成，是過程控制技術(shù)、自動化儀表技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三大技術(shù)發(fā)展的交匯點，發(fā)展基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放分散控制系統(tǒng)己成為自動化領(lǐng)域廣為關(guān)注的焦點課題。國際上現(xiàn)場總線的研究開發(fā)正在深入開展。國外一些大的自動化公司在九十年代后期都推出了自己的現(xiàn)場總線產(chǎn)品。美國等一些國外油田已經(jīng)開始應(yīng)用這些產(chǎn)品 [6]。 日前，國內(nèi)油田的聯(lián)臺站、實驗站、外輸油（氣）站都安裝了 PLC(DCS)控制系統(tǒng)及儀表盤，這些控制系統(tǒng)和儀表盤在站內(nèi)參數(shù)監(jiān)視、流程控制方面的作用已經(jīng)是人工無法替代的。 聯(lián)臺站足對各轉(zhuǎn)油站來液進(jìn)行集中處理的地方，它 主要包括含水原油自然沉降系統(tǒng)（一段脫水）電脫水系統(tǒng)（二段脫水）污水處理系統(tǒng)．成品油外輸系統(tǒng)；污水回注系統(tǒng)；而聯(lián)臺站中最重要的就是原油集輸系統(tǒng)，包括含水原油自然沉降系統(tǒng)（一段脫水）．電脫水系統(tǒng)（二段脫水）．實現(xiàn)聯(lián)臺站脫水系統(tǒng)的良好控制，對于保證聯(lián)臺站平穩(wěn)運行，確保生產(chǎn)安全與輸出油品質(zhì)量，具有十分重要的意義。 聯(lián)合站計算機控制系統(tǒng)，大都采用的是單回路給定點的 PID 控制算， PID 控制是最早發(fā)展起來的控制策略土一，按偏差的比例積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器稱為 PID控制器，它是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟，應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器 但是在實際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，往往具有非線性，時變不確定性，難以建立精確數(shù)字模型，應(yīng)用常規(guī) PID控制器不能達(dá)到理想的控制效果。因此．利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力和逼近任意函數(shù)的能力．把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的 PID 控制有機結(jié)合尋找一個最佳的 PID 非線性組合控西安石油大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 5 制規(guī)律，將在一定程度上解決傳統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)器不易在線實時整定參數(shù)，難于對一些復(fù)雜過程和參數(shù)慢時變系統(tǒng)進(jìn)行有效控制的不足，從而提高控制器對系統(tǒng)與環(huán)境的適應(yīng)能力和控制效果。 在采油廠聯(lián)合站中，各種儀器設(shè)備都要處于全年時時刻刻運行的工作狀況，而原油生產(chǎn)的油井油站相對分散，但是 如果這些儀器設(shè)備的原始數(shù)據(jù)完很多。所以，如何改進(jìn)和提高原油自動計量、數(shù)據(jù)自動分析、實時監(jiān)控，是擺在油田企業(yè)急需攻關(guān)解決的首要課題。原油計量準(zhǔn)確與否，關(guān)系到各區(qū)塊地質(zhì)開采方案的計算和編制 ,關(guān)系到原油產(chǎn)量的上產(chǎn) ,關(guān)系到采收率的真實度 ,關(guān)系到勘探開發(fā)的部署關(guān)系到企業(yè)的效益。因此充分利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、工業(yè)控制、電子技術(shù)，革新傳統(tǒng)手工操作、分散計量和統(tǒng)計報表的舊生產(chǎn)工藝，從而達(dá)到提高原油計量高精度的遠(yuǎn)程集中化科學(xué)管理和實時在線監(jiān)控實現(xiàn)流程操作全自動化根據(jù)監(jiān)控中心提示及時地來取相應(yīng)的措施，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行：存儲設(shè)備運行 參數(shù)以便分析生產(chǎn)狀況，統(tǒng)籌規(guī)劃。 國內(nèi)油田聯(lián)合站是原有生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是集集輸、污水處理、注水等多個系統(tǒng)為一體的綜合性生產(chǎn)過程。其中集輸系統(tǒng)是進(jìn)行原油脫水、實現(xiàn)油水分離的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到成品原油的質(zhì)量及污水回注的質(zhì)量，關(guān)系到聯(lián)臺站的節(jié)能降耗；也決定著聯(lián)合站生產(chǎn)過程的安全平穩(wěn)運行及原油生產(chǎn)的平穩(wěn)運行、保證外輸凈化油含水、節(jié)省能源、減輕工人的勞動強度，具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益 [5] 油氣集輸系統(tǒng)在國民經(jīng)濟中起著重要作用。由于各油田乃至各區(qū)所處的環(huán)境不同，油藏性質(zhì)、開發(fā)方案、工藝條件、油氣井 產(chǎn)品構(gòu)成、油氣性質(zhì)等千差萬別，油氣集輸系統(tǒng)必須在各種生產(chǎn)情況變化的條件下，安全經(jīng)濟地產(chǎn)出合格產(chǎn)品。油氣集輸系統(tǒng)不僅在石油工業(yè)內(nèi)部是聯(lián)系產(chǎn)、運，銷的紐帶，在全國以至國際范圍內(nèi)，夜視能源保障系統(tǒng)得重要一環(huán)。石油和天然氣是世界各國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活不可缺少的重要能源，但全球油氣資源的分布卻很不均衡，以天然氣為例，世界油藏分布于儲量中，俄羅斯占 34%且高度集中在西西伯利亞的遠(yuǎn)東地區(qū)的巨型氣田中。人口占世界不到5%的中東地區(qū)占有 32%的儲量，而人口占世界近 60%的亞洲只有約 9%的探明儲量。我國的分布不均情況也和世界類 同，新疆塔里木盆地的資源量占全國的 23%，海域占21%。 一方面資源大都分布在遠(yuǎn)離消費中心的邊緣地區(qū)，另一方面?zhèn)鋰透鞯貐^(qū)的需求量又差別很大。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測，到 2020 年我國上海、江蘇、浙江三省市的天然氣總需求量要比青海、甘肅兩省的總需求量高出 10 倍以上。 不論是國內(nèi)還是國際，面對這一供需矛盾，都需要一十可靠而龐大的油氣集輸系統(tǒng)來聯(lián)系產(chǎn)地和消費中心。油氣集輸系統(tǒng)的可靠與否不僅影響國家經(jīng)濟建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，也是制約區(qū)域經(jīng)濟平衡發(fā)展的重要因素。 歐美各大石油公司均不惜投入巨資建設(shè)油氣集輸設(shè)施，各國政府在油氣田地 面生產(chǎn)、油氣儲備、管道安全、輸氣管網(wǎng)及城市配氣的運營等方面均制定了一系列法令，西安石油大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 6 法規(guī)，一方面要加強油氣供應(yīng)的保障能力，另一方面又要控制大公司的壟斷。 向市場經(jīng)濟過渡的我國油氣集輸系統(tǒng)。長期以來，我國的石油、天然氣工業(yè)在計劃經(jīng)濟體制內(nèi)，只重視產(chǎn)量，不關(guān)心銷售，生產(chǎn)出來的油氣銷售是由上級部門安排的。在整個產(chǎn)運銷的流通過程中，銷售環(huán)節(jié)占去了利潤的大部分，而銷售的通暢與否又是與油氣集輸設(shè)施密不可分。在向市場經(jīng)濟過渡的過程中，人們已逐漸認(rèn)識到銷售環(huán)節(jié)對整體效益的重要性。 隨著我國開始實施油氣工業(yè)國際化經(jīng)營戰(zhàn)略，必須逐步 建成一套連接全國且運轉(zhuǎn)靈活的國內(nèi)油氣儲運系統(tǒng)，包括油氣輸送干線網(wǎng)及與其配套相連的儲備庫、轉(zhuǎn)運樞紐、港口及分配管網(wǎng)等，建設(shè)與國際油氣市場接軌的跨國油氣輸送干線的工作步伐也必然會加快。只有這樣，才能使我國的油氣集輸及儲運系統(tǒng)真正成為強有力的能源保障系統(tǒng) [7] 研究目標(biāo)和研究內(nèi)容 研究目標(biāo) 本次設(shè)計的目標(biāo)是在根據(jù)樊學(xué)油區(qū)集輸站基礎(chǔ)上．結(jié)合該站的原油物性天然氣物性，氣象、工程地質(zhì)及水文資料，以設(shè)計個最優(yōu)聯(lián)合站為目的，展開該課題的研究工作。 研究的主要內(nèi) l、計算及說明書部分內(nèi)容 (1)該聯(lián)合站原油處理能力計算，原油、天然氣物性計算 (2)方案設(shè)計（確定處理工藝和方框流程）； (3)主要設(shè)備選型計算： a 分離器的臺數(shù)、尺寸； b 緩沖罐的大小、臺數(shù)： c 脫水器的臺數(shù)、尺寸： d 加熱爐的臺數(shù)、熱負(fù)荷、熱效率； e 泵的規(guī)格、型號、類型、功能、臺數(shù)； f 儲油罐的個數(shù)、容量、防火堤等。 (4)根據(jù)地形測圖確定總平而布置 應(yīng)考慮的因素包括：平面、豎向、分區(qū)、道路、防火間距、消防、風(fēng)向、周圍環(huán)境、綠化、油氣流向、管線布置等； 西安石油大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 7 (5)撰寫該聯(lián)合站總平面布置說明書，完成工程說明書的編制： (6)根據(jù) 平面布置圖和方框流程圖確定聯(lián)合站的工藝流程，撰寫流程說明，包括正常操作時的油氣水流向、事故（停電）、站內(nèi)循環(huán)時油氣流向； (7)進(jìn)行站內(nèi)水力、熱力汁算和設(shè)備（如分離器、電脫水器、緩沖罐、加熱爐、泵等）的選型計算及數(shù)量的確定，完成工藝計算書的編制。 繪圖部分內(nèi)容 （ 1）聯(lián)合站總平面布置圖 (2 ) 聯(lián)合站工藝流程圖 （ 3）閥組間安裝圖。 研究方案 利用圖書館和互聯(lián)網(wǎng)的資源，搜集與本設(shè)計題目相關(guān)的資料和信息，并進(jìn)行資料的整理和分類： 調(diào)研有關(guān)聯(lián)合站設(shè)計方面的研究內(nèi)容，查閱并翻閱與設(shè)計有關(guān)的 外文 文獻(xiàn)資科，撰寫開題報告； 完成方案論證，確定處理工藝和方框流程： 根據(jù)任務(wù)書要求，進(jìn)行該聯(lián)合站設(shè)計規(guī)模、原油物性和天然氣物性的 計算： 進(jìn)行設(shè)備的初選； 進(jìn)行站內(nèi)水力、熱力計算和設(shè)備（如分離器、電脫水器，加熱爐、泵 等）的選型計算及數(shù)量的確定，完成工藝及計算書的編制。根據(jù)方框圖流程確定總平面布置 根據(jù)平面布置圖和方框流程圖確定聯(lián)合站的工藝流程，完成平面布置 圖和流程圖，撰寫流程說明．正常操作時的油氣水流向、事故（停電）、站內(nèi) 循環(huán)時油氣流向 完成平面布置圖、工藝流程圖、閥組間安 裝圖； 完成工藝說明書和工藝計算書的編制 西安石油大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 8 2 聯(lián)合站設(shè)計說明書 2 .1 概述 聯(lián)臺站設(shè)計是油氣集輸工藝設(shè)計的重要組成部分，為了使其最大限度地滿足油田開發(fā)和油氣開采的要求，設(shè)計時應(yīng)該做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟合理，生產(chǎn)安全可靠，保證為國家生產(chǎn)符合質(zhì)量要求的合格油田產(chǎn)品。 簡介 聯(lián)合站，即集中處理站，是油田地面集輸系統(tǒng)中重要組成部分。就油田的生產(chǎn)全局來說，油氣集輸是繼油藏勘探、油田開發(fā)、采油工程之后的很重要的生產(chǎn)階段。如果說油藏勘探是尋找原油，油田開發(fā)和采油工程是提供原科，那么油 氣集輸則是把分散的原料集中處理，使之成為油田產(chǎn)品的過程。 聯(lián)臺站一般建在集輸系統(tǒng)壓力允許的范圍內(nèi)，為了不影響開發(fā)井網(wǎng)以及油田中后期加密井網(wǎng)的布置與調(diào)整，應(yīng)盡量建在油田構(gòu)造的邊部。 聯(lián)合站將來自井口的原油、伴生天然氣和其他產(chǎn)品進(jìn)行集中、運輸和必要的處理、初加工，將合格的原油送往長距離輸油管線首站外輸，或者送往礦場油庫經(jīng)其他運輸方式送到煉油廠或轉(zhuǎn)運碼頭，合格的天然氣則集中到輸氣管線首站。 聯(lián)合站一般包括如下的生產(chǎn)功能 :油氣水分離、原油脫水、原油穩(wěn)定、天然氣脫水、輕油回收、原油儲存及向礦場油庫輸送、污水處理、凈化 污水回注地層、接受計量輸來的油氣混合物，變配電、供熱及消防等。 聯(lián)合站工藝系統(tǒng)概述 l、油氣水混合物的收集 一個區(qū)域中若干油井的井口產(chǎn)物經(jīng)過計量后，輸送到聯(lián)合站進(jìn)行集中處理。在收集的過程中對于高粘度、高凝點原油要采取一定措施．使它能夠在允許的壓力下安全的輸送到聯(lián)合站而不至于凝固在管線內(nèi)。通常采用的方法有：加熱保溫法、化學(xué)降粘、降凝法：物理降粘、降凝法。 油氣水的初步分離 在實際生產(chǎn)工程中，從油井出來的不單是原油，常常含有氣、水、砂、鹽、泥漿等。為了便于輸送、儲存、計量和使用，必須對 它們進(jìn)行初步分離。油井產(chǎn)物中常含西安石油大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 9 有水特別在油井生產(chǎn)的中后期，含水量逐漸增多，利用離心重力等機械方法分離成氣液兩相。有些井出砂量很高，同時還應(yīng)該除去固體混合物。 油氣水的初步分離主要在三相分離器中進(jìn)行，在開式流程中，也在沉降罐中進(jìn)行。油和機械雜質(zhì)、鹽的分離般與油水分離同時進(jìn)行。當(dāng)含鹽、含砂量高時，有的要用熱水沖洗和降粘后再沉降分離，連同水、機械雜質(zhì)和鹽一起脫除。 原油脫水 對輕質(zhì)、中質(zhì)含水原油，宜采用熱沉降、化學(xué)沉降法脫水；對中質(zhì)、重質(zhì)的高含水原油，先采用熱化學(xué)沉降法脫水，再用電脫水，對乳化度高的 高粘度、高含水原油，應(yīng)先破乳再沉降脫水。 原油穩(wěn)定 原油中甲烷、乙烷，丙烷、丁烷（正構(gòu)）在通常情況下是氣體，這些輕烴從原油中揮發(fā)出來時會帶走大量戊烷、己烷等成分，造成原油的大量損失，為了降低油氣集輸過程中的原油蒸發(fā)損耗，一個有效的方法就是將原油中揮發(fā)性強的輕烴比較完全的脫除出來，使原油在常溫下的蒸汽壓降低，這就是原油穩(wěn)定。 原油穩(wěn)定所采用的方法可以分為閃蒸法和分餾法兩大類